弓長(zhǎng)嶺鐵礦崩落法開采地壓活動(dòng)規(guī)律淺析

于天順，李海洋，王曾濤，谷郁偉

1.遼陽(yáng)市國(guó)土資源局弓長(zhǎng)嶺分局國(guó)土資源服務(wù)中心，遼寧 遼陽(yáng) 111008

2.遼陽(yáng)市國(guó)土資源勘查規(guī)劃院，遼寧 遼陽(yáng) 111000

0 引言

礦產(chǎn)資源井下開采無(wú)論規(guī)模大小，開采時(shí)間長(zhǎng)短，最后都會(huì)發(fā)生地壓活動(dòng)，這是必然的客觀規(guī)律。地壓活動(dòng)的發(fā)生發(fā)展，給安全生產(chǎn)帶來(lái)了一定的威脅和危害。其危害程度和開采區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造、開采方法，采空區(qū)管理等都有著密切的關(guān)系。實(shí)踐證明，不同的開采方法有不同的地壓活動(dòng)規(guī)律。

1 地質(zhì)概況

弓長(zhǎng)嶺鐵礦床二礦區(qū)是前震旦紀(jì)“鞍山群”沉積變質(zhì)式鐵礦床，位于弓長(zhǎng)嶺復(fù)背斜的北翼，礦區(qū)西端以寒嶺斷層為界，東端以F1斷層為界，礦床由相互平行的六層礦體組成（如圖1所示）。礦石類型主要為磁鐵石英巖，其中貧礦結(jié)構(gòu)致密堅(jiān)硬，抗壓能力強(qiáng)，抗壓強(qiáng)度為120MPa～260MPa。富礦分為平爐礦和高爐礦，抗壓強(qiáng)度為124MPa～170MPa。弓長(zhǎng)嶺鐵礦床二礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層種類繁多，生成的時(shí)間也不同，礦床的西北端及東南端被大的橫斷層切削，礦床內(nèi)橫斷層也特別發(fā)育，西北端寒嶺橫斷層與復(fù)背斜西部第一大橫斷層其走向?yàn)楸睎|，近于直立，引起礦體錯(cuò)動(dòng)，但是對(duì)采準(zhǔn)工程破壞性不大。

走向斷層的走向與礦體的走向是一致的，尤其是走向逆斷層沿礦體一側(cè)通過，在斷層帶影響的范圍內(nèi)，分布有廣泛的蝕變巖與礦石富化現(xiàn)象，走向斷層帶寬度一般為0.05m～5.0m，是礦液上升的良好通道，特別是富礦體內(nèi)“亮滑鐵”，結(jié)構(gòu)松脆，對(duì)采準(zhǔn)工程穩(wěn)固性，影響較大，巷道易于冒落。

圖1 二礦區(qū)各層鐵礦及近況圍巖層序圖

圖2 節(jié)理玫瑰圖和節(jié)理水平投影圖

弓長(zhǎng)嶺鐵礦床二礦區(qū)共分3個(gè)采區(qū)即西北采區(qū)、中央?yún)^(qū)、東南區(qū)。中央?yún)^(qū)深井部位回采的礦體是Fe6、Fe5、Fe4三層礦體，其中第六鐵礦層是規(guī)模最大的富礦體、第五鐵礦層為高爐礦、第四鐵礦層為貧礦體；第四鐵礦層與第六鐵礦層同時(shí)進(jìn)行回采，兩層礦體之間的巖石為綠泥類的蝕變巖和角閃巖。并且礦體和圍巖受構(gòu)造影響，其節(jié)理非常發(fā)育，尤其NE67-NE64 NE3和Nw355，Nw347較為突出，由于這兩組節(jié)理的存在，受巖礦層面和水平節(jié)理的影響，非常易于冒頂和松脫掉塊，給安全生產(chǎn)帶來(lái)較大危害，常因此冒頂傷人（如圖2所示）。

2 崩落法開采地壓活動(dòng)規(guī)律淺析

采用無(wú)底柱分段崩落開采傾斜和急傾斜礦體時(shí)地壓活動(dòng)基本規(guī)律具依受力橢球體可以分3個(gè)組成部分：礦塊底部結(jié)構(gòu)地壓顯現(xiàn)基本規(guī)律；圍巖崩落基本規(guī)律；礦體下部壓力增加的基本規(guī)律。現(xiàn)分別加以闡述。

2.1 礦塊底部結(jié)構(gòu)上的地壓顯現(xiàn)基本規(guī)律

由于弓長(zhǎng)嶺鐵礦采用無(wú)底柱崩落法開采，所以這里從略。

2.2 圍巖崩落的基本規(guī)律

應(yīng)用崩落法開采傾斜和急傾斜礦體時(shí)，隨著崩落礦石的放出，圍巖就逐漸崩落塌陷，首先是上部巖石，以圓拱的形式向上冒落，且拱頂偏向上盤（也就是沿著最大下沉角向上冒，弓長(zhǎng)嶺鐵礦最大下沉角為85°），待其達(dá)到地表，拱頂四周巖石向下滑落，形成一個(gè)崩落的楔形體，并隨著開采深度的增加楔形體逐漸下滑，形成陷落帶。

由于回采階段不斷下降，致使上下盤圍巖失去支撐，并以棱柱體形式向礦體方向滑動(dòng)。棱柱體內(nèi)雖有裂縫，但仍是一個(gè)完整體。在地表發(fā)生多條裂縫（這些裂縫受其地質(zhì)構(gòu)造面控制），并形成下沉臺(tái)階。

地表這些裂縫都是沿原走向逆斷層和斜交走向斷層開裂，巖石崩落角隨著開采深度的增加而逐漸減小，下盤圍巖到一定深度后停止崩落，而上盤圍巖一直崩落到和巖石內(nèi)摩擦角相等或更大些才停止崩落,此時(shí)稱為臨界崩落深度,再往深部崩落角反而變陡，并只發(fā)生冒落拱，其冒落高度達(dá)不到地表。

由于崩落礦石和圍巖自重的作用及上下盤滑動(dòng)棱柱體的綜合作用，再加此區(qū)域地段構(gòu)造復(fù)雜，在綠泥片巖中還有透鏡體這些都近于散體狀態(tài)，極易產(chǎn)生松脫冒落。在已掘13萬(wàn)延米的采準(zhǔn)巷道中，現(xiàn)已有1.3萬(wàn)延米巷道發(fā)生了冒落現(xiàn)象，嚴(yán)重影響回采工作正常進(jìn)行。

2.3 礦體下部壓力增加的基本規(guī)律。

采用崩落法開采的礦山，當(dāng)開采深度大于300m～400m時(shí)，在回采工作面影響范圍內(nèi)，位于下盤巖石靠近礦體的沿脈巷道就會(huì)遭到破壞，是因?yàn)橄卤P巖石不僅受崩落礦石重力作用，而且還要承受上盤滑動(dòng)棱柱體經(jīng)崩落的礦石和巖石傳遞到下盤圍巖壓力，發(fā)生應(yīng)力集中，在這種情況下，應(yīng)將運(yùn)輸巷道布置在離礦體稍遠(yuǎn)些，以避開支撐壓力區(qū)，離礦體的距離，應(yīng)根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，或用實(shí)測(cè)方法來(lái)解決。弓長(zhǎng)嶺鐵礦目前-100m～-160m間的沿脈巷道，恰好布置在應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)，但也有的布置在Fe4層鐵中，該鐵礦層寬度和巷道寬度相等，由于上下盤應(yīng)力集中和巷道兩角剪應(yīng)大，又因?yàn)镕e5和圍巖接觸為斷層接觸，因此，產(chǎn)生冒頂和沿Fe5鐵礦層下滑。例如井下-100m六號(hào)井附近下盤巷道，由于上盤滑動(dòng)棱柱體的擠壓作用，使該巷道呈三角形，最后被擠壓崩落碎塊充填巷道，使巷道遭到破壞。

3 結(jié)論

本文結(jié)合弓長(zhǎng)嶺井下鐵礦中央?yún)^(qū)無(wú)底柱分段崩落法開采地壓活動(dòng)，通過巖石力學(xué)分析，并結(jié)合該礦多次發(fā)生大型地壓活動(dòng)現(xiàn)象，分析探索了弓長(zhǎng)嶺鐵礦地壓活動(dòng)規(guī)律，通過采取技術(shù)措施和各種管理手段，有效地控制了地壓活動(dòng)，總結(jié)了弓長(zhǎng)嶺鐵礦崩落法采礦的地壓活動(dòng)規(guī)律。

[1]程裕淇.中國(guó)區(qū)域地質(zhì)概論[M].北京：地質(zhì)出版社，1994.

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