北銘河鐵礦生產巷道地壓控制方法探討

張國強，趙運歡

(中國五礦集團邯邢冶金礦山管理局， 安徽合肥 230000)

北銘河鐵礦生產巷道地壓控制方法探討

張國強，趙運歡

(中國五礦集團邯邢冶金礦山管理局， 安徽合肥 230000)

對北銘河鐵礦生產巷道地壓顯現(xiàn)部位進行詳細的調查，結合該礦特有的地質情況與巖石分級情況，確定合適的爆破參數(shù)與炮孔布置，提出了合適的支護方法，達到了有效控制生產巷道地壓活動的效果。

地壓活動;巖石可爆性分級;爆破參數(shù);支護方法

1 北洺河鐵礦地質概況

北銘河鐵礦位于河北省邯鄲市武安斷陷盆地西緣，為一接觸交代矽卡巖型鐵礦床。其埋藏于北銘河河床以下347～679 m，在地下水位以下，均為第四系黃土和河床卵石所覆蓋。下部為中奧陶統(tǒng)馬家溝組石灰?guī)r，燕山晚期中酸性二長—閃長巖類侵入，穿插石灰?guī)r體，產生蝕變。礦區(qū)構造以褶皺為主，斷裂次之。礦體頂板及圍巖為中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，上部有第四系砂礫石含水層并有河流通過，下部有火成巖托底，為水文地質條件復雜的巖溶充水礦床。

2 地壓活動顯現(xiàn)部位調查

北銘河鐵礦－110 m運輸水平在一期基建時形成，經(jīng)過幾年的生產，原來混凝土支護、錨噴網(wǎng)支護的巷道不斷變形，有些部位變形嚴重，甚至影響生產。對－110 m水平運輸巷蝕變閃長巖鋼筋混凝土支護部分和－95 m水平矽卡巖段錨噴網(wǎng)支護部位進行予埋混凝土點、貼紙條進行觀測，觀測2周發(fā)現(xiàn)裂縫有增大跡象，觀察1個月后發(fā)現(xiàn)巷道出現(xiàn)底鼓、兩幫內移，噴射混凝土有脫落跡象。具體地壓顯現(xiàn)情況如下:

(1)－110 m主運輸水平西風井上下盤附近鋼筋混凝土支護部分壓裂、脫落;

(2) －110 m主運輸水平下盤運輸巷7#～9#穿脈之間鋼筋混凝土支護部分底鼓、兩幫內移，觀測情況見表1;

(3)－110 m主運輸水平上盤運輸巷9#穿脈附近錨噴網(wǎng)支護部位壓裂、脫落;

(4)－80 m水平11#采場聯(lián)巷U形支架加混凝土支護部分壓裂、脫落;

(5)－95 m水平4－2#進路錨噴網(wǎng)支護部位出現(xiàn)爆皮、裂縫，具體情況見表2;

表1 －110 m水平運輸巷7#～9#穿脈觀測情況(自2007年6月1日)

表2 －95 m水平4－2#進路觀測情況(自2007年12月1日)

(6)主回風斜井在基建施工期遇膨脹高嶺土、釩土層，將鋼筋混凝土井壁壓裂。

2007年3月9日調查了北銘河鐵礦4個掘進作業(yè)面的現(xiàn)狀，4個掘進作業(yè)面的裝藥結構全部采用連續(xù)裝藥，掏槽眼，輔助眼堵眼，周邊眼采用不耦合裝藥。炸藥采用2#巖石炸藥和水膠炸藥，裝藥孔直徑Φ50 mm。其地壓活動顯現(xiàn)部位，見表3。

由于掘進時巷道超挖嚴重，炮孔利用率低，生產一段時間后巷道變形嚴重。需要在巷道掘進時從改變裝藥結構等方面入手提高光爆利用率，改善爆破效果，減少超挖，為支護提供有利條件。

3 地壓活動規(guī)律

(1)頂板開裂冒落。一般發(fā)生在松散結構的矽卡巖、蝕變閃長巖、不同巖性的接觸帶中，冒落高度依巖性而異，為2～20 m，如－80 m水平5#聯(lián)巷處于蝕變閃長巖部位，冒落高度為－80～－65 m。采用噴混凝土、U型支架、槽鋼鋪底在－65 m水平灌注水泥漿得以通過。

表3 地壓活動顯現(xiàn)部位現(xiàn)狀

(2)剪切破壞。一般發(fā)生在完整結構或塊狀結構閃長巖、矽卡巖中，由于巷道的頂角和底角處剪應力超過巖石抗剪強度而造成剪切破壞，如－95 m水平4－2#進路。

(3)底鼓。一般發(fā)生在松散結構的矽卡巖、磁鐵矽卡巖、蝕變閃長巖等具有塑性的軟巖中。如－110 m水平運輸巷7#－9#穿脈鋼筋混凝土支護部分底鼓。

(4)沿結構面開裂。多發(fā)生在結構面傾角陡的部位，如－110 m水平西風井車場鋼筋混凝土和混凝土支護部位沿結構面開裂。

(5)無底柱采場的采場大爆破及二次糊炮也對周圍巖體及巷道有壓力作用，對蝕變閃長巖、矽卡巖松軟破碎巖體的弱面有應力作用。

4 地壓控制措施

根據(jù)－110 m以上的地壓活動規(guī)律，結合巖性的分級情況(見表4)，可采取合理確定爆破參數(shù)，巷道掘進時科學布置炮孔、控制成型、推廣光面爆破、合理進行支護等措施以控制地壓活動。

表4 北銘河鐵礦的巖石可爆性分級

4.1 掘進鑿巖臺車爆破參數(shù)及炮孔布置

AXERAD05掘進鑿巖臺車為鉆鑿垂直、傾斜和水平炮孔的獨立液壓鉆孔設備。在施工作業(yè)過程中，布孔參數(shù)及爆破參數(shù)以《掘進臺車爆破參數(shù)設計》為基礎，根據(jù)礦巖性質、掘進面的實際情況和布孔難易程度情況略作調整，總體原則是中間為輔助大孔或當量孔不裝藥，直徑為Φ92 mm，其余小孔直徑為50 mm。

在不同的礦巖中很難用一種固定的炮孔布置形式，布孔數(shù)目與礦巖堅固性有直接關系，較為合理的鑿巖參數(shù)為S=15.7 m2、f＜8的布孔40個左右;S=15.7 m2、f=8 ～10 的布孔 45 個左右;S=15.7 m2、f≥10的布孔50個左右。

4.2 合理支護方式

北銘河鐵礦采準工程和單項工程支護的確定方式如下:破碎帶，指灰?guī)r、閃長巖、礦石或矽卡巖等單一巖性，圍巖節(jié)理裂隙非常發(fā)育、破碎，在掘進工程中可能出現(xiàn)塌冒，必須采取超前錨桿等支護措施，爆破后不能自穩(wěn);破碎帶長度在5 m以上，是采準工程或單項工程中支護級別最高的部位，則采用超前錨桿、臨噴等隨掘隨支施工工藝，并在此基礎上采用混凝土或U型拱架加素噴支護。

(1)矽卡巖。圍巖穩(wěn)固性較差，易風化、塌冒，可見發(fā)亮滑面，即絹云母、綠泥石，長度在5 m以上，是采準工程中常見巖性。采取的支護措施為邊掘邊支，及時封閉，永久支護形式為錨噴網(wǎng)，特殊情況增加混凝土側墻或U形支架，切割部位支護等級適當降低。

(2)接觸帶。指礦巖接觸帶，一般與破碎帶、矽卡巖同時出現(xiàn)，接觸帶的長度應界定在5 m以下，其余部分可定性為破碎帶或矽卡巖。接觸帶是破碎帶的一種特殊形式，一般為U型拱架或錨噴網(wǎng)支護，施工時采用臨支素噴等邊掘邊支措施。

(3)地壓顯現(xiàn)部位。采場地壓的出現(xiàn)往往是由于上水平回采不徹底引起的礦柱地壓，或者是回采順序不合理導致局部應力集中、整體地壓等，地壓對工程的破壞極大，治理措施主要為強掘、強支、強采三方面。支護方式體現(xiàn)在可縮性，采取的支護形式為U型支架、錨噴、錨噴網(wǎng)等。

(4)中等穩(wěn)固部位。指礦石或圍巖的穩(wěn)固性較好，節(jié)理較少，裂隙不發(fā)育，硬度較大，在掘進過程中暴露長度可以達到50 m以上的部位，采用素噴支護，局部采用錨噴支護。由于我礦礦體埋藏深、礦體厚大，平均寬度在200 m左右，采準分層布置有脈內聯(lián)巷和脈外聯(lián)巷，巷道斷面較大，聯(lián)巷與進路、進路與切巷交叉點附近暴露面積較大，在回采過程中容易出現(xiàn)塌冒，所以對該部位加強支護。

同時，還應注意由生產活動導致的破壞，如－80 m水平11#采場自2006年10月起進行采準支護，支護形式有錨噴網(wǎng)、錨噴、素噴、混凝土支護，而2007年8月采礦車間進入后，由于采礦作業(yè)、二次糊炮造成了一些部位脫落、裂縫，因此在－95 m水平類似地段施工部位采取加長錨桿和增加強度的辦法避免類似情況發(fā)生。

5 結論

北銘河鐵礦在－95 m水平3#采場和－110 m斜坡道掘進時科學布置炮孔、確定合理爆破參數(shù)，推廣光面爆破掘進后的巷道成型較好，70%的巷道采用素噴混凝土簡單支護就能滿足使用要求，達到了控制地壓的目的。－95 m水平1#采場處于礦體邊部地壓大的90 m巷道采用U型支架、錨噴網(wǎng)等支護形式，使用至回采結束時間內(5個月)均沒有出現(xiàn)需要重復支護的情況，證明了采用的支護方式達到了預期效果。

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2011－01－23)

張國強(1968－)，男，高級工程師，主要從事冶金地下礦山采礦技術和工程經(jīng)濟方面的工作。