弓長(zhǎng)嶺鐵礦崩落法開(kāi)采地壓活動(dòng)規(guī)律淺析及開(kāi)采對(duì)策研究

張令非

摘 要：采礦工程中地壓活動(dòng)的產(chǎn)生與發(fā)展，會(huì)給安全生產(chǎn)帶來(lái)了一定的威脅和危害，因此加強(qiáng)對(duì)地壓活動(dòng)規(guī)律的研究對(duì)礦山安全高效生產(chǎn)具有重要意義。該文基于弓長(zhǎng)嶺鐵礦開(kāi)采現(xiàn)狀，結(jié)合礦山開(kāi)采實(shí)際與管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)弓長(zhǎng)嶺鐵礦崩落法開(kāi)采地壓活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了分析研究，總結(jié)了圍巖崩落的基本規(guī)律與礦體下部巖力增加的基本規(guī)律，同時(shí)對(duì)弓長(zhǎng)嶺鐵礦目前開(kāi)采存在的問(wèn)題展開(kāi)思考，提出相應(yīng)對(duì)策，以期為弓長(zhǎng)嶺鐵礦安全高效開(kāi)采提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：崩落法采礦 地壓活動(dòng)規(guī)律 開(kāi)采對(duì)策

中圖分類號(hào)：TD861.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）07（b）-0042-03

礦產(chǎn)資源井下開(kāi)采無(wú)論規(guī)模大小，開(kāi)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(kāi)采區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造、開(kāi)采方法、采空區(qū)管理等都有著密切的關(guān)系[1-6]。實(shí)踐證明，不同的開(kāi)采方法有不同的地壓活動(dòng)規(guī)律。

弓長(zhǎng)嶺井下鐵礦中央?yún)^(qū)深井從1956—1969年曾經(jīng)發(fā)生過(guò)4次大規(guī)模的地壓活動(dòng)。其中第一次發(fā)生于1956年8月20日，以原通硐區(qū)+100 m水平113號(hào)采場(chǎng)為中心，擴(kuò)散到180～-60 m水平，各中段沿走向范圍214～365 m。歷經(jīng)20天，停產(chǎn)半年之久，造成1號(hào)盲豎井因天輪破壞而報(bào)廢；第二次發(fā)生于1958年6月14日，比第一次地壓活動(dòng)沿走向擴(kuò)大100 m，沿傾斜延伸兩個(gè)中斷，由于這兩次地壓活動(dòng)的發(fā)生、發(fā)展，損失礦量1 160萬(wàn)t富礦。20 m水平以上各中斷相繼冒頂封閉，并導(dǎo)致采礦方法由充填法改為留礦法；第三次發(fā)生于1963年8月19日，后臺(tái)180 m的主風(fēng)扇陷入采空區(qū)，給國(guó)家造成20萬(wàn)的經(jīng)濟(jì)損失，并切斷了運(yùn)輸系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)，被迫重掘運(yùn)輸巷道530 m；第四次發(fā)生于1969年8月份，后臺(tái)三井180 m，150 m，120 m，90 m四個(gè)中斷，03、05、07、09、11五個(gè)采場(chǎng)，因第六層鐵礦體與第四層鐵礦體之間為綠泥片巖夾層較薄（局部?jī)H2～3 m），且第六層鐵礦與第四層鐵礦均已采空，因采空后失去穩(wěn)定后倒塌，造成上述各中斷巷道局部冒頂，導(dǎo)致停產(chǎn)一個(gè)月，損失礦量20萬(wàn)t，重掘巷道100余米。

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120～260 MPa。富礦分為平爐礦和高爐礦，抗壓強(qiáng)度為124～170 MPa。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。

2 崩落法開(kāi)采地壓活動(dòng)規(guī)律淺析

采用無(wú)底柱分段崩落開(kāi)采傾斜和急傾斜礦體時(shí)地壓活動(dòng)基本規(guī)律可以分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。對(duì)于礦塊底部結(jié)構(gòu)地壓顯現(xiàn)基本規(guī)律該文不做討論，只闡述后兩者規(guī)律。

2.1 圍巖崩落的基本規(guī)律

應(yīng)用崩落法開(kāi)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(kāi)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，如圖2所示。

地表這些裂縫都是沿原走向逆斷層和斜交走向斷層開(kāi)裂，巖石崩落角隨著開(kāi)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，如圖3所示。上盤圍巖崩落一般比回采水平滯后1～2個(gè)階段，通常上盤圍巖崩落角在40°以上，下盤在45°以上，礦體兩端在80°左右，如圖4所示。

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，再加上此區(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。

2.2 礦體下部壓力增加的基本規(guī)律

采用崩落法開(kāi)采的礦山，當(dāng)開(kāi)采深度大于300～400 m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(kāi)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。

3 開(kāi)采對(duì)策研究

鑒于目前弓長(zhǎng)嶺鐵礦崩落法開(kāi)采的實(shí)際問(wèn)題，該文認(rèn)為亟待解決的技術(shù)措施有以下幾方面。

3.1 運(yùn)輸巷道、設(shè)備井、聚礦井位置的合理布置

（1）對(duì)應(yīng)力集中的寬度應(yīng)進(jìn)行實(shí)測(cè)，以保證以上井巷布置在礦體下盤應(yīng)力集中區(qū)以外。

（2）以上井巷位置不應(yīng)選擇在構(gòu)造復(fù)雜的地帶（即斷層交匯的地點(diǎn)）。這些地點(diǎn)應(yīng)力易于聚中，也容易釋放。原來(lái)有些井巷位置布置在斷層的交匯處，如六井和七井原3 m×3 m規(guī)格現(xiàn)在已達(dá) 6 m×6 m規(guī)格；又如-100～-160 m井巷位置雖木已成舟，但對(duì) -220～-360 m還是有益的。

（3）下盤運(yùn)輸巷道布置在Fe5層鐵礦體中不合理。Fe5層礦體寬度和巷道寬基本一致，根據(jù)巷道應(yīng)力分布曲線可知，巷道兩角剪應(yīng)力為最大，因此，最容易沿層面和斷面下滑，這就給地壓活動(dòng)和冒頂創(chuàng)造了方便的客觀條件。

總之，使用崩落法開(kāi)采方法的礦井，在選擇井巷位置時(shí)，絕不能只圖運(yùn)輸距離近的便宜，從而造成高昂的巷道維護(hù)費(fèi)用，或縮短使用壽命的弊病，這是百害無(wú)一利的。

3.2 加強(qiáng)采準(zhǔn)工程允許暴露時(shí)間研究

-100～-160 m的采準(zhǔn)工程掘進(jìn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，有的竟達(dá)到10年之久，由于暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因此，巷道發(fā)生了變形，甚至冒頂封閉巷道，破壞非常嚴(yán)重，給今后的開(kāi)采帶來(lái)了很大的困難，甚至無(wú)法回采。所以，要加強(qiáng)采準(zhǔn)工程允許暴露時(shí)間，正確處理采準(zhǔn)和回采在時(shí)間和空間銜接關(guān)系，以有利于今后的開(kāi)采。

3.3 確定合理的開(kāi)采順序

對(duì)于-160 m崩落法開(kāi)采，究竟采用前進(jìn)式開(kāi)采，還是后退式開(kāi)采，或從最危險(xiǎn)不穩(wěn)定的地區(qū)先采，這些問(wèn)題應(yīng)做進(jìn)一步深入研究。

3.4 加強(qiáng)井巷安全維護(hù)措施研究

（1）目前巷道支護(hù)方式包括噴錨支護(hù)、混凝土支護(hù)等。弓長(zhǎng)嶺鐵礦只采用打灰方式支護(hù)，因此對(duì)于支護(hù)方式應(yīng)進(jìn)一步深入研究。

（2）在合理的時(shí)間進(jìn)行井巷支護(hù)，這是一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題。要做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)，應(yīng)對(duì)井巷變形加強(qiáng)監(jiān)測(cè)并在變形前進(jìn)行支護(hù)，以確保支護(hù)的有效性。

4 結(jié)語(yǔ)

該文基于弓長(zhǎng)嶺鐵礦開(kāi)采現(xiàn)狀，結(jié)合礦山開(kāi)采實(shí)際與管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)弓長(zhǎng)嶺鐵礦崩落法開(kāi)采地壓活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了分析研究，并針對(duì)目前弓長(zhǎng)嶺鐵礦崩落法開(kāi)采的實(shí)際問(wèn)題，提出了技術(shù)措施。

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