全面法礦柱回采地壓顯現(xiàn)監(jiān)測與安全保障措施

劉海科

（文山麻栗坡紫金鎢業(yè)集團(tuán)有限公司，云南 文山 663000）

緩傾斜薄礦體開采主要的采礦方法包括上向水平進(jìn)路充填法和全面法（房柱法）等。受礦體品位、傾角和厚度等變化，若礦石品位較低，采用上向水平進(jìn)路充填法開采成本較高，經(jīng)濟(jì)效益不顯著。若采用全面法或房柱法，可根據(jù)礦體品位變化，在低品位礦體或夾石留設(shè)礦柱，能夠?qū)崿F(xiàn)該類礦產(chǎn)資源的低成本開發(fā)。

眾所周知，全面法或房柱法最大的弊端在于礦柱留設(shè)，損失率往往高達(dá)15%～30%，這對礦產(chǎn)資源最大限度回收是十分不利的。國內(nèi)外學(xué)者和專家就全面法礦柱回采開展了大量研究工作，取得了諸多有價(jià)值的研究成果[1，2]。然而，全面法開采地壓顯現(xiàn)規(guī)律到底是如何分布的，在礦柱開采過程中采動(dòng)應(yīng)力又是如何分布的，是礦山管理層重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。孫偉[3]等基于普朗銅礦自然崩落法底部出礦制定了詳細(xì)了監(jiān)測方案；蔡永順和黃發(fā)凱[4，5]等以哈圖金礦為背景，形成了完善的地壓監(jiān)測方案并就監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了分析。基于此，作者就全面法礦柱開采制定了詳細(xì)的監(jiān)測方案并制定了安全保障措施，以期為今后類似開采技術(shù)條件的礦山提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)采場礦柱回采地壓監(jiān)測

（1）監(jiān)測目的。某礦柱分布相對較為規(guī)整，但由于暴露面積和周期較長，頂板以及滯留礦柱應(yīng)力分布如何尚不明確。因此，進(jìn)行現(xiàn)場礦柱應(yīng)力監(jiān)測和頂板變形十分必要，對于實(shí)現(xiàn)安全高效采礦具有重要意義。現(xiàn)場觀測主要是借助各種儀器直接測量巖體的力學(xué)特征、變形特征、巖體內(nèi)應(yīng)力及作用與支護(hù)上的載荷等應(yīng)力。監(jiān)測的目的主要是：根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，掌握采場地壓活動(dòng)的一般規(guī)律，形成一套較為完整的監(jiān)測系統(tǒng)，及時(shí)準(zhǔn)確掌握采空區(qū)周邊圍巖變化情況及井下地壓變化情況，避免災(zāi)害事故，確保安全生產(chǎn)。

（2）地壓監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)的基本原則。①地壓監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)與礦山的生產(chǎn)緊密結(jié)合，對開采區(qū)域?qū)嵭兄攸c(diǎn)監(jiān)測，以保障開采區(qū)域的安全，立足礦山的現(xiàn)有開采條件；②地壓監(jiān)測時(shí)觀測手段多樣化。同時(shí)采用壓力監(jiān)測、位移監(jiān)測、非接觸掃描技術(shù)、巖體超聲波監(jiān)測等多種地壓監(jiān)測手段。③根據(jù)礦山礦區(qū)地質(zhì)條件和采礦方法，礦山的地壓規(guī)律、巖體類型及其物理力學(xué)性質(zhì)等設(shè)定觀測點(diǎn)的分布。④根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際和適用性，恰當(dāng)?shù)剡x擇地壓觀測儀器的種類、規(guī)格型號(hào)及其埋設(shè)方式。

（3）主要監(jiān)測內(nèi)容。根據(jù)以上監(jiān)測點(diǎn)布置原則，監(jiān)測的主要內(nèi)容包括：①采場頂板下沉測量。采用頂板離層儀對開采過程中頂板的下沉過程進(jìn)行監(jiān)測。②礦柱穩(wěn)定性應(yīng)力監(jiān)測。對試驗(yàn)采場內(nèi)礦柱應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測。

（4）現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果分析。在實(shí)際監(jiān)測過程中，由于RM3和RM4監(jiān)測設(shè)備損壞，且靠近試驗(yàn)采場北東方向，周圍為礦巖邊界，預(yù)測頂板位移和應(yīng)力相對較小，故未進(jìn)行安裝。圖1所示為試驗(yàn)采場礦柱回采期間RM1、RM1和RM5頂板相對位移和監(jiān)測天數(shù)的曲線。

圖1 頂板位移于監(jiān)測天數(shù)關(guān)系曲線

分析圖1可知，RM5測點(diǎn)位于試驗(yàn)采場運(yùn)輸巷道的頂板位置，點(diǎn)柱開采過程中對其影響較小，頂板相對位移隨監(jiān)測天數(shù)無太大變化，均在0.3mm以下；RM2測點(diǎn)位于試驗(yàn)采場人工假柱P5的北東位置，其跨度較大。分析數(shù)據(jù)可知，該區(qū)域隨著礦柱回采推進(jìn)，頂板位移變化幅度較RM1和RM5較大，但最大不超過2.0mm。RM1位于P7的正北方向，且較P7較近，頂板雖有變形，但整體下沉量小于0.7mm。現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明，在點(diǎn)柱開采過程中，頂板雖發(fā)生不同程度的下沉變形，但變化幅度較小，能夠滿足試驗(yàn)采場點(diǎn)柱快速回采的安全需求。

2 試驗(yàn)采場礦柱回采安全保障措施

（1）試驗(yàn)采場回采安全注意事項(xiàng)。采用置換法回收礦柱，為了保證回采作業(yè)的安全，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①堅(jiān)持后退式回采，保證工作人員有良好的工作條件；②提高回采強(qiáng)度，縮短工作人員在采空區(qū)的作業(yè)時(shí)間；③監(jiān)控頂板，防止意外事故發(fā)生；④保證兩個(gè)以上的安全出口以及人行通道的安全；⑤嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的回采順序和技術(shù)要求施工；⑥嚴(yán)格落實(shí)作業(yè)簽的安全檢查和確認(rèn)制度，嚴(yán)禁違章、冒險(xiǎn)作業(yè)。在斷層、裂隙和節(jié)理發(fā)育的區(qū)域，要根據(jù)情況進(jìn)行相應(yīng)的支護(hù)，確保作業(yè)安全；⑦加強(qiáng)爆破安全管理，特別注意做好爆破后通風(fēng)工作，回采作業(yè)過程中若空氣質(zhì)量較差，必須安裝局扇輔助通風(fēng)。在炮煙未排盡時(shí)，嚴(yán)禁人員進(jìn)入作業(yè)面；⑧施工階段若出現(xiàn)大面積冒頂預(yù)兆等任何不可控的危險(xiǎn)情況，停止作業(yè)，當(dāng)班人員應(yīng)立即組織撤離，并及時(shí)上報(bào)；⑨各項(xiàng)操作要嚴(yán)格遵守《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》等有關(guān)安全規(guī)程。

（2）試驗(yàn)采場作業(yè)安全保障措施。①定期檢查采場人行安全出口的暢通情況，當(dāng)?shù)V柱回收率較高且通道無法繼續(xù)使用時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的安全措施，保證采場安全出口暢通；②采場中產(chǎn)生的大塊必須及時(shí)破碎，破碎時(shí)必須遵守破碎工安全操作規(guī)程；③采場爆破之前必須設(shè)置好警戒，爆破通風(fēng)完畢后方可進(jìn)入采場作業(yè)；④進(jìn)入采場作業(yè)前必須首先檢查處理回采工作面，采場頂板的浮石必須排除干凈。若因爆破或其他原因造成采場頂板破壞必須及時(shí)進(jìn)行錨桿支護(hù)。若上述支護(hù)措施仍不穩(wěn)固后采取錨桿金屬網(wǎng)支護(hù)；⑤作業(yè)人員進(jìn)入采場作業(yè)必須注意觀察采場頂板的變化情況，若在作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)冒頂預(yù)兆，應(yīng)及時(shí)停止作業(yè)進(jìn)行處理并及時(shí)上報(bào)；⑥必須實(shí)行控制爆破技術(shù)，控制采場頂板形狀基本平整。⑦利用鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦時(shí)，鏟運(yùn)機(jī)上方必須設(shè)置牢固的防護(hù)棚。

3 結(jié)論與展望

①作者就全面法礦柱開采全程制定了詳細(xì)的監(jiān)測方案，并就監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了分析。同時(shí)，制定了礦柱開采過程中的安全保障措施，以期為今后類似開采技術(shù)條件的礦山提供參考依據(jù)。②地壓監(jiān)測是地下礦山開采保障安全的重要手段之一，尤其進(jìn)入深部開采后地壓顯現(xiàn)尤為劇烈，與之相配套的監(jiān)測內(nèi)容與設(shè)備也應(yīng)更加完善。