鋁土礦地下開采頂板冒落預防初探

鄭 昱

（西南能礦建設工程有限公司，貴州 貴陽 550081）

在鋁礦開采工作的一般情況下，頂板冒落的出現事先都有預兆。預兆主要包括下面幾種：響聲巖層下沉斷裂、頂板壓力急劇加大時，木支架就會發生劈裂聲，緊接著出現折梁斷柱現象；金屬支柱的活柱急速下縮，也發出很大聲響。另外，有時也能聽到采空區內頂板發生斷裂的悶雷聲。掉碴頂板嚴重破裂時，折梁斷柱就要增加，隨著就出現頂板掉碴現象[1]。掉碴越多，說明頂板壓力越大。在人工頂板下，掉下的碎矸石和煤渣更多，工人叫“煤雨”，這就是發生頂板冒落的危險信號。根據頂板冒落的力學原因，可以將工作面頂板事故分為：漏垮型冒頂、壓垮型冒頂、推垮型冒項及綜合型冒頂四大類。漏垮型冒頂指的是因已破碎的頂板沒有得到有效防護受重力作用冒落而導致的冒頂；壓垮型冒頂指的是由垂直于層面方向的頂板力壓壞工作面支架而導致的冒頂；推垮型冒項指的是由平行：層面方向的頂板力推倒工作面支架而導致的冒頂；綜合型冒頂則指的是由二種或二種以上力學原因而導致的冒頂。為有效防止由于頂板意外冒落造成的人員傷亡、設備損壞和生產中止的事故，本文進行鋁土礦地下開采頂板冒落預防初探。

1 鋁土礦地下開采頂板冒落預防初探

我國鋁土礦行業發展很快，但是還有許多有待于進一步優化之處，即使是在最先進的技術下，鋁土礦開采過程中鋁土礦的回采損失仍然在10%左右。為降低鋁土礦的回采損失，實現地下鋁土礦的完全開采，并且保證開采的安全性，針對鋁土礦地下開采頂板冒落預防進行初探。

1.1 采掘技術預防措施

本文針對鋁土礦地下開采預防頂板冒落的采掘技術預防措施主要可分為7點，分別包括：巖柱保護、遵守開采流程、井巷支護、井巷斷面、支護方式、施工安全技術措施以及合理安排回采順序[2]。

巖柱保護指的是對于鋁土礦地下開采中規定必須保留的巖柱，必須定期進行嚴查、維護，在約定的保護期限內，無特殊指令不得進行任何鋁土礦地下開采工作或是予以破壞。遵守開采流程這一點看似簡單，但在鋁土礦地下開采實際工作中十分重要。必須嚴格遵守鋁土礦地下開采方案中的具體流程，逐步進行，避免由于操作不當造成頂板冒落。井巷支護是預防頂板冒落的重要手段，結合對鋁土礦地下開采施工現場的頂板管理，從而保證頂板安全。還可以通過在井巷斷面安裝通風設備以及運輸設備，滿足鋁土礦地下開采施工以及頂板維修的需要。針對采掘技術中頂板的支護方式其中包括：錨噴網支護、金屬支架、混凝土支護以及鋼筋混凝土支護，通過加強頂板的硬度，提高頂板的安全性。施工安全技術措施主要集中在鋁土礦地下開采的采空區、溶洞、斷層以及含水層部分，必須應用與之相應的施工安全技術措施保證高危地區的頂板安全。合理安排回采順序主要針對鋁土礦地下開采的暴露空間提出，結合鋁土礦實際的地質情況以及分布情況，有針對性的制定回采順序，優化鋁土礦地下開采流程。包括水處理技術和節水技術、尾礦管理與回收技術、智能能源系統、電力采礦設備、生物技術以及生物采礦和生物礦化技術。這些新技術正被應用于鋁土礦地下開采中，可以有效預防頂板冒落，提高頂板冒落的預防能力。同時，也可以減少碳排放、減少污染等。

1.2 劃分圍巖安全合理等級

考慮到鋁土礦本身硬度較大，因此需要大量的支撐礦柱從而提高鋁土礦地下開采施工現場的穩定性[3]。可以通過廢石對鋁土礦地下采空區進行回填，作為輔助支撐，對圍巖起到支撐作用。

由于不同鋁土礦的圍巖危險程度均不相同，本文通過將圍巖危險程度按照由低到高的順序劃分圍巖安全合理等級，圍巖安全合理等級最高為Ⅲ級、中等為Ⅱ級、最低為Ⅰ級。當頂板圍巖安全合理等級為Ⅲ級時，代表鋁土礦巖質堅固，只含有極為少數的小斷層，出現頂板冒落的概率極低。當頂板圍巖安全合理等級為Ⅱ級時，意味著鋁土礦地下存在斷層通過現象，鋁礦巖性以層理為主，而斷層出現的具體位置大部分在鋁土礦地下采礦場的下盤地區。因此，必須對頂板進行定期的檢查，避免出現頂板冒落。當頂板圍巖安全合理等級為Ⅰ級時，代表出現頂板冒落的可能性較高，必須結合I級頂板支護技術措施進行有針對性的預防。I級頂板支護技術措施的具體內容，如表1所示。

表1 I級頂板支護技術措施

結合表1信息，從鋁土礦地下開采過程來說，要把鋁土礦盡可能多地采出來，就要實行無支撐礦開采。可以采用柔模混凝土復合材料，隨著工作面回采，在采空區邊緣澆筑一道連續密閉的混凝土墻體，將巷道保留下來，為下一個工作面服務，利用混凝土墻體置換區段煤柱，提高鋁土礦回采率，利用柔模混凝土復合材料，將這部分損失的鋁土礦更安全有效地采出來。這個技術的原理、構想不簡單，要工業化應用更難。該技術最基礎和關鍵的部分在于研發具有透水不透漿特性的柔模，將混凝土注入柔模后，水能流出來，但水泥不能流出來。利用水與水泥透過柔模孔隙的差異性，通過不斷調整柔模的孔徑與孔隙率，最終實現了柔模的透水不透漿特性。柔模要在井下使用，還要具有阻燃和抗靜電的特性。在紡織行業，使紡織材料單獨實現阻燃或抗靜電，較容易。但要同時具有上述兩種特性，又要保證高強度、透水不透漿卻很難。本文建議使用復合型阻燃抗靜電劑預防頂板冒落，并在此基礎上，開發阻燃抗靜電纖維紡紗工藝，攻克了透水不透漿的高強度纖維布織造技術難題，從而實現針對頂板冒落的預防。

1.3 管理預防措施

切實加強對鋁土礦地下開采的過程管控，按標準、規范和制度、規程等認真組織頂板預防驗收工作。直至符合頂板安全生產條件后，采取的安全保障措施等。堅決不得擅自降低頂板安全管理標準、走過場，嚴格按照誰檢查、誰簽字、誰負責的規定，要把汲取頂板冒落事故教訓落實在具體的安全措施上，克服僥幸心理和麻痹思想。在正式進行鋁土礦地下開采前，必須對礦山系統進行一次片幫冒頂隱患排查，嚴防鋁土礦地下開采中出現毒窒息、水淹礦井、片幫冒頂等事故發生。

針對鋁土礦地下開采頂板冒落管理預防措施，必須執行鋁土礦安全培訓教育管理規定，通過網上、微信等方式按規定進行培訓并經考核合格后方可正式進行鋁土礦地下開采作業。要進一步加強鋁土礦地下開采現場的安全管理，進入現場作業前必須進行安全條件確認，確保生產現場設備設施安全狀態良好，未經確認不得擅自進入現場作業。要進一步明確各自直接監管的非煤礦山安全監管責任，并落實到具體人。要進一步加大非法違法和“三違”行為打擊力度，通過打擊一批、規范一批、震懾一批，進一步強化非煤礦山安全生產基礎，不斷提升安全條件，堅決遏制各類生產安全事故再次發生。

2 結語

通過對鋁土礦地下開采頂板冒落預防初探，有理由加大頂板冒落預防方面的研究力度。本文通過采掘技術預防措施、劃分圍巖安全合理等級以及管理預防措施對開采頂板冒落進行預防，通過上文論證證明可以取得良好的效果。不僅能夠提高鋁土礦開采的效率，還可以在極大限度上減少鋁土礦開采的難度，從而提高鋁土礦開采的經濟效率以及安全系數。

但考慮到目前我國針對頂板冒落預防方面的研究不夠全面，仍然存在一定的局限性，因此，必須進一步加大對頂板冒落預防的研究投入。希望可以通過深入研究，突破鋁土礦地下開采中存在的阻礙，在降低鋁土礦地下開采中頂板冒落出現的概率，進一步促進我國鋁土礦開采事業的蓬勃發展。