时间:2024-06-19
裴 斌, 王怀勇
(1.西乌珠穆沁旗银漫矿业有限责任公司, 内蒙古 锡林郭勒 026200;2.中国恩菲工程技术有限公司, 北京 100038)
国家对矿山开采的环境保护要求越来越严格,使得充填法成为了主要的采矿方法[1]。原来的空场采矿法也随之转变为空场嗣后充填法[2]。空场嗣后充填采矿法对于采场顶板稳定性有一定要求,以满足工人在空场下安全作业的需求,这一要求也成为该采矿方法推广应用的决定性因素之一。分段空场嗣后充填法具备生产效率高、开采强度大等优点,在许多矿山中得到了广泛的应用[3-6]。
在采用空场嗣后充填采矿法过程中,对于部分采场顶板稳定性较差的情况,可以建立合理的顶板管理制度,如在开采过程中采取控制爆破落矿工艺、按反倾节理层的厚度分布布置炮孔排距、采用分段爆破等方法进行采场顶板的维护[7]。西北某铜矿9号采场采用分段空场嗣后充填采矿法进行开采时,其上盘围岩节理裂隙特别发育,是采场发生大冒落的区域,采场顶板采用了喷锚网联合支护,但该种支护没有根据采场顶板稳定性进行适时的方案调整,导致部分采场出现冒落现象[8]。金山店铁矿西区分段空场嗣后充填采矿法,顶板上方存在一条断裂破碎带,造成顶板垮落,无法形成采空区,因此采用了长锚索预控顶支护方法,并通过理论计算与数值模拟确定了合理的顶板参数[9]。阿舍勒铜矿700 m水平采用分段崩落阶段空场充填采矿法,因采场顶板破碎,采用了锚索支护的预控顶支护方法,其7个采场得以顺利回采[10]。
内蒙古某多金属地下矿17#矿体走向85°,倾向北西,平均倾角85°,矿体平均厚度17.4 m,走向长度800 m左右。17#矿体主要为铜锡银锌矿体,属断裂构造控制的中低温热液型脉状铜铅锡银锌矿床。矿体主要赋存在F3断层带上盘黄铁绢英岩化碎裂岩内,矿化以脉状、网脉状产出,以黄铁绢英岩化、萤石化、高岭土化为主,从施工的沿脉工程来看,矿体最富集部位,高岭土化、萤石化较强,高岭土呈带状产出,遇水后呈泥状,巷道易冒落。矿体赋存于F3断层上盘断裂带内,构造发育,节理纵横交错,增加了开采难度,开采条件较为复杂。
针对内蒙古某多金属地下矿,采用空场嗣后充填采矿法时出现的局部顶板大规模冒落,本文采用了预控顶支护技术,该技术有效地解决了顶板冒落问题,使得矿山对该部分矿体实现了安全回采。
目前采用沿走向布置的分段空场嗣后充填采矿法,分两步开采,一步回采矿柱,采场长度20 m,二步回采矿房,采场长度40 m。分段高度20 m,每个采场含两个分段,凿岩水平为820 m、840 m、860 m和880 m分段,出矿水平为820 m和860 m分段。
17#矿体中部的上盘围岩、矿体、下盘围岩整体稳定性条件较好,但存在局部稳固性差,且较破碎,况且目前820 m至860 m分段已基本回采结束,现场已有部分采场形成了较大的空顶高度,造成局部顶板冒落事故的可能性较大,这种情况下仅采用喷锚网支护还存在一定的风险,考虑到顶板下作业时间较长,因此需要采取更加安全的预控顶方案。
结合矿山的开采技术条件,对900 m分段、920 m分段17#矿体嗣后充填采场,以及800 m分段17#矿体扩帮采场,在喷锚网支护的同时,增加长锚索进行预加固的联合支护方式。该支护方式能通过锚杆、网片及喷浆体形成组合梁,再利用锚索把岩体连成一体,借助杆体的悬吊作用,来提高采场顶板的岩体稳定性,可以有效地防治冒落,从而为回采提供安全的作业环境。
金属矿山中,一般都采用钻孔台车等设备施工钻孔,使用注浆锚索在上向孔安装锚索时工序繁琐,锚索表面清洁处理困难,也不容易施加预应力,因此我矿在实际施工中采用了树脂锚索,由树脂锚索取代注浆锚索,且树脂锚索施工工艺简单,安装速度快,比较容易施加预应力,在顶板支护效果上比较明显。
锚索支护参数可运用数值计算方法确定:据岩层赋存状态确定合理的锚索锚固位置及长度;据简支梁和薄板理论计算所需要的加强支护强度;据所选锚索材料力学性质参数确定锚索布置参数[11]。根据上述计算方法,确定900 m分段采用长度为3.5 m、5 m,直径为15.2 mm锚索,支护网度为1.5 m×1.5 m;920 m分段采用长度为8 m,直径为15.2 mm锚索,支护网度为2 m×2 m;围岩较好地段只使用锚索进行支护,围岩较破碎段结合锚网索联合支护形式。
现在17#矿体900 m分段Ⅰ-6、Ⅰ-8、Ⅰ-12采场及920 m分段Ⅰ-10采场、13-1线至1-1线之间的采场,均进行了锚索预控顶支护,900 m分段Ⅰ-8采场和920 m分段Ⅰ-10采场已回采结束,900 m分段Ⅰ-6、Ⅰ-12采场正在回采,现空区顶板都比较稳定,没有出现较为严重的片帮和顶板垮塌现象。
针对矿体厚度不同,采场预控顶支护采用全断面支护和预留间柱两个方案。
(1)全断面支护方案
920 m分段17#矿体采场当矿体厚度小于8 m,采场沿走向进行拉底扩帮,扩帮时采用锚网支护,锚杆采用长度3 m的树脂锚杆,间排距均为1 m,中间采用直径15.2 mm、长度8 m的树脂锚索,网度为2 m×2 m,采场两帮采用60°~70°倾角钻孔,安装长度8 m的树脂锚索,局部辅以短锚杆支护,如图1所示。
1.采场边界 2.联络道 3.保安矿柱 4.长锚索 5.锚杆图1 全断面支护方案
(2)预留间柱支护方案
矿体厚度大于8 m或扩采采场面积大于200 m2以上的采场,应留设间柱。如800 m分段17#矿体扩帮拉底采场,以沿脉巷或出矿进路作为自由面,选择合适位置预留4 m宽的间柱,其余将矿体全部扩帮到采场边界位置,间柱附近的长锚索向外倾斜一定角度。扩帮时采用喷锚网支护,树脂锚杆长3.0 m,排距、间距均为1.0 m。正常锚索孔采用竖直钻孔,间柱处采用60°~70°倾角钻孔,锚索参数与全断面支护方案相同,如图2所示。
1.采场边界 2.联络道 3.保安矿柱 4.长锚索 5.锚杆图2 预留间柱支护方案
8 m锚索选用直径Φ21.5 mm的钢绞线,树脂药卷选用2350锚固剂,锚索钻孔使用华泰CYTC70型潜孔钻机,改装后施工孔径45 mm,每孔装入3卷树脂锚固剂;3.5 m和5 m锚索选用直径15.2 mm的钢绞线,树脂药卷选用2335锚固剂,钻孔使用YT 28凿岩机,孔径32 mm,先用短钎钻一浅孔,再用长钎钻孔达到要求孔深,每孔装入3卷树脂锚固剂。锚索孔施工完成后,安装锚索前必须进行洗孔,将钻孔内的岩粉碎渣冲洗干净,现将树脂锚固剂送入孔内,再将锚索穿入钻孔,锚索送入孔内后,使用锚索钻机进行边送边搅,通过杆体搅破锚固剂卷,使用锚索钻机送进时速度要均匀,搅拌要充分,待搅拌结束15 min后方可进行拉拔安装锁具。
(1)锚索测力计
为了掌握长锚索的受力情况,采用锚索测力计对锚索的受力变化情况进行监测。选用了MCJ- 200系列振弦式锚索测力计。MCJ- 200系列振弦式锚索测力计由优质弹性合金钢制作的弹性圆筒、密封壳体和3(或4)根振弦及电磁线圈、电缆等组成。
当被测载荷作用在锚索测力计上,将引起弹性圆筒的变形并传递给振弦,使振弦的张力发生变化,从而改变振弦的振动频率,频率信号经电缆传输至MCJ- 200系列振弦式读数仪上,即可测读出频率值,计算出作用在锚索测力计相应的载荷值。连续观测1个月,每1~3天观测一次并记录压力值。
(2)顶板离层仪
选用了YHW150型顶板离层仪,监测长锚索支护采场顶板的沉降量。YHW150型顶板离层仪用井下监测顶板沉降的智能化仪表,具有监测和光报警的功能。长度20 m采场布置4个,竖直安装,孔深约5 m,配套一个数据采集器,每天启记录一次数据,直到采场全部采完。YHW150型顶板离层仪的量程为0~150 mm,也可以设置报警值,一旦位移量超过设定值,离层仪会发出红光报警。
(1)在该矿17#矿体应用喷锚网+长锚索预控顶联合支护方式是成功的,针对不同矿体厚度和采场面积大小分别采用了不同的支护方案,在采场顶板支护中取得了良好的效果。
(2)实践证明,该种采场预控顶支护方法在改善顶板力学性能、提高顶板自承载能力、控制顶板位移,保持顶板的稳定性上发挥了较大作用。
(3)对于采用分段空场嗣后充填采矿法时产生的局部顶板冒落现象,采用预控顶支护是一种行之有效的措施。
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