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人工柱錨桿房柱法采場(chǎng)地壓控制監(jiān)測(cè)

2015-01-26 03:27楊壽江
中國錳業(yè) 2015年1期
關(guān)鍵詞:礦房采場(chǎng)礦體

楊壽江

(云南省鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司,云南 鶴慶 671500)

人工柱錨桿房柱法采場(chǎng)地壓控制監(jiān)測(cè)

楊壽江

(云南省鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司,云南 鶴慶671500)

摘要:根據(jù)采場(chǎng)、巷道地壓的監(jiān)測(cè),可以研究圍巖的地壓活動(dòng)規(guī)律,為巷道的維護(hù),采場(chǎng)作業(yè)安全,采空區(qū)的放頂安全管理等工作提供可靠的依據(jù)。介紹了云南省鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司小天井礦區(qū)人工柱錨桿房柱法采場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)與控制措施。

關(guān)鍵詞:采掘;地壓;監(jiān)測(cè)

房柱法采礦中,礦房回采安全取決于礦房在回采過程中對(duì)頂板的管理情況,整個(gè)采區(qū)的安全取決于采區(qū)的地壓活動(dòng)規(guī)律。因此在采礦過程中,采取錨桿網(wǎng)護(hù)頂,現(xiàn)場(chǎng)人工柱受壓系統(tǒng)觀測(cè),地表沉降觀測(cè)等地壓控制監(jiān)測(cè)工作。

系統(tǒng)地研究認(rèn)識(shí)采區(qū)的地壓活動(dòng)規(guī)律,從而指導(dǎo)礦體回采,巷道的維護(hù),采空區(qū)的放頂安全管理[1],為礦山安全生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1人工柱錨桿房柱法簡介

小天井礦床屬淺海沉積礦床,礦體呈層狀產(chǎn)出,礦體東緩西陡,東部傾角23(°)~34(°),西部傾角55(°)~65(°)。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,斷層、褶皺發(fā)育,礦巖界線明顯。礦體頂板巖層為硅鈣質(zhì)薄層灰?guī)r,底板為鈣質(zhì)灰?guī)r和粉砂質(zhì)泥巖[2]。人工柱錨桿房柱采礦法是回采緩傾斜中厚礦體的主要方法,目前在云南省鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司小天井礦區(qū)約占礦山總采出礦量的40%。

1.1 采場(chǎng)布置與結(jié)構(gòu)參數(shù)

采場(chǎng)布置如圖1所示,中段運(yùn)輸平巷在下盤脈外,每1個(gè)礦房布置1個(gè)放礦漏斗,一般布置于礦柱與礦房相交部位,作為切割上山和礦房落礦的共同出礦口,漏斗口的中心距一般為8~9 m。切割上山應(yīng)和上中段貫通,作為人行、通風(fēng)、材料運(yùn)輸使用。

采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù):礦體傾角在20(°)~40(°)之間,礦房凈跨度6~8 m,礦房斜長30~60 m,垂高(上下中段高差)20 m。

1 安全出口;2 上中段巷道;3 礦房礦體; 4 人工柱;5 下中段巷道;6 溜子口; 7 錨桿

圖1人工柱錨桿房柱法布置

1.2 人工柱及回采工藝

人工柱是用片石(石灰?guī)r)在采場(chǎng)砌筑的巖石柱,在緩傾斜中厚礦體礦房回采前砌筑人工柱來代替礦石柱。人工柱砌筑于礦房兩側(cè),以支撐頂板壓力,其布置隨礦體傾角的大小而不同,當(dāng)傾角<30(°)時(shí),采用間隔式布置,傾角>35(°)時(shí)可采用連續(xù)式布置[3]。人工柱的高度根據(jù)礦體厚度而定,有時(shí)可達(dá)6~7 m,一般約為4 m。

回采工藝:首先在礦房兩側(cè)掘進(jìn)切割上山,上山貫通上中段后砌筑人工柱,之后回采礦房,及時(shí)在頂板上安裝錨桿金屬網(wǎng)護(hù)頂。當(dāng)回采至第3個(gè)礦房時(shí)崩落第1個(gè)采空礦房,進(jìn)行放頂。

2人工柱壓力觀測(cè)系統(tǒng)

2.1 壓力枕平面布置

為了探索人工柱承壓性,在監(jiān)測(cè)中采用液壓壓力枕為傳感元件的人工柱受壓觀測(cè)系統(tǒng)。壓力枕具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、觀測(cè)方便、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。布置壓力枕的采場(chǎng)為小天井礦區(qū)2490中段和2510中段,8號(hào)至9號(hào)勘探之間的5815、5814、5813、5812和5811共5個(gè)礦房,6條人工柱。在人工柱上使用了10只壓力枕,壓力枕最大量程為16 MPa。由于采場(chǎng)人工柱受壓一般為中下部較大,故壓力枕大部分埋設(shè)在礦柱中下部位置。壓力枕枕面盡量呈水平放置。采場(chǎng)回采順序從5815礦房起,由南往北推進(jìn)。如圖2。

2.2 壓力枕安裝

壓力枕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為頂板與人工柱的接觸壓力,故安裝位置應(yīng)盡量靠人工柱上部與頂板之間。同時(shí)為保護(hù)壓力枕并使其與人工柱呈面接觸,需加工厚度為6 mm的鋼質(zhì)夾板。為防止回采時(shí)下落礦石破壞壓力表,將傳感壓力管及壓力表埋在預(yù)留的溝槽內(nèi),如圖3。

3采場(chǎng)地壓觀測(cè)及顯現(xiàn)規(guī)律

3.1 壓力監(jiān)測(cè)

在安裝完壓力枕之后,為了觀測(cè)礦房采礦過程中采場(chǎng)各部位的壓力變化,采用相同頻率觀測(cè)。壓力枕安裝2 d之后觀測(cè)1次,人工柱承受地壓以后每3 d觀測(cè)1次,并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。在布置安裝的10個(gè)壓力枕中,其中66號(hào)受損沒有數(shù)據(jù)記錄,60、61、65號(hào)記錄沒有規(guī)律,故未作為分析依據(jù)。在2011年4-9月間,對(duì)人工柱上的62、63、64、67、68、69號(hào)壓力枕在同一時(shí)間段進(jìn)行觀測(cè),取得了6個(gè)壓力枕60 d的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

3.2 壓力顯現(xiàn)規(guī)律

礦房回采之前,各壓力表沒有數(shù)據(jù)顯示,表明沒有壓力產(chǎn)生。4月15日開始回采第1個(gè)5815礦房,4月23日67號(hào)壓力枕已有壓力數(shù)據(jù)顯示,表明人工柱開始承受地壓。根據(jù)各個(gè)壓力枕觀測(cè)的壓力數(shù)據(jù)繪制成“壓力—時(shí)間”曲線圖,從曲線圖上可直觀地看到,在礦房回采過程中各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)地壓的變化情況,以此分析地壓顯現(xiàn)規(guī)律。

3.2.1回采初期人工柱壓力變化

觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),5815礦房和5814礦房之間的67號(hào)壓力枕受壓變化“壓力—時(shí)間(P-t)”曲線見圖4。

由圖4可以看出,僅1個(gè)礦房回采時(shí)人工柱壓力相對(duì)較弱,5815礦房在4月23日切頂結(jié)束后,壓力才逐漸顯出。這表明只有當(dāng)人工柱兩側(cè)臨空后,人工柱才開始承受壓力。從變化趨勢(shì)看,回采期間壓力上升緩慢,當(dāng)采場(chǎng)上部垮頂時(shí)壓力才迅速上升。在上升趨勢(shì)中5月14日壓力突然下降,然后又恢復(fù)上升趨勢(shì)。

3.2.2形成多個(gè)采空區(qū)時(shí)人工柱壓力變化

5814礦房和5813礦房之間的63、68號(hào)壓力枕受壓變化“壓力—時(shí)間”曲線見圖5~6。

5813礦房5月26日開始切頂,壓力枕顯示讀數(shù),表明由5813礦房有礦體支承的壓力轉(zhuǎn)移到人工柱上。6月6日,5815礦房、5814礦房中上部自然冒落,表明采場(chǎng)垮頂前必然有一壓力上升過程,垮頂之后壓力釋放;空區(qū)垮落后,應(yīng)力拱移動(dòng)應(yīng)力升降區(qū)也隨之變化,鄰近冒落區(qū)采場(chǎng)處于應(yīng)力降低區(qū),即采場(chǎng)在免壓拱下回采安全系數(shù)在提高。

3.2.3相鄰采場(chǎng)回采時(shí)人工柱壓力變化

5811礦房至5813礦房之間的62、64、69號(hào)壓力枕受壓變化“壓力—時(shí)間(P-t)”曲線見圖7~9。

5814、5815礦房垮落,5813礦房空?qǐng)鲂纬桑?811

礦房未動(dòng),5812礦房回采條件下以及5814礦房、5812礦房自然冒落情況下,62、64、69號(hào)壓力枕受壓變化?,F(xiàn)場(chǎng)5815、5814礦房自然冒落部位在中上部,因此當(dāng)5812礦房切頂初期采場(chǎng)下部在走向方向空區(qū)暴露范圍為5814、5813礦房兩個(gè)空?qǐng)觥?813礦房回采時(shí),5815、5814礦房已是2個(gè)空區(qū),他們并未維持到5813礦房回采結(jié)束就提前冒落,表明此條件下的極限跨距為25~30 m左右。自然冒落使5813礦房在應(yīng)力降低區(qū)下回采是安全的。5812礦房回采時(shí)曾出現(xiàn)5814礦房下部及5813礦房自然冒落,但5812礦房應(yīng)力并未降低,只是短暫的下降之后又繼續(xù)回升并超過原來的數(shù)值。這一現(xiàn)象揭示了兩個(gè)問題:該處雖然冒落,但不充分;回采的采場(chǎng)附近不允許有沿走向較大的空區(qū)存在。結(jié)合5813礦房回采時(shí)得出的走向極限跨度,為保證回采安全,必須對(duì)附近的空區(qū)走向長度加以限制,即當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)空?qǐng)鰰r(shí),在回采第3個(gè)礦房時(shí),必須放掉第1個(gè)采場(chǎng)。即實(shí)行“采二放一”。

以上對(duì)壓力觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析,基本揭示了礦房回采過程中采區(qū)地壓活動(dòng)規(guī)律,對(duì)采掘施工安全有著指導(dǎo)作用。另外,實(shí)際觀察人工柱與礦石柱承壓,直觀觀測(cè)是人工柱承壓弱于礦石柱,但承壓時(shí)間相對(duì)較長。

4結(jié)論

1) 人工柱承壓能力低于礦石柱的承壓能力,但人工柱具有良好的讓壓特性。

2) 礦厚4~6 m,傾角20(°)~40(°),人工片石柱,礦房跨度6~8 m條件下,采用“采二放一”的方法能夠保證礦房回采的安全。

3) 壓力枕對(duì)于采場(chǎng)壓力顯現(xiàn)具有直觀、適時(shí)和方便的特點(diǎn),并能預(yù)報(bào)大的壓力。適合于人工柱錨桿房柱法采礦過程中采場(chǎng)的地壓監(jiān)測(cè)與安全管理,是可以推廣應(yīng)用的方法。

4) 經(jīng)過實(shí)踐,當(dāng)?shù)V體傾角變陡,布置連續(xù)人工柱時(shí),采場(chǎng)地壓呈現(xiàn)規(guī)律不同于點(diǎn)柱和緩傾斜時(shí)的采場(chǎng)地壓顯現(xiàn)規(guī)律,前者地壓強(qiáng)度較小。

參考文獻(xiàn):

[1]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. 安全評(píng)價(jià)(第3版)[M]. 北京: 煤炭工業(yè)出版社, 2005.

[2]西南有色地質(zhì)勘探公司三一O地質(zhì)隊(duì),云南省鶴慶縣鶴慶錳礦小天井礦段地質(zhì)詳查報(bào)告[R]. 云南:大理,1989.

[3]冶金部馬鞍山礦山研究院, 鶴慶縣錳礦, 大理州礦冶開發(fā)研究所. 鶴慶縣錳礦人工柱錨桿房柱法和地壓活動(dòng)規(guī)律研究報(bào)告[R]. 云南:大理,1992.

Ground Pressure Control Monitoring of Artificial Column

Anchor Room-and-pillar Method

YANG Shoujiang

(YunnanHeqingManganeseIndustryCo.,Ltd,Heqing,Yunnan671500,china)

Abstract:Based on the monitoring of stope roadway, you can make a research of ground pressure regularity of surrounding rock for the maintenance of roadway, including stope safety and GOB roof safety management to provide a reliable basis for the work. It introduces small patio artificial column anchor room-and-pillar method of Yunnan Heqing Manganese Industry Co ., Ltd in stope safety monitoring and control measures.

Key words:Extractive; Ground pressure; Monitoring

中圖分類號(hào):TD173

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

doi:10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2015.01.012

作者簡介:楊壽江(1964-),男(白族),云南大理人,工程師,研究方向:礦山測(cè)量,手機(jī):13988567382,E-mail:yndlhqysj@163.com.

收稿日期:2014-10-11

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