分层充填采矿法顶板安全问题分析.pdf

I S S N 1 6 712 9 o 0 CN 4 31 3 4 7 ／ T D 采矿技术第4卷第4 期 Mi n i n g T e c h n o l o g y，o 1 ． 4， No ． 4 2 0 0 4 年 l 2月 De c ． 2 O O 4 分层 充填 采矿 法顶板 安全 问题 分 析 顾春宏， 李海洪 湖南黄沙坪铅锌矿， 湖南 桂阳县4 2 4 4 2 1 摘要 对有色金属矿山分层充填采矿方法的采场顶板安全问题进行 了全面的分析。在 分析其顶板安全问题成因的基础上， 提出了一些管理措施， 并指出应用先进的预测预报技 术对采场顶板管理是十分必要。 关键词 分层充填采矿法； 采场； 安全事故； 防治措施 在有色金属矿山中， 顶板安全问题是矿山安全 管理的首要问题， 据统计 ， 金属矿山中冒顶片帮 事故的死亡人数始终排在我国金属矿山的第 1 位， 死亡事故 占总工伤事故死亡人 数的比例超过 了 4 0 ％。分层充填采矿法是有色金属矿山应用最为广 泛的一种采矿方法。分析与研究该采矿方法所特有 的顶板安全问题， 有助于了解分层充填采矿法采场 特点， 从而为防范冒顶片帮事故的发生提供依据。 l 顶板安全问题成因 分层充填采矿法中， 造成采场顶板不安全、 难以 管理的原因很多， 可以从地质、 技术、 施工质量、 安全 管理几个方面进行归纳分析。 1 ． 1 矿岩不稳固 由于矿体产出于破碎带 ， 矿岩节理裂隙十分发 育， 矿体本身就极不稳固。特别是一些铅锌矿床多 产于断裂破碎带， 上下盘为破碎岩体， 甚至有些矿体 内都有强化砂岩风化带， 见水就泥化， 极不稳固。这 是造成顶板安全问题的客观因素。 1 ． 2 爆破对采场顶板的影响 采掘爆破对采场的顶板会造成一定的破坏 ， 这 种破坏来自两个方面 一是采场崩矿时， 爆破对采场 顶板的破坏； 二是深孔爆破形成充填回风井时， 爆破 对采场顶板的破坏。频繁的爆破对整个采场顶板不 断扰动， 改变了采场顶板的稳固性， 加大了其意外冒 顶的可能性。 1 ． 3 未按采矿技术要求进行生产 一 些作业人员为了眼前的利益和一时的方便， 不认真执行采矿技术规定， 给采场顶板留下了许多 隐患， 主要表现在以下几个方面。 1 上采完以后再扩帮。按要求 ， 采场要先扩 帮再上采， 但当作业班矿源不足时， 为抢任务 ， 部分 班组在未扩完采场周帮就开始上采， 等上采完后再 来扩帮， 这使得已达到应力平衡的顶板 ， 再次遭到破 坏， 失去平衡 ， 易冒顶片帮； 另外 ， 上采完再扩帮， 采 场顶板边帮的松石难以处理， 留下了隐患。 2 分层回采高度超高。回采设计对采幅高度 均有严格的控制， 一般在 2 ． 5 3 ． 0 m之间， 但当采 矿与充填失去平衡而衔接不上， 采矿面积不够时， 采 矿班组就以增加采幅高度作为补偿 ， 采场高度增加， 空间增大， 围岩应力变化也大， 顶板易受破坏 ， 而处 理难度也人为加大。 3 对于一些厚大矿体， 采用向上水平分层充 填法无间柱采矿新工艺， 采准设计时将矿体沿走向 连续划分为若干个采场。上采时， 要求呈阶梯状有 序地上采， 先上采的采场超前邻近采场 2个分层以 上， 但实际上是几个采场一起上， 造成顶板跨度大， 暴露面积更大， 采场应力活动频繁， 顶板极不安全。 1 ． 4 施工质量得不到保证 1 支护质量差。对于那些采场顶板不稳固的 采场， 在实施护顶措施时， 施工质量不过关。一是采 场安全矿柱的尺寸太小 ， 数量不够 ， 留的位置不当， 影响了它的支护能力， 在采场放炮时， 破坏了支护顶 板的自然矿柱； 二是在采场使用混凝土安全柱支撑 顶板时， 混凝土标号不够、 未接顶或接顶不密实、 基 础太松、 尺寸太小、 施工位置不对等均影响支护效 果； 三是在施工长锚索、 短锚杆和悬挂金属网时， 施 工质量差， 如锚索锚固力不够、 孔深太浅等， 还有在 不安全处本应实施护顶， 但由于不安全， 施工人员回 避施工， 或施工数量不够， 达不到护顶要求。 2 充填质量对采场顶板的影响。水平分层充 填采矿法存在着回采底柱的问题， 因此， 切采层钢筋 维普资讯 采矿技术 2 0 0 4年 l 2月 混凝土假底 即底柱顶扳 质量低劣是导致采场顶 板不安全的一个重要因素， 混凝土标号不够、 厚度不 够、 钢筋网度太稀、 底板扫场不干净、 底板切采不平 整、 假底钢筋周边未伸入围岩等均对底板产生不良 影响； 其次， 干式充填时， 矿体倾角较缓， 矿体上盘难 以充实， 出现上盘悬空。 1 ． 5 分层回采循环时间过长 采矿强度低 ， 顶板暴露时间过长， 造成顶板不稳 固， 特别是对一些较大面积或安全条件差的采场， 采 矿、 充填时间拖得太久， 影响了顶板的稳固性。 1 ． 6 安全管理不力 1 安全管理部门没有认真建立和落实采场顶 板安全管理责任制保证体系， 施工单位职能部门的 职责不明， 责任不清。 2 安全管理督查不力。安全管理部门发现有 损采场顶板安全状况的违章作业行为时， 制止不力， 考核不严 ， 处理不及时等。 3 检查不周， 疏忽大意。对采场顶板事先缺 乏认真、 全面的检查 ， 疏忽大意， 导致采场局部冒落 及浮石伤人。 1 ． 7 处理浮石违反操作制度 处理浮石前对顶板缺乏细致检查， 没有掌握浮 石情况造成冒顶事故， 如撬前落后 ， 撬小落大， 撬左 落右等， 此外， 处理浮石时站立位置不当， 撬毛工的 操作技术不熟练等也会造成安全事故。 2 顶板安全管理的对策 由以上分析可知， 造成采场顶板出现安全隐患 的原因是多方面的， 因此采场顶板安全管理是一项 十分复杂的系统工程， 需要从设计、 施工和安全管理 等多方面人手， 才能提高采场顶板安全管理的有效 性。主要体现在以下几方面。 2 ． 1 严格执行采矿技术法规 1 严格控制采幅高度。每分层回采高度控制 在 2 ． 5～ 3 ． 0 m以内。 2 先拉底、 扩帮再上采， 并且在采场扩完帮 后， 需经地测、 生产技术、 安全等部门检查认可后， 方 可上采。 3 对一些厚大矿体， 对相邻的采场要按采准 设计要求分先后依次上采， 先采的采场超前相邻的 采场 2～ 3 个分层。 2 ． 2 加强地压管理 1 对不太稳固的采场顶板， 实行科学的地压 观测与经验观察， 对采场顶板进行监测预报； 对正在 实施作业的不安全采场， 请有丰富井下经验的安全 工进行观察、 监护， 指导施工。 2 在回采过程中， 视采场顶板稳固情况， 进行 顶板支护。顶板支护的方式多种多样， 可以根据实 际情况灵活使用， 如留矿柱、 堆木垛、 浇筑混凝土安 全柱、 做人工假底、 长锚索支护、 锚杆金属网支护等。 以上支护方式可以单独使用， 也可以综合使用 ， 关键 是确保质量， 充分发挥支护体系的作用。留 自然矿 柱应根据采场跨度、 面积、 顶板安全状况， 选择好安 全矿柱的位置、 数量及尺寸大小， 其次， 爆破矿柱周 围的矿石时， 应注意保护矿柱。在采场不安全处堆 木垛支撑顶板， 缓解采场顶板向下滑移的趋势， 应注 意支护构筑物与顶板接好顶。混凝土支护包括 2个 方面的内容， 即浇筑混凝土安全柱和混凝土人工假 底。混凝土安全柱的施工关键是保证水泥标号、 柱 的尺寸大小， 接顶要密实。混凝土人工底板是顶底 柱回采的顶板， 对质量要求较高， 要求采场切采时底 板平整， 崩下的矿岩清扫干净， 切采周边伸入围岩 0 ． 5 m以上， 混凝土厚度 0 ． 4～ 0 ． 5 m； 强度达到 1 5 ～ 1 6 M P a 。对于不太稳固的层状矿体， 实施上向长 锚索护顶。长锚索长度以大于顶板冒落最大高度而 定。对于角砾状破碎特别不稳固的矿体， 长锚索的 效果不是很理想， 锚杆支护可以弥补它的缺陷。配 合使用和锚杆与长锚索一起进行联合护顶， 效果会 更好。 3 加强检查与作业监护， 对采场顶板稳固情 况进行分级管理 ， 安全员、 技术员勤下现场实地观察 采场情况 ， 发现隐患， 及时组织鉴定， 并提出整改 意见。 2 ． 3 选择合适的爆破方式 1 对矿岩破碎的采场， 充填井的施工可以改 用普通法而不用深孔爆破， 爆破时减少每次起爆装 药量， 掏槽眼超深其它孔2 ～ 3 m， 如采用尾砂充填， 充填井可以直接用深孔扩孔而成。 2 矿岩较稳固时， 采用上向炮孔崩矿； 当矿岩 破碎 ， 不太稳固时， 采用水平或倾斜炮孔崩矿 ， 减少 崩矿爆破对采场顶板的破坏 ， 达到保护顶板的目的。 2 ． 4 缩短分层回采循环时间 提高采矿强度， 加快分层回采速度， 做到强采、 强出、 强充， 减少顶板暴露时间。 2 ． 5 加强对顶板浮石的检查处理 下转第4 4页 维普资讯 采矿技术 2 0 0 4年 l 2月 每条锚杆注 K 2 3 5 0型树脂药卷 2卷， 锚固力不 低于 8 O k N 。 3 锚索的设置。设置锚索的主要作用， 一方 面是保证冒落处边缘正常巷道的稳定性， 使冒落不 致继续纵向扩大； 另一方面是通过两帮范围内安设 锚索， 加强两帮的支护强度和支护纵深， 防止冒落横 向发展。根据本矿所用锚索系列， 选取长 5 ． 5 m的 锚索， 锚深5 ． 2 m， 外露 0 ． 3 m， 间距 2 ． 0 m。两帮锚 索沿巷道方向每 2根一组， 用长 2 ． 4 m的工字钢将 其联在一起。每条锚索注树脂药卷 3卷， 锚 固力不 低于2 0 0 k N 。 4 施工方法及工艺 1 首先对冒落处边沿正常巷道3 m范围内进 行加密安设锚杆 ， 并安装两排共 6 条锚索， 控制好冒 落边沿， 保证安全的退路。 2 按间距 1 ． 5 m， 前探 3条 8 m长圆钢杆 ， 外 头用对锚杆锁紧， 前探圆钢杆， 呈里高外低、 里宽外 窄布置， 上铺板梁及金属网作为临时支护。 3 在临时支护掩护下， 按 1 m为一施工循环， 先敲帮问顶 ， 摘除两帮活矸危石， 后初喷砼 3 O一 5 O rl Lr n ， 封闭围岩； 再按要求在两帮安设锚杆、 锚索， 并 挂网压紧。 4 掏挖两帮梁窝， 安装工字钢横梁， 横梁长度 5 13 1 ， 安装间距 1 ． 0 m， 横梁两端各用一对锚杆配合 特制夹板吊牢在两帮， 作为加强其稳定性的辅助 设施。 5 两组横梁上方用砼背板密背， 其上再用锯 末袋与前探梁接实。 6 按以上方法控制完全部 冒落后， 再全断面 复喷砼至总厚 1 0 0 m m。 5 结 论 1 从垮落处的情况分析来看， 顶板以下 1 ． 5 m两帮范围内应力最集中， 变形最大， 最易内挤片 帮， 是支护的薄弱区， 若该区域支护失效， 巷道跨落 势必加大， 造成顶板两侧裸露， 极易造成沿煤壁切断 冒顶。因此在施工过程中， 要特别重视该区域的支 护强度， 严格锚杆安设质量， 保证两壁有足够的支护 强度。 2 布置锚索桁架， 加大两壁支护纵深， 进一步 加强两帮支护的强度。 根据本矿所用锚索系列， 选取直径 1 5 ． 2 4 rf tlr n ， 长度 5 ． 5 m的锚索， 锚深 5 ． 2 m， 重点控制顶板 下 1 ． 5 m范围的两帮煤层。具体做法是沿巷道方向 按间距 2 ． 0 m布置锚索， 每 2 根一组 ， 用长2 ． 4 m的 1 1 。 工字钢将其联在一起， 形成桁架， 锚索的锚固力 应不低于 1 5 0 k N， 且要锚人煤层顶板岩石中。 3 在该冒落处的处理过程中， 没有出现任何 安全方面的问题， 说明制定的处理方法和施工工艺 是切合实际的。 4 与其它支护方案相比， 采用本文所述的支 护方式 ， 不仅节约了成本， 而且大大缩短了施工工 期， 经济效益十分明显。 收稿 日期 2 0 0 4 0 82 4 作者简介 刁明富， 1 9 6 2一 ， 男， 副矿长， 主要从事矿山技 术管理工作。 上接第3 4页 作好顶板浮石的检查与处理是确保安全、 防止 浮石伤人的主要措施。浮石处理做到4道防线均不 放松。第 1 道是操作工操作前的处理； 第 2道是班 组安全班长的加强处理； 第 3道是专职松石工的专 项检查处理； 第4道是安全员、 技术员、 管理人员的 安全督查处理。 2 ． 6 加强安全技术培训。 提高职工安全技术水平 采场生产工人技术水平的高低， 直接关系到能 否按技术要求施工及隐患处理能力与自我保护意识 的高低， 均对采场顶板事故的防范有较大的影响。 3 结 语 通过分析， 找出了影响采场顶板安全性的主要 因素 ， 提出了采场顶板安全管理的综合措施。随着 科学技术的不断进步， 预测和控制采场顶板事故的 手段也会不断得到改进， 及时地应用一些新的预测 预报技术， 对有效控制矿山事故是十分必要的。 参考文献 [ 1 ]黄苏锦． 充填法开采矿床的不安全因素及对策[ J ] ． 铜业工 程， 2 0 0 2 。 2 2 3 2 4 ． 收稿 日期 2 0 0 4 0 8 2 0 维普资讯