胶东某矿采场顶板冒落原因分析.pdf

2 0 0 3年 2月 第 3 2 卷第 1 期 有色矿 山 No n f e r r o u s Mi n e s Fe b． ， 2 0 03 V0 1 ． 3 2 No ． 1 胶东某矿采场顶板 冒落原因分析 邓代强， 姚 中亮 长沙矿山研究院， 湖南 长沙 4 1 0 0 1 2 [ 关■调】采场； 顶板冒落 ； 原因； 预防措施 [ 擒要】矿山采场顶板冒落是地下矿山开采的常见灾害， 根据某矿采场顶板冒落的各种现象， 分析了其产生 的原因， 提出了预防顶板冒落的措施， 希望能对该矿的采矿生产有指导作用。 【 中囝分类号】 T D3 2 3 【 文献标识码】 B 【 文章组号】1 0 0 2 8 9 5 1 2 o 0 3 O 1 - 0 0 1 5 - 0 3 An a l y s i s o n r o o f f a l l i n g c a u s e s o f c e r t a i n mi n e ’ S s t o p e i n J i a o d o n g a r e a DENG Da i - q i a n g， YAO Z h o n g - l i a n g C h a n g s h a I n s t i t u t e o fMi n i n gR e s e a r c h ，C h a n g s h a 4 1 0 0 1 2 ，C h i n a Ke y wo r d s s top e ；r o o f f a l l i n g ；c a u s e ；p r e v e n t i v e me a s u r e Ab s t r a c t R o o f f a l l i n g o f s t o p e i s o n e o f t h e f r e q u e n t d i s a s t e r i n mi n i n g i n u n d e r g r o u n d mi n e s ．A c c o r ding t O t h e p h e n o me n a o f r o o f f a l l i ng i n c e r t a i n mi n e s top e ，t h e c ． a o s e 8 o f r o o f f a l l i ng we r e a n a l y s e d a n d t h e me a s u r e s o f p r e - v e n t i ng r o o f f a l l i ng we r e p u t f o r wa r d．I t i s e x p e c t i ng t o g i v e a p r o p e r g u i d e t o t h e mi ning p r o d u c t i o n． 1 引言 金属矿床地下开采过程 中。 受矿床赋存条件的 限制和所选择的采矿方法及开采顺 序的影响， 经常 发生不同形式的顶板 冒落现象。在回采过程中缺乏 严格的采场顶板管理措施和合理的顶板管理技术， 则采场顶板冒落 问题尤为突出。 给矿 山的生产和资 源的回收带来很大困难 ， 更严重 的是给采场作业带 来较大危害， 直接危及到采场作业人员的安全。因 此， 研究和分析采场顶板的冒落原因。 提出预防顶板 冒落的措施， 对防止采场顶板 冒落和保障采矿生产 的安全、 正常和顺利地进行有现实意义。 也是矿山工 作者应该努力的方向。 某矿在其矿床开采过 程中。 采矿方法经历了由 浅孔溜矿法到上向水平分层尾砂胶结充填法的变 化， 矿石运搬实现 了由人工一电耙一微型铲运 机的 转变， 但由于地质条件等因素的影响， 所设计和回采 [ 收稿日期】2 0 0 2 ． 1 2 ． 2 4 [ 作者简介】邓代强 1 9 7 7 一 ， 男， 新疆石河子人， 2 0 0 2 年毕业予湘潭工学院采矿专业。长沙矿山研究院在读硕士 研究生。 的采场在回采过程中都发生过 不同程度的上盘或顶 板冒落事故， 其中个别采场仅回采几个分层、 甚至拉 底结束就发生大面积的顶板 冒落事故， 使矿山生产 被动。 2 工程地质及采矿方法概况 2 ． 1 工程地质概况 该矿床属中低温热液充填交代型矿床， 位于区 域断裂蚀变带中。矿体靠近主断裂面的下盘附近， 呈现脉状产出， 走向N N E N E ， 倾向 N W， 倾角 4 5 ‘ ～ 6 0 ‘ 。 矿石主要为碎裂结构， 块 状或碎裂构造。围 岩为蚀变岩， 主要有绢英岩化碎裂岩， 绢英岩化混合 花岗岩。 其中以蚀变程度高 ， 较破碎 的碎 裂结构 构 造 的绢英岩化碎裂岩最为写 譬 近矿体， 表现出越接近 矿体， 这些岩石的蚀变程度越强 矿石 ，6 --8 。 该矿床断裂的力学性质及其演化过程较 为复 杂。 断裂的形成先期以近南北向的张性断裂为主， 后 期又被 N NE向的压扭 性新 裂利 用、 改造和 叠 加。 这种构造的多期活动， 使矿区内多组断裂同时发育， 致使采矿技术条件趋于复杂， 并呈显 以下特征。 1 主断裂及其上盘围岩不稳固， 主断裂两侧附 近的岩石受多期断裂活动的影响。 节理发育， 矿岩破 维普资讯 1 6 有色矿山 2 0 0 3年 第 3 2卷 碎， 围岩蚀变程度高， 靠近主断裂处容易塌方。 2 N E 向节理构造密集带对矿体及 其围岩 的 稳固性 有着很大影响， 矿体 内发育有一组倾 向 S E 的节理构造密集带 ， 主要分布在 2 6 ～3 2号勘探线之 间， 倾 角在 3 0 。 ～4 0 。 ， 更 有 缓者 ； 节 理 裂 隙在 1 ～ 1 0 mm， 其间充填以断层泥， 层状分布， 呈 明显的后 期活动现象。该组节理构造密集带给采矿管理工作 带来很大困难， 经常造成采场大面积成层塌方。 2 ． 2 采矿方法概况 该矿充填法采场最初设计均为沿走向布置。 采 场长 3 0 m， 宽为矿体厚度， 分层回采高度为 2 ． 0 m， 最 大控顶高度为 4 ． 0 m， 由于采矿技术条件复杂， 特别 是在采场顶板无支护的情况下， 恶 劣的地质条件导 致采场顶板 冒落频繁， 严重影响 了采、 出、 充工序的 正常循环。因此， 该矿根据采场矿岩的稳固程度， 对 采场结构进行 了调整， 对矿岩稳固性较好的矿段， 适 当加大 了采场长度， 而对矿岩稳 固性较差的矿段， 则 缩 短 采场 的长 度 ， 使 采 场 顶 板 暴 露 面积 控 制 在 1 0 0 m2 以内， 取得 了一定 的效果。图 1为 目前该矿 采用的典型采矿方法。 囝 1 上向尾砂胶结充填采矿方法示意囝 l 一运输大巷 ； 2 一 回风巷道 ； 3 一矿体 ； 4 一天井 ； 5 一采场 隔墙 钢 筋 网或 尾砂垛袋 ； 6 一 出矿巷 ； 7 一溜 矿井 ； 8 一泄水 巷； 9 一泄水 井 j - E 人行通风井 ； l 0 一 采场底柱 ； l 1 一 充填体 ； 1 2 --爆落矿堆 ； l 3 一 电耙 、 3 采场顶板冒落现象分析 3 ． 1 地质构造因素造成的■落 在该矿的工程地质条件下， 由地质构造因素造 成的采场顶板 冒落现象较为常见， 特别是在 2 3 ～3 2 号勘探线之间所布置 的采场， 受倾 向东南的一组节 理构造带的影响， 采场 胃顶更为频繁， 经常造成采场 顶板大面积的成层塌方， 使采场的控顶高度难 以控 制， 如 1 2 0 7采 场， 控制顶板高度为 4 m， 但第二分层 回采结束后， 由于顶板冒落， ’ 导致顶板高度达 7 m。 对 果场的安全作业带来了很大威胁。 造成这种破坏的主要原因是地质构造的发育程 度对其起着主导作用， 地质弱面 构造、 节理和裂 隙 面的总称 对矿岩体的切割， 破坏 了矿岩体 的连续 性， 降低了矿岩体的强度。 3 ． 2 应力集中造成的■落 地下工程在没有开挖以前 ， 原岩应力处于 自然 平衡状态， 开挖后 ， 所形成的采掘空间破坏了原岩的 自然平衡状态， 导 致了岩体应力重新分布。随着采 矿工作面的推进， 采场每回采一个分层， 都会使原岩 应力 或新生应力场 改变其原有的分布状态而产生 新的应力场， 其结果是 在采场上下盘围岩及采场两 翼矿柱中产生应力集中。 作为二步骤 回采采场， 在其走向长度较小的情 况下， 矿体中的应力是其两侧采掘空间所产生的应 力集中与原岩应力相互作用的结果， 其峰值要大于 一 步骤回采采场矿体 中的原岩应力。二步骤回采采 场的 9 0 8号采场， 在每一分层的回采过程中， 都发生 了如图 2作所示的顶板 冒落现象 图中阴影区 。 田 2 二步骤回采采场■落示意田 造成这种现象发生的主要原因是在相邻采场回 采后， 由于阴影区矿体自身粘合力和摩擦力的降低， 并在相邻采场回采后所产生的新生应力场的集中应 力作用下， 使阴影 区矿体难 以 自稳而发生冒落。冒 落的结果不仅给采场的作业安全带来危害， 而且使 相邻已回采采场的人工隔墙 如钢筋网隔墙， 尾矿垛 袋隔墙等 暴露面积增大， 易诱发隔墙产生破坏， 从 而导致相邻采场尾砂充填物的泄漏。 3 ． 3 设计回采过程中的潜在问■造成的■落 该矿在其充填采矿方法实验成功后的各中段采 场布置中， 多采用了如图 3所示的布置方式， 采场的 长度根据矿体的厚度及矿围岩的稳固程度控制在 8 ～ 1 2 m。一步骤 采场回采时， 采场顶板 冒落 问题并 不严重。但二步骤采场 回采时， 由于应力集中， 导致 了3 ． 2所述的冒落规象的发生； 在无支护情况下， 采 场落矿采用普通爆破方式， 顶板冒落较为频繁， 给采 场生产管理带来较大麻烦。 产生这种现象 的原因有以下三个方面 一是普 通爆破落矿方式的爆振作用使二步骤采场邻近一步 采场一定范围的矿体产生了较强 的压碎 区和裂纹 维普资讯 第 1 期 邓代强等 胶东某矿采场顶板冒落原因分析 1 7 图 3中段矿体 回采颐序 1 一一步骤 回采 采场 ； 2 一二步骤回采采场 区， 降低 了矿体本身的“ 自承” 能力。二是一步采场 回采结束后， 原岩应力重新分布的结果， 使得二步采 场矿体成为高应力 区的“ 矿柱” ， 采场两翼矿岩的应 力集中现象尤为突出， 在高应力作用下， 二步采场两 翼本身破碎 受爆炸作用或开采技术条件的影响 的 矿体极易发生冒落。三是从设计和 回采顺序上， 实 施一、 二步回采， 相对于一步采场， 二步采场 的回采 可以说是“ 矿柱” 回采， 使得原岩应力重新分 布的过 程及其结果更为复杂， 因而地压管理工作难度更大。 4 采场顶板冒落原因 ’ 1 采场顶板冒落是 回采过程中随采矿工作面 的推进， 原岩应力重新分布及重新分布过程 中产生 的应力集中等诸多因素相互作用的结果。矿岩在未 受到采动影响以前处于原岩应力平衡状态， 随着巷 道的开掘和每一分层回采工作面的推进。 产生的采 动影响破坏了这种原 始平衡， 并引起矿围岩 中的应 力重新分布， 甚至使采动空间周围的矿岩体产生变 形、 破坏和冒落， 直至重新达到相对应力平衡状态， 产生新的应力场 次生应力场 。在应力重新分布过 程中所产生的这种矿岩体变形、 破坏和冒落。 是不同 采掘空间条件下应力集 中的结果。应力集 中处。 矿 岩体沿原地质弱面产生的剪切和膨胀力超过了矿岩 体内部的内聚力和摩擦力， 在爆破振动作用或矿围 岩 自重应力的诱发下 ， 矿岩难以“ 自承” 而发生 冒落。 2 矿石回采过程中， 爆破产生的冲击波和爆生 气体膨胀压力使炮孔 附近 区域的矿、 岩受压破碎， 强 现塑性 区。同时， 矿岩体 中的原生裂纹 或地质 弱 面 在爆破作用下发 生扩展， 使矿岩的承载能 力下 降。甚至产生局部失稳。这种局部失稳的结果导致 了采场顶板整体稳定性的下降。当对矿岩的破坏程 度超出顶板矿岩 的承载极限时， 采场顶板的 冒落现 象随之发生。 3 地质弱面对矿岩体的切割 破坏 了矿岩体的 连续性 ， 受爆破振动和采动影响， 岩体在沿原有地质 构造发生的剪切 力和膨胀力的作用下发生支解， 形 成岩块 ， 并在 自生应力作用下， 岩块克服岩体原有的 粘合力和摩擦力， 脱离母体而 冒落。 4 二步骤回采采场两翼均为尾砂充填体， 采场 两翼矿岩由于缺乏岩体原 有的粘合力和摩擦力， 在 回采过程中很容 易受到集 中应 力的作用而发 生冒 落。其实质是一步骤采场回采后， 原岩应力重新分 布的结果使二步骤采场特别是采场两翼顶板成为高 应力集中区， 极易导致采场顶板冒落。 5 结语 1 采场顶板 冒落是地下矿 山开采过程中的常 见灾害， 影响采场顶板稳定性 的因素很 多。其中采 场暴露面积的大小及地压管理方式是控制采场 冒顶 的重要人为因素。 2 实施一 、 二步 回采顺序， 使二步骤采场增加 了产生应力集 中的机会。在一步 骤采场 回采结 束 后。 原岩应力重新分布的结果使二步骤 采场 回采成 为高应力区的“ 矿柱” 回采。 并加剧 了二步骤采场两 翼的应力集 中现象， 在无支护回采条件下， 这是二步 骤采场发生顶板 冒落的非常重要的因素， 而冒落 的 部位也主要集中在采场两翼。 3 成矿断裂的力学性质及其演化过程， 对矿岩 本身的稳固性有着极其重要的影响， 该矿床断裂的 复杂的力学性质及其演化过程， 使矿岩 中各种地质 弱面纵横交错发育， 破坏了矿岩体的连续性。 加剧了 采矿技术条件的复杂性。 4 采场落矿的普通爆破方式加剧 了对采场顶 板矿岩的破坏程度， 爆破振动导致了矿岩体原有的 裂隙、 节理的扩展， 增大了其宽 度及 延伸深度， 为顶 板冒落创造 了条件。 5 矿山应根据地质条件的实际情况， 在改变矿 床回采顺序的同时， 结合控制爆破落矿工艺， 对不稳 固矿段， 采用长锚索总体支护和分层短锚 杆加固的 联合支护形式， 控制采场顶 板矿围岩的冒落。 6 在较为复杂的采矿技术条件下， 提高采矿强 度， 缩短回采周期， 以减少矿围岩的暴露时间， 充分 利用由于回采工作导致原岩应力重新分布过程所带 来的矿 围岩的暂时“ 自稳” 时期， 合理安排采矿生产， 是采场顶板管理的较好方法6 ． 7 矿 山应继续加强在复杂条件下工程地质、 矿 岩体的物理力学性 质以及不同支 护形式下， 采场合 理暴蹯面积的研究工作， 同时作好受采动影 响及爆 破振动影响下采掘所引起的地应力变化以及采场顶 板和矿岩柱的变形的研究工作， 以供选择合理的地 下转第 3 4页 维普资讯 3 4 有色矿山 2 0 0 3年 第 3 2卷 垂 、 ‘L ＼ ． ＼ 处理量l， g 圈 4 毫矿细 度与处理量 的关系 4 生产应用分析 2 0 0 1 年狮凤 山矿选厂在总结 2 0 0 0年经验的基 础上， 最佳经济细度为 一0 ． 0 7 4 ram 占 8 0 ％， 正确的 指导操作， 选矿生产技 术经济指标达到历史最好水 平， 创造了较大的经济效益。其中主要表现在以下 两方面 提高球磨机效率。 多处理矿 石； 提高 了选矿 回收率。 多回收金属。 1 提高球磨机效 率， 多处理 矿石。2 0 0 1年球 磨机处理量为 7 0 ． 1 5 t ／ h 。 比 2 0 o 0年 6 9 ． 1 3 t ／ h提高 了 1 ． 0 2 t ／ h 。 全年共多处理矿石 1 7 0 6 6 t ， 以当年实际 成本 1 6 ． 7 3元／ t 计算， 直接经济效益为 2 8 ． 5 5万元。 2 提 高了选矿 回收率， 多 回收金属。2 0 0 1年 选矿 实 际 回 收 率 完 成 9 3 ． 6 2 ％。 精 矿 品 位 完 成 2 7 ． 4 7 ％； 同 2 0 0 0年生产指标 9 3 ． 0 7比较。 回收率提 高了 0 ． 5 5 ％， 多回收金属 4 2 ． 9 3 7 t ， 直接经济效益为 5 1 ． 5 2万元。 精矿品位提高了 0 ． 4 2 ％。 5 结语 确定了当前矿石磨矿的最佳经济细度指标为 一 0 ． 0 7 4 mm占 8 0 ％； 提 高低 品位矿石选 矿 回收率 0 ． 5 5 ％。 多 回收金属 4 2 ． 9 3 7 t ； 找 出了不同矿段 的矿 石磨矿时间与磨矿细度特性 曲线 图； 提高了企业 的 经济效益。 上接 第 1 7页 压管理方法， 使采场地压处于良好的管理状态之下。 防止顶板冒落事故的发生， 更好地为采矿生产服务。 【 参考文献】 【 1 】 高磊． 矿山岩石力学【 M】 ． 北京 机械工业出版社。 1 9 87。 1 8 01 87． 【 2 】 路增祥． 望儿山金矿巷道顶板冒落机理初探【 J 】 ． 黄金， 1 9 9 5 。 1 6 1 1 2 2 2 5 ． 【 3 】 孙景瑜． 望儿山金矿现有采矿方法存在的问题及改进 途径【 J 】 ． 金银工业。 1 9 9 4 4 ． 维普资讯