井下运输巷道及采场支护措施探讨

赵丽桃

(云南文山斗南锰业股份有限公司，云南砚山 663101)

0 前言

云南斗南分矿白姑、嘎科两个矿区多年开采地下低磷、低硫优质锰资源，1984年、1987年分别建设白姑、嘎科3万t/a采矿工程。1996年10月冶金部批准建设斗南20万t/a采选工程，于1998年12月建成投产，目前已达到年采30万t/a的原矿生产能力。伴随开采规模不断扩大，采矿标高逐渐下降，运输平巷及采场安全管理出现了新情况，生产安全管理采取了积极应对措施，积累了经验，为保障矿山生产安全、产量稳步提升做出了贡献。

斗南矿区位于斗南弧形向斜中部西缘，为一轴向北 50(°)东，北翼地层产状平缓，南翼陡立(局部倒转)的不对称向斜。白姑矿区位于斗南向斜北翼东端，单斜构造，主要开采V8矿体。矿体倾角为7(°)～45(°)，平均 25(°)，矿厚 0.3～2.98 m，平均1.23 m。嘎科矿区位于斗南向斜南段，为北翼产状平缓、南翼陡立的不对称向斜；主要开采V1矿体，其中北翼为缓倾斜产出，平均矿厚1.43 m，南翼为急倾斜产出，矿体倾角为 35(°)～85(°)，平均 65(°)，矿厚为0.5～2.0 m，平均矿厚为0.98 m。

地下采矿活动破坏岩体原有的完整性和降低了原有的力学强度，伴随时间的推移，开拓、采矿爆破震动、地质构造、岩石自重应力和岩石风化等作用[1]，使得工人井下采矿作业的安全系数降低，因此，显现支护工作的重要。本文根据云南文山斗南锰业股份有限公司斗南分矿区井下安全管理工作多年积累的经验，介绍了井下运输巷道及采场支护的措施，对我国锰矿山运输巷道及采场支护工作有一定的意义。

1 矿区开采简介

随着采矿中段继续延伸，两矿区已在建设深部开采的重要设施工程。中段运输平巷由沿矿脉走向脉内开拓转为沿矿脉走向脉外底板开拓。

白姑矿段主斜井开拓方式为：沿矿石底板侧翼开拓〔坡度20(°)〕，用于提升矿石。副斜井开拓方式为：沿矿石底板中间开拓〔坡度25(°)〕，主要用于人行、材料运输。现已建成机械通风系统，在矿体两翼开拓脉外通风井形成抽出式通风系统；建成梯级排水系统，井下涌水及生产用水从副斜井排出。

嘎科矿段主、副井开拓方式为：沿矿石底板中间开拓〔坡度 20(°)〕，服务矿区南、北翼人行、材料运输、矿石提升。北翼建成机械通风系统，各中段在运输平巷最西端开掘脉外永久通风井，以该通风井掘通为标志，界定是否进入机械通风系统，以改善工人作业环境。嘎科矿区1 620 m标高以上各中段排水采用自流排水方式，以下各中段建成梯级排水系统。

2 矿岩稳固性分析

通过对矿区地质构造分析，巷道开拓、矿石开采多年来的总结，得出影响围岩稳固有以下因素。

2.1 矿区地质构造

矿区构造复杂程度可归于中等，其中：嘎科矿段褶皱较强烈，断层也较发育，属中等偏复杂；白姑矿段为一单斜构造，褶皱不太发育，断层比较稀少，属中等偏简单。

1)矿层及围岩工程地质特征。锰矿层主要为致密块状和条带状灰质氧化锰矿组成，质坚性脆，节理裂隙较发育，多由次生方解石脉充填。矿层顶底板岩性为粉砂岩，泥质粉砂岩，粉砂质泥岩，泥岩类和碎屑角砾灰岩，含锰灰岩等组成(如表1所示)。

表1 斗南锰矿区矿岩强度分类

从表1可看出，矿区各岩石强度分类，由此判断岩层稳固情况。

2)由于构造影响，岩层节理裂隙发育，破坏了岩体的完整性和降低了岩体的力学强度，断裂不仅将矿体破坏错开，更严重的是断层破碎带岩质松软，巷道通过时出现冒顶事故，施工难度加大。

综上所述，本矿区在相当软的泥质岩石及其断裂破碎带均为巷道开拓、采矿过程中不利工程地质因素。

2.2 主要断层对矿体的破坏情况

白姑矿区：F3地表长度1 920 m，倾向南西，倾角83(°)，切割层位从鸟格组直到个旧组，将白姑矿段横切为东西两段，对矿层有较大破坏。

嘎科矿区：F10断层对矿体有较大破坏，常使向斜轴部矿体缺失或使其支离破碎。F12断层断距一般为24 m，最大33 m。破裂带角砾岩性质与 F13近似。F13是嘎科矿段规模最大的断层。破裂带宽度0.48～4.87 m，平均为2.34 m。断层角砾岩分明，大小不等，结构疏松。F16与F18大致平行，平均断距27 m，破裂带较宽，最大达23.2 m。F17断层对矿层有破坏作用，尤其在向斜轴部及南翼地段与其他两组断层交割处，是构造很复杂的部位。F18断层断距一般24 m，最大达93 m，破碎带宽达0.2～3.52 m，由断层角砾岩及糜棱岩组成，角砾棱角分明，结构松散。巷道掘进时遇到该断层破裂带时极易坍塌。F29断层位于向斜南翼，常使矿层重复出现。

3 采矿方法

根据冶金部马鞍山矿山研究院所做《斗南锰矿区采矿方法与地压活动规律的研究》和《斗南锰矿缓倾斜多层矿体开采方法工艺的研究》的研究成果，冶金部长沙冶金设计院(现中冶长天国际工程有限责任公司)斗南锰矿年产20万t初步设计，结合矿山实际，采矿方法如下：白姑矿段及嘎科北翼缓倾斜矿体，根据顶板稳固情况、矿石厚度分别采用杆柱(破顶、底)房柱采矿法(使用比较多)、普通房柱采矿法；嘎科矿段南翼急倾斜矿体，根据顶板稳固情况分别采用中深孔(孔深3.5～5 m)留矿采矿法[2]、下向分层法，其中围岩稳固或中等稳固的矿段采用中深孔留矿法，围岩不稳固或极不稳固矿段采用下向分层采矿法。

4 运输平巷安全管理

斗南矿区30万t/a采矿规模进入稳产期，公司对安全工作非常重视，投入人力、物力不断加大，矿山安全工作逐步走向规范，争对不同地质构造影响巷道稳固的情况，采取有效的支护措施，总结了经验。

4.1 巷道支护简介及塌方

4.1.1 选用合理的支护方式

1)近几年巷道施工情况。白姑矿区影响运输巷道稳固的大断层是F3；嘎科矿区南翼影响运输巷道稳固的大断层是 F16、F17、F18及 F29；嘎科矿区北翼影响运输巷道稳固的大断层是 F10、F12、F13。对不稳固岩层根据其服务年限选用合理的支护方式，以达到既经济合理，又保障安全的效果。

2)浇灌支护(支护厚度不小于300 mm)、喷锚网支护。为阻隔岩石与空气接触，减弱风化作用，白姑矿区运输平巷采取整体喷混凝土支护的方法。

嘎科矿区南翼 F16、F17、F18影响运输巷道岩石稳固，开掘S-V中段运输平巷时断层处塌方，巷道改向掘进未能成功，后经改进支护方式，成功通过断层。S-V I中段运输平巷同样遇到上述断层，借鉴S-V中段成功经验，巷道通过断层破碎带。

4.1.2 塌方原因分析

1)断层破碎带岩石为断层泥夹粉砂岩颗粒，稳定性极差；

2)施工时间在雨季，地表雨水渗透浸入，更是加剧岩石不稳定性；

3)选用支护方法不科学合理。采用木箱支护、皮材护(邦)顶的方法，架箱距塌方巷道迎头最近的有1～2 m，工作人员站在塌方岩石形成的坡脚操作，距离过远，除止不了来自墙和拱3个方向的塌方。

4)施工组织不当，对塌方原因没有认真分析。

4.2 支护方案改进及效果

1)由于没能有效遏制塌方，工区管理人员与施工人员举行现场分析会，讨论有效支护巷道、能使掘进工作顺利推进的方法，最后讨论结果是采用“超前支护的方法”。首先创造人员操作的安全位置，把木箱支护换成铁箱支护，箱与箱之间的距离不大于0.8 m；其次在墙和拱3个方向以超出最前面一加铁箱3 m长的范围用钢管(φ25～40 mm)护顶(邦)；要求技术员画出设计图(如图1所示)，做技术交底，让每位参战人员了解施工意图，精心组织施工。

从图1可看出，巷道超前支护起到创造工作面安全作业环境，可有效保证施工人员顺利施工。

2)巷道迎头最近一架箱与后面箱的空隙处以15(°)～20(°)的角度打眼，眼深以超出迎头 1 m 以上为宜，在眼内置入钢管护顶(邦)，达到了分散岩石应力的效果，使得作业空间相对安全，有效遏制住塌方，巷道得以继续掘进。

图1 超前杆支护

3)该支护方案既方便、价格便宜，又操作简单。该方法在斗南矿区生产活动中起到了很好的安全保障作用，对于服务年限短而断层破碎带大的巷道，采用以上方法，已成功解决多处巷道掘进支护难题，已在矿区推广。

5 采场顶板安全管理

地下采矿活动改变了岩体原有的完整性，降低了原有的力学强度。为充分利用地下锰资源，采取科学合理的方法采出矿石，针对斗南矿区缓倾斜、急倾斜科出的矿体，冶金部矿山研究院做了采矿方法试验与采场地压显现的试验(如表2所示)。

表2 试验采场地质条件及结构参数

5.1 采矿方法存在问题

1)缓倾斜矿体往深部延伸，倾角逐渐加大，已由试验时的角度平均上升了3(°)～7(°)，采矿方法需要改进；

“中国古代风俗画的描绘对象常常是以人为中心的社会风俗，应该非常清楚，中国古代的风俗人物画是依托在各种功利性需求上而产生的。”[2]如果必须要找到一些早期原始的风俗画作为其源头进行讨论的话，则应上溯到石器时代。那些刻在岩石上的线条和彩绘在陶器上的图案，虽然远古先民受原始的生活环境与创作条件的限制，但是他们仍是可以用如此简单的笔触勾勒出那时的场景，即使他们创作的目的并非是欣赏艺术之美。远古先民仅仅是为了生存而进行创作，他们的创作意识是单一而独特的，这种生存包括巫术形式、纪念、祝祷等。很明显，即使这一时期的绘画只是当时社会生活的单纯表现，但其写实性却非常值得人们关注。

2)矿体倾角上升，爆破后成块矿石随自重容易滚落，对工作面操作人员安全造成威胁；

3)矿房中每个回采步距(8～10 m)需留矿住支撑台棚以挡住空区垮落的岩块，造成资源损失；

4)随着中段高度下降，倾角变陡，步距结束所做台棚受岩块冲击力加大，台棚易倒、易断，起不到防护作用，而且出现几次岩块冲断事故，给后续处理工作带来麻烦；

5)回采工作面爆破后，顶板暴露瞬时失去支撑而产生变形下沉，每个步距最后一排炮台采下的部分矿石由于顶板来压，回收利用不完全；

6)回采工艺中凿岩爆破后木顶柱支撑大多被冲击波吹倒，矿石运输(电耙搬运)作业人员处于安全系数低的环境中。

5.2 原因分析和应对措施

1)原因分析

回采工艺：凿岩爆破→采场通风→浮石清理→矿石运搬→顶板支护。

分析生产工艺环节，造成资源损失和人身伤害的直接原因是矿石顶板来压，凿岩、爆破、清理浮石、支护均需要暴露在部分采空区顶板之下作业，且作业时间长达15 h/d。

针对以上问题，斗南公司与中钢集团马鞍山矿山研究院合作，做出采场顶板控制与爆破优化技术研究，并得出总结报告。

斗南公司采纳了报告中提出的推广非电起爆网络建议，工作面全部用上磁电雷管，改善了爆破质量，结合生产实际，公司开展QC活动，专对该生产问题展开公关，并取得实质性的成果。

活动开展简介

2008年4月，按照QC活动开展程序，嘎科工区以实现清洁生产、降低采矿风险、提高资源回收利用、降低采矿成本为课题进行了登记，并开展活动。通过对斗南矿区矿体赋存条件进行分析和研究，借助以往爆破攻关获得经验，提出采用中孔爆破替代浅孔爆破的方案。

通过对采矿方法、落矿方式改进，获得收益有：a缩短了步距作业周期，提高了回采率；b操作人员均在切割拉底内完成所有工作，降低了作业风险，提高了安全性；c、预留矿柱垮落后可由电耙收回利用，提高了资源利用率。

6 总结

通过有效管理，采矿生产作业的各项工作得到有序开展，事实再次证明：通过技术改造，生产中出现的问题迎刃而解，产生直接经济效益和间接经济效益，为公司发展做出了贡献。总结两项问题的解决办法，成功经验主要有以下几点：

1)管理人员在事件中组织协调作用显现。管理者对施工队、工程技术人员、机械修理加工人员在各种事件中有效协调、调动，发挥各自才能。

2)工程技术员精心设计，为完成工程任务奠定良好基础。

3)安全工作无小事。发生冒顶事故时，冷静分析造成工作困难、难以推进的原因，总结不足之处并及时改进。

4)采矿生产中怎样提高资源回收利用率、提高作业人员安全，一直以来是公司着重解决的，随着采矿中段向深部延伸，开拓方式的改变，按照安全标准化作业生产，将来会遇到新问题，本着务实的态度，积极采用新方法、新技术解决问题。

5)在以后的工作中，强化安全工作精细化管理，重点落实各项管理规章制度的落实上来，为公司的发展做出更大的贡献。

[1]郭金峰.斗南锰矿采矿方法与地压法动规律的研究[R].冶金部马鞍山矿山研究，云南文山斗南锰矿，1993，15-19.

[2]采场顶板控制与爆破优化技术研究[R].中钢集团马鞍山矿山研究院，云南文山斗南锰业股份有限公司，2007，32-36.