浅析辰州矿业深部采矿可能遇到的问题及对策

曹艳武，李 艳

(湖南辰州矿业股份有限公司， 湖南 怀化市 419607)

沃溪矿体属中低温热液充填金、锑、钨伴生的石英脉状矿床, 至今已有130多年的开采历史，采用“平硐-明竖井-明斜井-盲斜井”联合开拓方式，现已开拓至42中段，盲斜井已服务至40中段。按现有采矿条件和技术水平，预计将开拓至52中段(-1050 m)。由于上部中段资源的迅速衰减，中段下延速度较快，主要生产作业区域已在-550 m上下(地表标高+350 m)。目前，主要作业区域内，地压大，围岩条件差，温度高，通风困难，给采矿作业带来了很大的困难。

根据地质条件，沃溪坑口所采用的采矿方法包括留矿法、削壁充填法、房柱法、竖分条块石胶结充填法等，目前主要采用的采矿方法为房柱法和竖分条块石胶结充填法。

1 深部采矿可能遇到的问题

1.1 地压越来越大

沃溪坑口主要潜在的采场稳定性问题是因采矿方法而产生的历史遗留问题。在没有引进块石胶结充填法(见图1)之前，沃溪坑口主要的采矿方法为房柱法及尾砂嗣后充填法。采用房柱法回采后的空区大部分都没有充填，导致应力集中，矿柱受压失稳，造成顶板下沉、冒顶等现象，并对下部中段的采矿有极大的不良影响。采用尾砂嗣后充填的空区由于尾砂的强度小，且脱水后不能很好的接顶，所以对解决顶板的压力没有很大的作用。目前，主要生产区域已经逐渐面临由于遗留问题而带来的困难。

另外，随着中段下延速度的加快，岩石温度的升高，发生岩爆的可能性也越来越大[1-2]。

图1 竖分条块石胶结充填采矿法

1.2 通风困难且地温高

深部开采的环境温度高，主要由于地温的升高(地温增温率为1℃/83 m)。外加热水、硫化物氧化，机电设备、炸药爆破热、人体放热等原因，井下温度的增高极大地影响了工人劳动生产率、工人身体健康、和生产安全。

目前，沃溪坑口采用抽出式通风方式，利用明竖井、明斜井进风，污风通过上沃溪主扇、26平辅扇、32平辅扇从东部风井抽出。26平以上通风效果很好，但是26平以下中段通风效果较差，没能很好的解决温度高的问题。

2 解决问题的对策

2.1 控制地压

(1) 加强巷道支护措施。由于深部岩石较松散，稳固性差，所以在深部开拓工程施工时，要加强临时支护措施，及时封闭围岩，防止冒顶和风化，控制初期的巷道变形。永久支护必须在围岩充分卸压稳定后进行。并且在巷道设计时，要考虑围岩的变形，适当扩大设计断面。

(2) 变更巷道支护方式。在沃溪坑口深部，利用单层锚杆配水泥药卷加固来提高巷道支护强度，由于锚杆长度小，药卷的锚固长度小，在巷道的破碎区内，无法阻止巷道顶板的破坏。所以要改革巷道的支护方式，建议采用“锚杆+金属网+喷浆”联合支护方式。

(3) 解决块石来源，坚持块石胶结充填采矿法。块石胶结充填法在矿山的应用取得了很好的效果。但是由于采场过多，井下废石不能满足实际需要，所以造成部分空区未能及时充填。建议从地面建立采石场，将废石运至井下，再由各个中段运至各个需要充填的作业面。

(4) 加强顶板支护管理。管理人员及技术人员要加强对采场顶板的管理，技术交底清楚，监督有力，督促作业工人在进行充填前对空区的顶板加以锚杆支护。

(5) 岩爆的预防。依据矿体构造、原岩应力分布特征，采用合理的开采顺序和采场布置以减少能量贮存[3]；优化采场结构参数以及回采方式，控制能量的释放：具体措施包括组合应用合理的采场结构参数，小断面开挖，采用分断面或分步的回采方式等；支护方式应遵循能量的释放规律：对于可能发生岩爆的掘进巷道，采用超前支护或松动爆破技术加以防治，对于附近巷道或采场作业扰动引发的岩爆可采用柔性支护措施，使围岩受控下逐步破坏的同时支撑破坏的岩块；采用先进的监测技术，建立可靠的监测系统，辅助人工观察记录和便携式监测仪，找出地应力变化规律，以便采取有效的防护措施[4]。

2.2 改善作业环境

(1) 通风排热。将新鲜风流引入井下，为井下作业人员提供空气，排除粉尘、有毒有害气体，这一点对于深井排热降温极为重要[5]。可通过以下措施，优化通风系统，增大通风量：减少风阻，防止漏风，加大扇风机能力，以及论证通风系统能力，改善或重新开拓井筒，实现通风、提升多种功能。

(2) 预冷进风风流。采用非制冷措施降低进入工作面的风流温度。例如让风流通过一段有喷淋水雾的巷道，使其冷却，达到降温降尘的目的。其缺点是增加了风流的湿度，可能导致高湿的作业环境[6]。

(3) 作业面压风降温。压风通风有两个作用，提供新鲜空气和压风膨胀吸热降温。对于井下极端作业环境，压风通风是一种行之有效的通风方法[5]。

(4) 供、排水排热。供水，即将低温水由井上向井下流；排水，即将高温水从井下往井上排。水的比热较高，供、排水的温差能很好地排除深部地热，达到排热降温的目的[5]。

(5) 制冷排热。通常，原岩温度低于42℃的矿山可考虑单一的通风方案。沃溪坑口42平以下原岩温度已超过42℃，可见单一的通风方式满足不了生产安全的要求，必须建立矿井制冷系统。有地面制冷站、井下制冷站两种系统，应当根据实际条件选取具体方案[5]。

(6) 隔离控制热源。井下作业环境中的人体、机械、矿石氧化等均可放出热量，如处理不当会加剧深部热害。具体的控制方法有：通过喷浆隔离的办法控制矿石氧化；大型的机电设备尽量安装在上部中段或让经过的风流直接进入回风井[5]。

(7) 利用上部废旧巷道降温。如夏天地表温度较高，可以充分利用这些废旧巷道冷却进风。

(8) 加强通风管理。安排专业人员对坑口通风网络进行管理，加强对风门、风墙的监督和检查。

3 结 论

针对深部采矿可能遇到的地压、通风两大问题，提出了若干对策。

地压对于深井开采的影响日益显著，需要多种控制措施同时应用才能有效解决问题。鉴于此，在沃溪坑口井下现场，对控制地压的几项措施进行了试验性应用，在维护采场安全方面取得了良好效果。

沃溪坑口现有的通风系统已经成为深部开采的瓶颈，地温问题突出，单一的通风方式无法解决问题，制冷降温是今后必然的发展方向。经过通风排热、作业面压风降温、利用废旧巷道降温、加强通风管理等对策的实施，整个矿井通风系统有了较大改善。

建议在条件允许的情况下，优化采矿方法，并进行现场试验，在提高采矿效益的同时，解决地压与通风问题。

参考文献：

[1]田凤楼，姚 香. 深部开采岩爆及采空区与地应力关系的研究[J].中国矿山工程，2009，38(3)：28-32.

[2]唐绍辉，吴壮军，陈向华. 地下深井矿山岩爆发生规律及形成机理研究[J].岩石力学与工程学报，2003，23(8)：1250-1254.

[3]文永胜，方颜空，吕力行. 地下金属矿山灾害分析与防治[J].矿业工程，2010，8(2)：47-49.

[4]陈爱钦. 矿山常见地质灾害特征及防治[J]. 中国锰业，2007，25(1)：39-41.

[5]赵雄飞. 辰州矿业沃溪坑口井下排热降温的探索与思考[J].采矿技术，2010，10(4)：79-80.

[6]黄颖华，沈斐敏. 高温矿井降温技术研究动态[J].安全与健康，2006(11)：32-33.

[7]刘晓鑫，胡汉华.我国深部矿井热害治理设想和展望[J].矿业研究与开发，2011,31(1):84-87.

[8]《采矿设计手册》编辑委员会. 采矿设计手册(矿床开采卷)[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1987.

[9]张秀华，王李管，董子良.高温高湿矿井湿热空气对通风风阻的影响[J].矿业研究与开发，2012,32(1):69-71,77.