弓长岭铁矿崩落法开采地压活动规律浅析及开采对策研究

2016-05-30张令非

科技资讯 2016年20期

张令非

摘要：采矿工程中地压活动的产生与发展，会给安全生产带来了一定的威胁和危害，因此加强对地压活动规律的研究对矿山安全高效生产具有重要意义。该文基于弓长岭铁矿开采现状，结合矿山开采实际与管理经验，对弓长岭铁矿崩落法开采地压活动规律进行了分析研究，总结了围岩崩落的基本规律与矿体下部岩力增加的基本规律，同时对弓长岭铁矿目前开采存在的问题展开思考，提出相应对策，以期为弓长岭铁矿安全高效开采提供指导。

关键词：崩落法采矿地压活动规律开采对策

中图分类号：TD861.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）07（b）-0042-03

矿产资源井下开采无论规模大小，开采时间长短，最后都会发生地压活动，这是必然的客观规律。地压活动的发生、发展，给安全生产带来了一定的威胁和危害。其危害程度和开采区域的地质构造、开采方法、采空区管理等都有着密切的关系[1-6]。实践证明，不同的开采方法有不同的地压活动规律。

弓长岭井下铁矿中央区深井从1956—1969年曾经发生过4次大规模的地压活动。其中第一次发生于1956年8月20日，以原通硐区+100 m水平113号采场为中心，扩散到180～-60 m水平，各中段沿走向范围214～365 m。历经20天，停产半年之久，造成1号盲竖井因天轮破坏而报废；第二次发生于1958年6月14日，比第一次地压活动沿走向扩大100 m，沿倾斜延伸两个中断，由于这两次地压活动的发生、发展，损失矿量1 160万t富矿。20 m水平以上各中断相继冒顶封闭，并导致采矿方法由充填法改为留矿法；第三次发生于1963年8月19日，后台180 m的主风扇陷入采空区，给国家造成20万的经济损失，并切断了运输系统和通风系统，被迫重掘运输巷道530 m；第四次发生于1969年8月份，后台三井180 m，150 m，120 m，90 m四个中断，03、05、07、09、11五个采场，因第六层铁矿体与第四层铁矿体之间为绿泥片岩夹层较薄（局部仅2～3 m），且第六层铁矿与第四层铁矿均已采空，因采空后失去稳定后倒塌，造成上述各中断巷道局部冒顶，导致停产一个月，损失矿量20万t，重掘巷道100余米。

1 地质概况

弓长岭铁矿床二矿区是前震旦纪“鞍山群”沉积变质式铁矿床，位于弓长岭复背斜的北翼，矿区西端以寒岭断层为界，东端以F1断层为界，矿床由相互平行的六层矿体组成，如图1所示。矿石类型主要为磁铁石英岩，其中贫矿结构致密坚硬，抗压能力强，抗压强度为120～260 MPa。富矿分为平炉矿和高炉矿，抗压强度为124～170 MPa。弓长岭铁矿床二矿区地质构造复杂，断层种类繁多，生成的时间也不同，矿床的西北端及东南端被大的横断层切削，矿床内横断层也特别发育，西北端寒岭横断层与复背斜西部第一大横断层其走向为北东，近于直立，引起矿体错动，但是对采准工程破坏性不大。

2 崩落法开采地压活动规律浅析

采用无底柱分段崩落开采倾斜和急倾斜矿体时地压活动基本规律可以分3个组成部分：矿块底部结构地压显现基本规律；围岩崩落基本规律；矿体下部压力增加的基本规律。对于矿块底部结构地压显现基本规律该文不做讨论，只阐述后两者规律。

2.1 围岩崩落的基本规律

应用崩落法开采倾斜和急倾斜矿体时，随着崩落矿石的放出，围岩就逐渐崩落塌陷，首先是上部岩石，以圆拱的形式向上冒落，且拱顶偏向上盘（也就是沿着最大下沉角向上冒，弓长岭铁矿最大下沉角为85°），待其达到地表，拱顶四周岩石向下滑落，形成一个崩落的楔形体，并随着开采深度的增加楔形体逐渐下滑，形成陷落带。

由于回采阶段不断下降，致使上下盘围岩失去支撑，并以棱柱体形式向矿体方向滑动。棱柱体内虽有裂缝，但仍是一个完整体。在地表发生多条裂缝（这些裂缝受其地质构造面控制），并形成下沉台阶，如图2所示。

地表这些裂缝都是沿原走向逆断层和斜交走向断层开裂，岩石崩落角随着开采深度的增加而逐渐减小，下盘围岩到一定深度后停止崩落，而上盘围岩一直崩落到和岩石内摩擦角相等或更大些才停止崩落，此时称为临界崩落深度，再往深部崩落角反而变陡，并只发生冒落拱，其冒落高度达不到地表，如图3所示。上盘围岩崩落一般比回采水平滞后1～2个阶段，通常上盘围岩崩落角在40°以上，下盘在45°以上，矿体两端在80°左右，如图4所示。

由于崩落矿石和围岩自重的作用及上下盘滑动棱柱体的综合作用，再加上此区域地段构造复杂，在绿泥片岩中还有透镜体这些都近于散体状态，极易产生松脱冒落。在已掘13万延米的采准巷道中，现已有1.3万延米巷道发生了冒落现象，严重影响回采工作正常进行。

2.2 矿体下部压力增加的基本规律

采用崩落法开采的矿山，当开采深度大于300～400 m时，在回采工作面影响范围内，位于下盘岩石靠近矿体的沿脉巷道就会遭到破坏，是因为下盘岩石不仅受崩落矿石重力作用，而且还要承受上盘滑动棱柱体经崩落的矿石和岩石传递到下盘围岩压力，发生应力集中，在这种情况下，应将运输巷道布置在离矿体稍远些，以避开支撑压力区，离矿体的距离，应根据实际经验，或用实测方法来解决。

3 开采对策研究

鉴于目前弓长岭铁矿崩落法开采的实际问题，该文认为亟待解决的技术措施有以下几方面。

3.1 运输巷道、设备井、聚矿井位置的合理布置

（1）对应力集中的宽度应进行实测，以保证以上井巷布置在矿体下盘应力集中区以外。

（2）以上井巷位置不应选择在构造复杂的地带（即断层交汇的地点）。这些地点应力易于聚中，也容易释放。原来有些井巷位置布置在断层的交汇处，如六井和七井原3 m×3 m规格现在已达 6 m×6 m规格；又如-100～-160 m井巷位置虽木已成舟，但对 -220～-360 m还是有益的。

（3）下盘运输巷道布置在Fe5层铁矿体中不合理。Fe5层矿体宽度和巷道宽基本一致，根据巷道应力分布曲线可知，巷道两角剪应力为最大，因此，最容易沿层面和断面下滑，这就给地压活动和冒顶创造了方便的客观条件。

总之，使用崩落法开采方法的矿井，在选择井巷位置时，绝不能只图运输距离近的便宜，从而造成高昂的巷道维护费用，或缩短使用寿命的弊病，这是百害无一利的。

3.2 加强采准工程允许暴露时间研究

-100～-160 m的采准工程掘进时间过长，有的竟达到10年之久，由于暴露时间过长，因此，巷道发生了变形，甚至冒顶封闭巷道，破坏非常严重，给今后的开采带来了很大的困难，甚至无法回采。所以，要加强采准工程允许暴露时间，正确处理采准和回采在时间和空间衔接关系，以有利于今后的开采。

3.3 确定合理的开采顺序

对于-160 m崩落法开采，究竟采用前进式开采，还是后退式开采，或从最危险不稳定的地区先采，这些问题应做进一步深入研究。

3.4 加强井巷安全维护措施研究