基于综合支护的磷矿采空区顶板保护方法研究

2024-05-13欧阳伟超

山西焦煤科技 2024年3期

欧阳伟超

(瓮安大信北斗山磷矿,贵州瓮安 558000)

目前多数磷矿的支护主要是借鉴煤矿井下巷道支护方案,但在巷道顶板结构破碎性大、稳定性差的区域,矿压波动和回采扰动冲击较大,使顶板极易出现大量变形、冒顶等[1],严重影响磷矿井下回采作业的效率和安全性。瓮安大信北斗山磷矿井下赋存条件较为复杂,最大分布厚度超过了30 m,平均倾斜角达到了45°,在回采过程中采用上向分段充填采矿法开采,支护方式为锚网支护。由于矿层厚度大,回采后会形成一个具有极高空顶的采场,如果按常规方案对采空区进行强制性放顶,会形成强烈冲击,出现顶板冒落、矿柱片帮剥落等情况,严重影响巷道稳定。目前采用锚网支护技术,顶板变形量277 mm,在回采过程中需要不断进行加强支护,不仅影响了井下磷矿回采作业效率,而且加大了井下支护成本。为此,结合磷矿在复杂地形条件下的地质特性,提出一种新的采空区顶板综合支护工艺,以提高井下巷道支护的稳定性和可靠性。

1 顶板综合支护方案分析

1.1 顶板类别分析

磷矿井下巷道内不同位置的顶板稳定性存在着较大的差异,如果在井下各个区域全面推进安全性极高的锚网索综合支护方案,不仅会影响井下的巷道支护效率,而且会导致支护成本高,难以满足支护经济性的需求。因此需要根据井下巷道顶板的实际情况,综合确定不同区域的最佳支护方案。采用电磁勘探法、钻井法等对井下巷道内的岩石状态进行全面分析,以巷道岩层的完整性、巷道岩层岩性等为依据,将巷道顶板分为3种状态。

1) 一级状态。该类型的顶板结构完整性最好,不仅没有节理发育,而且在岩层内基本上不存在断层,整个顶板的稳定性极高,抗来压和抗扰动效果好。因此在该区域可采取简化支护的模式,适当放宽支护间距,提升巷道的支护效率。

2) 二级状态。该类型的顶板完整性相对较差,在区域内存在着一定的节理发育和断层,而且在顶板上还分布着一些贯通裂隙,会有部分水从裂隙内渗出,岩层的稳定性一般。因此在进行支护时整体的支护方案可以参考一级状态顶板区域的支护方案,但由于稳定性不及一级状态顶板,支护密度需要达到一级状态顶板区域支护密度的2倍以上。

3) 三级状态。该类型的顶板完整性极差,存在着严重的节理发育和断层,而且在巷道顶板上还有很多碎石块,渗水和顶板陷落情况比较严重。为保证来压和回采扰动时的稳定性,需要对顶板进行补强加固,为了避免碎石落下时伤人,需要在锚索支护的基础上增加双层金属护网[2].

1.2 锚网索综合支护机理

当单根锚杆设置到岩层中后,会对周围区域产生一个挤压作用力,使锚杆四周的岩层密度和紧实度增加,多组锚杆设置后,能够形成一个稳定的压缩条带,把四周破碎的岩层形成一个稳定且存在较大挤压力的稳定区域,从而提高了对破碎区顶板的支护稳定性。但当破碎区域较严重时,单纯依靠锚杆支护存在着较大的不稳定性,因此在锚杆支护的基础上提出了锚网索综合支护,在碎裂较为严重的区域增加了锚索补强[3]. 井下锚网索联合支护结构见图1.

图1 磷矿顶板综合支护方案

1.3 分级支护方案分析

根据对顶板状态和不同支护方案机理的分析,为了在保证安全的情况下提升支护的稳定性,提出根据顶板状态进行分级支护[4]及矿柱加强的方案。

1.3.1 分级支护

1) 一级顶板区域支护方案。由于一级顶板区域的稳定性较高,因此可以利用锚杆组合进行挂网支护,然后再加上锚索进行补强。进行支护时采用“梅花”状的布置结构,所使用的锚杆为φ43 mm×1 800 mm,锚杆间排距设置为1 000 mm,钢筋网采用孔径为50 mm的圆孔型双层金属护网。锚索在固定时的深度需要比顶板厚度高出2 000 mm以上,锚索间排距为4 000 mm×2 000 mm,在井下布置过程中,可根据顶板结构灵活调整。一级顶板区域的支护结构见图2.