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弓长岭井下铁矿地压活动规律分析与控制
2011-08-10
根据弓长岭铁矿矿床地质成因及其构造的分布情况,总结了中央区深部巷道及采场的 各种破坏形式,通过岩石力学分析,并结合该矿自1956年以来发生的多次大型地压活动现象,分析 探索了弓长岭铁矿地压活动规律,通过采取技术措施和各种管理手段,有效地控制了地压活动。
Serial No. 488 现 代 矿 业 MORDEN M IN ING 总 第 488期 December. 2009 2009年 12月 第 12期 弓 长 岭 井 下 铁 矿 地 压 活 动 规 律 分 析 与 控 制 郭 友 学 徐 铁 伟 韦 锦 华 任 凤 玉   (东 北 大 学 )   (鞍 钢 集 团 矿 业 公 司 )   摘 要 :根 据 弓 长 岭 铁 矿 矿 床 地 质 成 因 及 其 构 造 的 分 布 情 况 ,总 结 了 中 央 区 深 部 巷 道 及 采 场 的 各 种 破 坏 形 式 ,通 过 岩 石 力 学 分 析 ,并 结 合 该 矿 自 1956年 以 来 发 生 的 多 次 大 型 地 压 活 动 现 象 ,分 析 探 索 了 弓 长 岭 铁 矿 地 压 活 动 规 律 ,通 过 采 取 技 术 措 施 和 各 种 管 理 手 段 ,有 效 地 控 制 了 地 压 活 动 。 关 键 词 :巷 道 ;地 压 控 制 ;弓 长 岭 铁 矿 中 图 分 类 号 : TD326  文 献 标 识 码 : B  文 章 编 号 : 167426082 (2009) 1020082203 1 前 言 弓 长 岭 井 下 铁 矿 中 央 区 深 井 从 1956— 1969年 中 巷 道 冒 落 占 91. 2% ,片 帮 占 5. 3% ,顶 板 开 裂 占 3. 5%。 由 于 巷 道 冒 落 严 重 ,无 法 进 行 支 护 ,甚 至 支 护 也 起 不 到 应 有 的 作 用 ,打 乱 了 正 常 的 回 采 顺 序 ,冒 落 的 矿 石 块 度 大 ,增 加 了 二 次 爆 破 量 。 特 别 是 浅 采 采 场 大 放 矿 结 束 后 ,由 于 存 留 时 间 过 长 ,没 有 及 时 放 顶 ,采 场 顶 板 突 然 冒 落 造 成 生 产 设 施 和 设 备 损 坏 。 2破 坏 形 式 及 力 学 分 析 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 + 100rn水 平 # 13 采 场 为 中 心 ,扩 散 到 180~ - 60m 水 平 ,各 中 段 1 沿 走 向 范 国 214~ 365m。 历 经 20d,停 产 半 年 之 久 , # 造 成 1 盲 竖 井 因 天 轮 破 坏 而 报 废 。 第 二 次 发 生 于 1 958年 6月 14日 ,在 第 一 次 的 基 础 上 ,沿 倾 斜 向 下 扩 展 两 个 中 段 至 - 20m 水 平 ,沿 走 向 向 外 扩 展 近 00余 米 ,历 经 10d。 第 三 次 发 生 于 1963年 8月 19 2. 1  不 稳 固 岩 体 弓 长 岭 二 矿 区 是 前 震 旦 纪 沉 积 变 质 矿 床 ,由 相 互 平 行 的 里 层 矿 体 组 成 ,上 、下 盘 及 矿 体 之 间 的 岩 石 均 为 绿 泥 类 的 蚀 变 岩 和 角 闪 岩 。 由 于 绿 泥 岩 本 身 软 破 ,抗 压 强 度 仅 为 23. 2MPa,节 理 裂 隙 极 其 发 育 ,最 易 冒 落 和 片 帮 ,特 别 是 第 六 层 “ 亮 滑 ”铁 部 位 ,节 理 裂 隙 非 常 发 育 ,经 常 发 生 松 脱 冒 落 、抽 条 冒 落 及 片 帮 。 2 # # 2 日 ,在 原 后 台 区 15 ~ 19 场 ,地 表 发 生 冒 落 5 800m , 造 成 一 台 200kW 主 扇 连 同 厂 房 全 部 陷 入 空 区 。 第 四 次 发 生 于 1969年 8月 ,波 及 原 后 台 区 150~ 80m 4 个 中 段 ,停 产 一 个 月 。 之 后 还 发 生 数 十 次 小 规 模 地 压 活 动 ,冒 落 矿 岩 将 采 空 区 充 填 ,形 成 后 台 、么 石 和 通 洞 3个 岩 移 区 。 由 于 深 部 采 用 崩 落 法 开 采 ,从 多 年 的 探 测 结 果 可 以 判 断 其 移 动 量 很 小 。 目 前 3个 岩 移 区 上 下 已 经 成 为 连 续 的 崩 落 松 散 体 ,无 较 大 空 区 存 在 ,处 于 相 对 稳 定 时 期 。 随 着 开 采 深 度 的 增 加 ,虽 然 大 规 模 的 岩 移 活 动 不 会 再 次 发 生 ,但 是 由 于 深 部 全 部 采 用 崩 落 法 开 采 ,岩 移 活 动 伴 随 着 生 产 全 过 程 , 特 别 是 近 年 来 ,矿 业 发 展 迅 速 ,民 采 矿 点 的 非 法 进 入 ,只 采 不 充 ,留 下 大 量 空 区 ,对 今 后 矿 山 的 安 全 生 产 带 来 重 大 隐 患 。 松 脱 冒 落 及 片 帮 一 般 发 生 在 节 理 裂 隙 发 育 的 绿 泥 岩 和 绿 泥 片 岩 、断 层 带 ,矿 岩 接 触 带 处 。 有 的 先 冒 落 后 片 帮 ,再 继 续 扩 大 冒 落 ;有 的 先 片 帮 后 冒 落 ,最 终 形 成 自 然 平 衡 拱 而 停 止 冒 落 。 冒 落 后 呈 锅 底 形 状 ,高 度 为 0. 5~ 3. 0m,两 帮 滑 坡 角 约 60鞍~ 70鞍。 如 - 280m水 平 在 13穿 进 行 开 拓 巷 道 掘 凿 时 ,由 于 上 3 盘 绿 泥 岩 遇 水 泥 化 ,扒 出 70m ,造 成 工 程 无 法 施 工 , 被 迫 改 变 设 计 方 案 ,由 环 行 运 输 改 为 尽 头 式 穿 脉 运 输 ; - 148m水 平 下 盘 沿 脉 运 输 巷 片 帮 (见 图 1) ,其 冒 落 原 因 是 巷 道 顶 板 上 的 软 破 矿 岩 在 自 重 作 用 下 , 当 拱 线 上 的 各 单 元 体 均 满 足 Υ = tgψ 这 一 极 限 平 衡 条 件 时 ,拱 下 岩 块 松 脱 冒 落 ,拱 上 的 岩 石 重 量 经 此 楔 传 递 到 两 帮 ,在 挤 压 作 用 下 形 成 自 然 平 衡 拱 ,如 果 两 帮 软 破 ,又 出 现 片 帮 ,使 冒 落 拱 扩 大 ,直 至 达 到 新 的 自 然 平 衡 。 弓 长 岭 井 下 铁 矿 目 前 已 经 回 采 到 - 280m水 平 , 通 过 对 现 场 调 查 分 析 , - 160m 和 - 220m 中 段 采 用 无 底 柱 分 段 崩 落 法 和 浅 孔 留 矿 法 ,巷 道 破 坏 率 为 1 3. 6% ,下 盘 沿 脉 巷 道 破 坏 率 14. 6% ,下 盘 沿 脉 巷 道 破 坏 率 42. 6% ,实 际 巷 道 利 用 率 仅 为 61. 5% ,其   郭 友 学 (1965 - ) ,男 ,高 级 工 程 师 ,副 处 长 , 111007辽 宁 省 辽 阳 市 。 8 2   郭 友 学 徐 铁 伟 等 :弓 长 岭 井 下 铁 矿 地 压 活 动 规 律 分 析 与 控 制 2009年 12月 第 12期 张 力 或 剪 切 力 破 坏 而 冒 落 。 图 1片 帮 抽 条 冒 落 一 般 发 生 在 顶 板 中 有 绿 泥 片 岩 夹 层 或 图 4 “ 人 字 滑 ”冒 落 力 学 分 析 者 下 盘 矿 岩 接 触 破 碎 带 处 ,冒 落 后 空 间 常 呈 沟 状 ,其 宽 度 依 软 弱 夹 层 厚 度 而 定 (见 图 2) ,冒 落 高 度 1. 5m 左 右 ,宽 度 1. 0m。 其 原 因 是 由 于 在 较 坚 硬 的 巷 道 顶 板 绿 泥 片 岩 夹 层 节 理 发 育 ,多 为 光 滑 片 理 面 ,岩 性 软 破 ,失 去 支 撑 ,暴 露 后 在 自 重 作 用 下 ,沿 接 触 面 滑 落 下 来 。 2 . 3工 程 质 量 巷 道 掘 进 时 出 现 超 欠 挖 ,凸 凹 不 平 ,成 形 不 好 , 不 仅 增 加 了 暴 露 面 积 ,而 且 还 引 起 应 力 集 中 ,容 易 诱 发 地 压 活 动 ,造 成 巷 道 玻 坏 。 2. 4  支 护 弓 长 岭 井 下 铁 矿 由 于 矿 岩 稳 固 ,巷 道 一 般 不 支 护 ,只 有 当 巷 道 破 坏 影 响 生 产 时 才 进 行 强 行 支 护 ,支 护 形 式 采 用 木 支 护 、钢 筋 混 凝 土 支 护 和 锚 网 支 护 。 经 常 因 处 理 不 及 时 或 支 护 形 式 不 当 或 质 量 不 好 而 继 续 破 坏 。 2. 5  采 动 影 响 由 于 巷 道 破 坏 严 重 ,考 虑 安 全 被 迫 放 弃 出 矿 。 图 2抽 条 冒 落 这 些 遗 留 矿 体 将 上 部 压 力 传 递 到 下 一 个 分 段 ,形 成 高 应 力 集 中 区 ,经 常 使 下 一 个 分 段 巷 道 遭 到 破 坏 。 2 . 2地 质 构 造 断 层 、裂 隙 、节 理 、片 理 、层 面 等 结 构 面 及 其 空 间 分 布 对 巷 道 破 坏 起 着 控 制 作 用 ,在 矿 岩 接 触 带 ,特 别 是 在 富 铁 矿 与 绿 泥 片 带 的 沿 脉 巷 道 ,由 于 沿 走 向 压 性 断 层 与 节 理 较 发 育 ,层 理 、片 理 和 水 平 节 理 相 互 切 割 ,当 两 组 走 向 断 层 的 交 线 近 于 平 行 沿 脉 轴 线 时 ,经 常 会 发 生 “ 人 字 滑 ”冒 落 。 冒 落 高 度 在 0. 8~ 1. 0m 如 - 120~ - 150m 水 平 300m 范 围 内 ,采 矿 巷 道 几 乎 同 时 冒 落 或 堵 死 , - 112m水 平 一 段 采 矿 巷 道 冒 落 后 , - 124m水 平 相 应 部 位 很 快 冒 落 , - 136m水 平 和 - 148m水 平 相 应 部 位 出 现 开 裂 ,一 段 时 间 后 全 部 冒 死 。 目 前 一 220m 水 平 9~ 10剖 面 压 力 显 现 突 出 , 在 垂 直 方 向 形 成 压 力 传 递 带 ,严 重 影 响 正 常 采 矿 。 特 别 是 在 西 300m 范 围 内 ,为 保 证 铲 运 机 在 斜 坡 道 ( 见 图 2)。 尤 其 是 两 条 沿 走 向 断 层 的 交 线 近 于 平 行 巷 道 时 ,且 交 叉 点 深 入 顶 板 内 部 ,最 容 易 产 生 大 型 人 字 滑 ”冒 落 ,其 冒 落 高 度 达 1. 0~ 3. 0m (见 图 3) 。 # # “ 处 出 入 转 向 ,在 18 ~ 20 溜 井 之 间 预 留 矿 柱 ,在 垂 直 方 向 形 成 24m 高 矿 柱 ,必 然 会 形 成 压 力 传 递 带 ,给 生 产 带 来 不 利 影 响 。 2. 6  暴 露 面 积 及 存 留 时 间 作 为 永 久 服 务 巷 道 ,在 巷 道 交 叉 处 是 应 力 集 中 区 ,且 暴 露 面 积 大 ,最 容 易 破 坏 。 同 时 由 于 巷 道 存 留 太 长 ,井 下 空 气 潮 湿 ,个 别 处 滴 水 ,促 使 围 岩 风 化 ,遇 水 泥 化 ,加 上 附 近 爆 破 影 响 等 因 素 ,经 常 出 现 巷 道 破 坏 。 特 别 是 浅 采 场 由 于 矿 体 赋 存 条 件 突 然 发 生 变 化 ,回 采 时 造 成 矿 房 暴 露 面 积 过 大 ,经 常 出 现 突 发 冒 顶 事 故 。 140m4225矿 块 由 于 采 场 没 有 及 时 防 顶 ,存 留 时 间 过 长 , 2004年 6月 10日 该 采 场 突 然 冒 落 ,地 表 塌 陷 ,虽 然 没 有 出 现 人 员 伤 亡 ,但 是 在 地 表 回 收 残 矿 的 铲 运 机 陷 入 空 区 。 造 成 重 大 设 备 事 故 。 图 3 “ 人 字 滑 ”冒 落 其 特 点 是 冒 落 前 无 明 显 征 兆 。 冒 落 后 处 于 稳 定 状 态 ,冒 落 块 度 多 为 三 棱 体 或 长 条 形 大 块 。 其 原 因 主 要 是 由 于 弱 面 将 矿 岩 切 割 成 形 状 大 小 不 同 的 块 体 , 在 其 自 重 (W )或 外 界 因 素 作 用 下 ,当 在 弱 面 处 引 起 的 下 滑 力 T超 过 侧 向 挤 压 力 N 所 构 成 的 摩 擦 力 时 , 块 体 冒 落 (见 图 4)。 有 的 冒 落 块 体 的 端 部 或 顶 部 还 有 部 分 整 体 矿 岩 连 结 一 起 ,经 过 一 定 时 间 ,由 于 受 到 8 3 总 第 488期 现 代 矿 业 2009年 12月 第 12期 综 上 所 述 ,出 现 片 帮 、冒 落 的 主 要 原 因 是 由 于 受 到 岩 体 结 构 控 制 ,在 有 限 范 围 内 出 现 的 松 脱 冒 落 ,地 压 显 现 类 型 为 松 脱 地 压 。 其 作 用 力 方 向 主 要 来 自 于 垂 直 方 向 。 目 前 中 央 区 深 部 已 经 回 采 到 - 280m 水 平 ,还 没 有 明 显 的 深 部 地 压 显 现 。 质 量 的 条 件 下 ,实 行 简 易 光 面 爆 破 和 准 光 面 爆 破 。 采 取 科 学 的 支 护 形 式 适 时 支 护 。 3. 5  地 压 监 测 与 预 报 (1)使 用 收 敛 仪 进 行 地 压 观 测 。 巷 道 围 岩 变 形 是 地 压 活 动 最 直 接 的 表 现 ,是 岩 性 、结 构 面 、原 岩 应 力 ,以 及 采 动 影 响 等 多 因 素 综 合 作 用 的 结 果 ,使 用 收 敛 仪 测 定 巷 道 围 岩 变 形 特 性 ,预 报 地 压 活 动 情 况 ,确 定 支 护 形 式 与 合 适 的 支 护 时 间 。 3 地 压 控 制 方 法 3. 1  实 现 集 约 化 开 采 合 理 的 采 掘 顺 序 是 控 制 采 场 地 压 活 动 的 重 要 手 段 。 使 采 准 、采 矿 与 回 采 保 持 一 定 的 超 前 关 系 ,形 成 阶 梯 状 布 置 ,缩 短 回 采 工 作 线 。 无 论 在 同 一 分 段 内 , 还 是 在 上 下 分 段 ,相 邻 回 采 单 元 都 要 保 持 一 定 距 离 , 防 止 出 现 局 部 滞 后 而 影 响 应 力 集 中 带 。 要 连 续 推 进 ,不 能 因 巷 道 破 坏 不 加 处 理 就 绕 道 而 行 ,从 而 打 乱 正 常 的 采 掘 顺 序 。 减 缓 采 场 地 压 活 动 ,实 现 集 约 化 开 采 。 (2)光 弹 应 力 计 测 定 。 观 测 巷 道 周 边 围 岩 中 应 力 受 采 动 影 响 的 相 对 变 化 ,确 定 纵 向 和 横 向 采 动 影 响 范 围 。 (3)测 定 爆 破 松 动 圈 。 使 用 声 波 仪 测 试 爆 破 松 动 圈 ,用 于 确 定 锚 杆 长 度 和 评 价 支 护 效 果 。 3. 6  加 强 地 测 管 理 工 作 地 测 人 员 及 时 进 行 素 描 填 图 ,对 出 现 断 层 、节 理 、破 碎 带 等 要 害 部 位 实 行 预 报 制 度 ,预 防 因 多 组 结 构 面 组 合 形 成 的 不 稳 定 岩 块 松 脱 地 压 发 生 。 同 时 严 把 工 程 验 收 质 量 关 ,提 高 巷 道 有 效 利 用 率 。 4结 语 3. 2  合 理 调 整 回 采 顺 序 由 于 矿 区 东 部 矿 岩 不 稳 固 ,回 采 顺 序 可 以 从 东 区 向 西 区 推 进 ;或 从 地 压 显 现 最 强 烈 的 9~ 10剖 面 线 处 向 东 西 两 端 推 进 ,即 由 不 稳 固 地 段 开 始 ,释 放 高 应 力 区 ,有 效 控 制 采 场 地 压 。 弓 长 岭 井 下 铁 矿 目 前 回 采 深 度 为 - 280m水 平 , 距 离 地 表 垂 直 深 度 超 过 500m,从 巷 道 及 采 场 的 破 坏 形 式 分 析 ,虽 然 没 有 深 部 地 压 显 现 ,但 是 由 于 矿 岩 的 不 稳 固 、原 生 地 质 构 造 以 及 采 动 引 起 的 影 响 ,使 原 岩 应 力 重 新 分 布 而 引 起 的 地 压 活 动 也 是 频 繁 出 现 ,通 过 多 年 的 观 测 与 生 产 实 践 ,基 本 掌 握 了 地 压 活 动 规 律 ,只 要 在 生 产 过 程 中 加 强 管 理 、科 学 维 护 ,由 于 地 压 活 动 引 起 的 自 然 灾 害 是 完 全 可 以 避 免 的 ,并 且 可 以 利 用 地 压 活 动 规 律 为 生 产 所 用 。 3. 3  巷 道 位 置 的 选 择 凡 是 在 矿 岩 接 触 带 中 布 置 的 沿 脉 巷 道 均 遭 到 破 坏 ,支 护 量 大 ,费 用 高 ,建 议 沿 脉 巷 道 尽 量 布 置 在 岩 体 中 或 矿 体 中 ,掘 进 时 ,地 测 人 员 应 随 时 标 出 矿 岩 界 线 ,根 据 岩 性 的 变 化 情 况 ,及 时 调 整 设 计 方 案 。 3. 4  科 学 支 护 改 变 不 冒 落 不 支 护 的 传 统 观 念 ,根 据 岩 性 、结 构 面 特 征 ,暴 露 面 积 的 大 小 ,存 留 时 间 的 长 短 以 及 地 压 活 动 规 律 ,对 巷 道 进 行 稳 固 性 分 级 ,在 提 高 巷 道 施 工 (收 稿 日 期 2009207213)
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