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1、 2 l 0 年 2月 第 3 9卷第 1期 中国矿 山工程 Ch i na Mi n e En g i n e e r i n g F e b 201 0 Vo 1 3 9 No 1 破坏性地压的显现与产生原因分析 Th e a p p e a r a n c e o f d e s t r u c t i v e g r o un d p r e s s u r e a n d i t s c a u s e f o r ma t i o n 李 强 任国义 许卫军 李一 J 民 辽 宁 二 道 沟 黄 金 矿 业 有 限 责 任 公 司 辽 宁北 票1 2 2 1 2 7 摘 要 简述
2、了二道 沟金 矿破 坏性地压的各种表现形 式以及 给矿山安全生产带 来的 巨大影响 同时分析 了其成 因 并从理论 上 提 出了一些解决办法 为类似矿 山的地压管理提 供参考 关 键 词 地 压 岩爆 塌 陷 安 全 生 产 Ab s t r a c t Thi s a r t i c l e de s c r i be d a l l ki nd s o f a p pe a r a n c e f o r ms o f d e s t r u c t i v e g r o un d p r e s s u r e i n Er da o g o u Go l d Mi ne I t ha
3、 s a f 1 c t e d t h e s a f e t y pr o d u c t i o n g r e a t l y I t s c au s e for ma t i o n wa s a na l y s e d s i mpl y a nd s o me wa y s t o s o l v e t he t r o ub l e wer e p ut f o r wa r d a n d wh i c h c o ul d o f f e r n mn a g e men t e xp e r i e nc e f o r o t he r s i mi l a r
4、mi n e s Ke y wo r d s g r o u n d p r e s s u r e r o c k b u r s t s u b s i d e n c e s a f e t y p r o d u c t i o n 1 前 言 二道沟金矿位于辽宁省北票市龙潭 乡 现隶属于 中 国黄金 集 团公 司 矿 山始建 于 1 9 7 6年 建 矿初 期矿 石 处 理能力为 1 0 0 t d 后经多次改造 现在 的矿石处理能力为 6 0 0 t d 矿 山已连续 生产 了 3 0多年 二道 沟金矿脉是典 型的火 山中 低温热液充填型极薄急 倾斜金矿脉 倾角 7 0 8 5 走
5、 向 长数 百 米 至 上 千 米 矿 脉 平 均 厚 度 0 0 5 0 5 m 其中以 0 2 m及其以下厚度为主 矿脉围岩主要为 流纹岩 花 岗岩及少量 闪长岩 岩石坚同系 厂 值多在 1 0 1 2 以上 属坚 固岩石 现在矿区开采的主要矿脉有 1 脉 l 一 1 脉 2 脉 3 脉 5 脉和 5 1 脉 见图 1 矿山采用平峒一竖井一盲竖井联合开拓 中段高度 4 0 4 5 m 最深 开 拓 中段 f 1 8中段 距 地 表 8 0 0 m 主要 回采 中段f l 5 1 6中段1 距地表 6 5 0 7 5 0 m 矿山使用 的采矿方 法 有 两 种 浅 孑 L 留矿 法 和 削壁
6、 充 填 法 自建 矿 以来 矿 山 一 直 以浅孔 留矿法 回采为 主 采幅多在 0 8 1 2 m 削壁 充填 法 只是 近 1 0年 来 才 开始 使 用 经 过 3 0多 年 的 开 采 至 2 0 0 8年底矿 山在地下形成的采空 区数据如表 1 所 示 现在采空 区的面积仍 以每年 近 7万 m f 折合 约 6万 1T I 1 的 速 度 增 加 对 于 这些 采 空 区 矿 山除 了设 置警 戒线以外没有进行任何技术上的处理 2 破 坏性地压 的显现 在 最 近 三 四年 二 道 沟 金 矿 在 地 压 管理 上 发 现 了 一 些问题 主要表现为深部中段采场与巷道发生岩爆和
7、地 表发 生 塌 陷 这 种 破坏 性 地 压 的发 生 给 二道 金 矿 的安 全生产带来 了巨大的安全隐患 2 4 中国矿 山工 程 2 0 1 0 年 第 3 9 卷 图 1主 要开 采矿 脉 相 互位 置关 系及 开 拓 巷 道布 置 图 表 1 二 道 沟 金 矿 地 下 采 空 区数 据 统 计 2 1 岩 爆对 安全 生产 的威胁 随着开采深度的增大 开始出现 了岩爆现象 并 且愈加严重 到 目前为止出现岩爆的矿脉有 1 脉 1 1 脉 2 脉西段和 3 脉 而 5 脉 5 1 脉尽管开 采也很深 开采到 了 1 5中段 却没有发生岩爆现 象 最 初 的 岩 爆 以石 块 发 出
8、 啪 啪 的爆 裂 声 为 主 极少见石块弹射现象 在这种情况下 采矿工作 没有受到任何影响 但从 1 2 1 3中段开始 清脆 的 岩石 爆 裂声 中开始 夹杂 着一 部 分 沉 闷的爆 裂 声 岩 体 弹射 现象 开始 变 得频 繁 并且 弹射 出来 的岩块 体 积变得越来越大 最大者达 0 2 0 3 m 岩体 弹射发 生之前有 的有征兆 有 的没有征兆 加之作业人员 长期处在一种有岩体爆裂声 的环境 中作业 对于有 些征 兆 变得 麻痹 尽管 采取 了很 多 的防 护措 施 如 工人 穿 防护 背 心 采 场 内 支护 等 但 伤 害事 故 还 是 时有发 生 通 过 以下三起 典型
9、的岩爆 事件 可 以看 出 岩爆对 安全 生产 的影 响程度 1 1 脉 l 3中段 的 1 3 0 1采场岩爆事件 该采 场为浅孔 留矿采场 当时采高 l O re左右 当班为准 备班 采场作业人员在采场 内出矿 突然从采场下 部放矿斗直至采场作业面发生岩爆 伴随着巨大岩 石 的爆 裂 声 从 采 场 下盘 弹射 出来岩 块 将 作业 人 员 的腰部砸伤 造成一人受伤 2 I 脉 1 4中段 1 4 3 1 采 场岩 爆事 件 该采 场为 浅孔留矿采场 当班为准备班 早晨 5 6点钟 采场 内岩石爆裂声越来越频繁 工人发觉后急忙撤出采 场 不久后采场 内发 出巨响 事后发现采场内一段 将近
10、l O m长的顶板岩石整体崩落 由于工人撤出及 时没有造成伤亡事故 此次岩爆 的响声 使在 1 2 0 m 以外 的盲竖 井 卷扬 硐室 工 作人 员 感 觉 好象 附 近有 人在进行爆破作业一般 3 I 脉 1 5中段 1 5 1 1 采场岩爆事件 该采场为 削壁 充 填 采 场 采 场 采 高 1 3 m 左 右 岩 石 弹射 现象 频发 不得不停止采矿 损失金属量 2 0多千克 类似 的岩爆 事 件还 有很 多 严 重影 响着 矿 山 的 安 全生 产 另 外 岩爆不 只 发生 在 采场 采场 下 部 的 运输平巷也时有发生 发生地段巷道 的两帮和顶板 普遍会有 层叠 状 的浮石 撬之不
11、尽 巷道断面越 撬越 大 个 别 地 段 甚 至需 要 用 木 排 围护 起来 防止 弹射 伤人 2 2地 表塌 陷对 安全生产 的威 胁 2 0 0 7年夏 季 1 脉地 表 中部塌 陷成 一个直径 2 5 m左右的大坑 该坑的周边覆盖土层厚度最薄处 也在 1 7 m 以上 经 现场 调查 发现 这些 覆 盖 土及 覆盖 土下 的风化岩石已经在雨水 的冲刷下 以泥石 流的 形式下落至 7中段 距地表 3 5 0 m 的采空区中 在 7 中段 巷道 中已经 淤积 了大量 的黄 泥 该部 位地 表距 地 下 采 空 区有 几 十 米 厚 的 原岩 和数 十米 厚 的 黄 土 层 此处的塌陷意味着
12、矿 区内各矿脉的顶部都有塌 陷的可能 这种不 可预测 的塌 陷 已经成 为矿 山安 全生产的一个重大危险源 3 破坏性地压显现原因分析 上述 各种 地 压 问题 说 明二 道 沟 矿 区 的地 压 开 始 进入 活动 期 并 有 逐步加 剧 的趋势 在对 采空 区进 行 详 细调 查后 发 现 上部 中段 老采 空 区原 采场 留下 的顶柱大部分发生了冒落 原本被矿柱隔离的小采 空 区 已经大 部分 连成 一片 种种现象说 明二道沟金矿采空 区两侧 的岩体 一 直 在发 生岩 移 只是 由于岩 体在宏 观 上完 整性 好 质地坚硬 这种小的形变没有及时被肉眼观测到 而 是 以弹性变形能的形式储
13、存起来 经过 日积月累 当这种变形能超过岩体所能承受 的的极限时 便 以 各种形式表现出来 它最先将残留下来的矿柱压得 层层剥落以至最后整体脱落 见图 2 脱落的矿柱又 会 使 空 区两侧 的岩体 失 去支 承 从 而 加剧 变 形 最 终 发 生大 面 积 片帮 这种 破 坏作 用 会 连锁 反 应 发展 下去 直至整个采空区连接成片 第1 期 李 强等 破坏性地压的显现与产生原因分析 2 5 水平应 水平 应力 图 2采空区岩移 与应 力集 中破坏示意图 造成采空 区两侧 的岩体移 动的动力究竟是 重 力应力场 引起 的水平 应力还是水平的地质构造应 力 现 在还 不 能定 论 还没 有
14、进行 过原 岩 应 力 测试 实 验 在对 吉 林 夹 皮 沟金 矿 距 地 表 l 1 4 0 m 深 采场 的 开 采 条件 与 岩石 条 件 现场 调 查 时 发 现 其 与二 道 沟 金 矿 的开 采情 况 极 其 相似 但 却 没有 岩 爆 发 生 这 个事例说 明重力应力场 引起 的水平 应力在现有 的 深度上还不是岩爆产生的根本原因 岩爆发生 的主 要原 因应该是水平的地质构造应力造成 的 但不能 排 除重力 场 的水 平应 力对 之有 重 要 响影 经 分 析 认 为 一 成 不 变 的 地 压 控 制 方 案 是 破 坏 性地 压产 生 的根本 原 因 二道 金矿 建 矿之初
15、 认定 该 矿是 一 座 小 型 矿 山 服 务 年 限 不 太 长 开 采 深 度 也 不会太大 且工程地质条件很好 认为采空区靠 留下 的矿 柱 支撑 即可 这 也 是 当 时 国 内薄 矿 脉矿 山采 空 区处 理 最 为常 用 的一 种 方 法 同时 也是 一 种 技 术 上 最简单 经济上最节省的采空 区处理方法 随着深 部矿产 资源的不断 发现 开采不 断向下延深 但 采 空 区的处理方案却一直没有变 仍然靠残留的矿柱 支 承 着 这 种地 压控 制 方 案在 矿 山 1 1中段 以上 的 开 采过程 中是成功的 此阶段的采空区是非常稳定 的 4 地压缓解思路 二 道 沟 金 矿
16、5 脉 5 1 脉 走 向 长 度 达 l O 0 0 m 以上 矿体连续达到 回采要求 是二道沟金矿 的主要 生产矿脉 采场底部结构全部为平底结构 调查后发 现 上部中段原 留下的顶柱 间柱脱落严重 采空 区 大部分连接成片 脉外运输巷道 片帮严重 针对这 些现象 从矿 山安全生产 的角度考虑 5 脉 5 1 脉 空区两侧的岩体 是否可能在某一 瞬间发生大面积 崩落 应该 作为一个科研项 目 聘请有关专家进行 评估 对于采场 的岩爆防范工作 国内外的采矿工程 师首先都会考虑到采用下 向胶结充填采矿法 但该 方法在二道沟金矿由于经济上的原 因无法实施 此 方法成本过高 下 向胶结充填采矿法的过大采矿成 本会使矿山无法经营下去 即使使用空场法进行 回 采 矿山的利润空间也不是很大 笔者认为通过爆破的方法也可 以缓解地压 见 图 4 该方法的实际效果 尚未经过生产实践加以证 明 作为一种新思路提 出 希望 能够得 到专业人 士 从理论上加以完善或指导 该方法通过中深孔爆破 从两个方 向破坏采场周边的岩体 矿块顶部 的岩体 爆 破 后 形 成 的爆 破 区 必 将 导 致 重 力 转 移 离
