红透山铜矿的系统空区处理与地压观测.pdf

一 系 怨 J 浏 红透山铜矿的 歹 系统空区处理与地压观测 弓 吁 j 红透山铜矿王 志方 f J 一 【 捕善I 】 介绍了红透山铜矿用崩落法 充填法处理延伸1 i D o m系统空区． 控制围岩移动． 保证 主井和深部箕斗井稳定 ．井回收其保安矿柱矿量的具津做法，提出了深、陡 空区在巳充填的条停下舟段 处理 区别对待和不能按常规方法拟定岩移舟以爱大规模空区址理不宜单独用留碌岩矿柱方 法 等 新 观 点． 关键词t碗形陷落隔离层桶状陷落岩移终止期地压观测采空区处理 红透山锕矿 自1 9 5 8 年建矿开 坑 至 今 已 有3 7 年的开采史。采深 l l O O m，采 出 矿 量 2 0 0 0 多万t ， 形成空区5 5 0 万m。 ， 由于空区处理 方式得 当、 及时， 质量较高，不仅有效地控制 了围 岩移动 ，保 证了竖井稳定 该 竖井在 3 0 ‘ 脉开采陷落带内，并安全回收了竖井保安 矿柱矿 量近5 0 0 万t 。 红透山铜矿的空区状态与处理方式可分 为 3 个部分。 1 上部采空 区处理 从地表露头 - F 4 9 0 m至下部 - F 1 3 3 m 的垂 高3 1 7 m的空 区称 上部 空 区。 1 ． 1 独立小空 区的处理 2 矿体位于红透山矿床的东部边界，与 主矿休1 ’ 脉不相毗连，系独立的小矿体 。该 矿休走向长1 6 0 m，厚2 ～3 m，垂直方向从地 表 - F 4 3 0 m至地下 d - 7 3 m， 即延深3 9 7 m，急 倾 斜，用留矿法开采，形成空 区1 7 8 ． 5 万m 。 处理方法；该区在矿床边缘，跨度小， 围岩为片麻岩，坚硬稳固，又存有顶，底， 间柱支撑，不会诱发大面积地压活动，没有 充填法 处理 的必要 ，但 为防止 空 区围岩 突然 垮落，空气冲击波对人员、设备的安全造成 威胁，于是采取了三项措施 第一，底部结 构中各漏斗，溜井等用碎石，矿石堵塞。此 封闭方式速度快，效果好，且起垫层缓冲作 用J第二，在空区与生产中段巷道相通区设 立阻波墙，阻波墙用巷道开帮，挑顶的废石 形成 渣堆 ，堆长5 ～8 J 第三 ，空 区顶 部开 天井 窗透 地表 ，地表用铁 蒺藜 拦 护。 该空区处理后2 0 余年效果可靠，未对井 下生产 设施与人员造成 任何影 响。 1 ． 2 崩落围 岩处 理空 区 1 脉为红透山矿床的主 矿 体，走 向 长 5 0 0 m，厚3 0 3 5 m，倾角7 0 ， 深度由地表至 地下 一7 l o re，矿岩坚硬稳固。 上部空区从1 9 5 8 年至1 9 7 0 年分别用浅孔 留矿法，阶段矿房法、天井水平中深孔法在 9 2 个矿块采 出地质矿量4 6 2 ． 7 万t ，矿房采空 后分期分批地用 中深孔或深孔崩落阿柱，顶 底柱共形成1 7 0 万m。 透地表 空 区 称i 7 o 空 区 。 1 7 0 空 区之下的 中段 上界标 高 - F 1 3 3 m， 下界标高 - F 7 3 m ，用 上述采 矿 法 划 分 了 1 6 个矿块 ，采 下地质 矿量B4 万 t ， 收柱后 形 成 空区3 0 ． 4 万m 。1 9 7 4 年，用尾砂， 废石、 承娓 进行胶结充 填、充填 体强度2 3 MP a ep 在 上、 中部空区之间形成6 0 m高的隔离层。 有两件事情要说明第一，隔离层形成 后 ，上部有覆 盖岩的压力 和季节性 地表水 的 作用，下部继续进行开挖，至1 9 7 9 年止，经 红谴 山镪矿 的系统垒区处理 与地压观越一壬志方 一9一 维普资讯 ’ i -L 1年观列证明隔离层基本上未向下移动，第 二，厦1 7 0 空区形成时 ， 其帮 壁 近 直 立，嗣 后，空区边帮不断坍塌片落，外 缘 渐 渐 扩 展，其速度1 ． 5 m ／ a 。自隔离层形成 后，1 7 0 空区扩展得到了控制 ，地表 形 成 盆 地。到 1 9 7 6 年盆地外缘达极大值，1 9 7 9 年观测，仍 维持着1 9 7 6 年 的情 况 。当然， 盆底难免有覆 盖岩存在，盆底标高较1 9 7 4 年有些升高，地 表汇水 由与盆底相通 的坑 道排出，根据盆 地 外缘扩展终止，帮壁坍塌得到控制，胶结隔 离层稳定等特点，矿山 地 压 组 织1 9 7 4 年～ l 9 7 9 年对红透山铜矿的岩石移动角进行了观 测，从而确定了本矿实际的岩石 错 动 角 为 8 0 。 ，较建矿期的7 5 提高T5 。 ，该岩移角测 定没有从矿体根部与地表岩移外缘连线。认 为，在急倾斜延深尺寸较大的矿体开采中， 这种连线法不能反映客观实 际 情 况。实 际 上 ，红透 山铜 矿空 区是分段 存在的，下部是 桶状陷落，上部是碗形陷落，上部崩落法处 理空区的情况见表 1。 表l上部崩落法处理空区情况 2 中部采空区处理 中部空 区指 1 3 m中段至 一4 0 7 m中段 ， 垂高 4 8 0 m的 8 个采 空区 ， 中部 采空 区共有 1 0 3 个矿块，其中 9 个采用充填法，1 O 个采用阶 段矿房法，8 4 个采用浅孔 留矿法，共采出地 质矿量8 3 4 ． 6 万 t ，形成 空 区2 7 0 ． 2 万m。 中部空区特点是随深度增加，矿岩 自重 应力场增加，松脱型地压作用明显，矿岩裂 晾，节理发育，允许暴露面积减小，空区上 盘观测结果应力条纹密集。另外 ， 从 一3 4 7 m 开始，其下进入提升竖井保安柱的范围 矿 山对保安矿柱内的矿量进行 了开采，为确 保主井的稳定性，中部空区的处理显得极为 重要，其处理有以下几种情况。 1 各中段的视在空 区与 主空区之 间 有几十米厚岩脉相隔，又系矿床末端，跨度 又小，产生围岩移动也不会对井巷和人身安 全带来太大影响，故只简单地进行隔绝，不 进行崩，充处理。 2 保安柱内矿量开采，采用随采随 充的上向尾砂分层充填法，空区随时形成， 随时充填。该采矿法的空区存在最长时间只 有 二、三个 月，从时 间上 说正好赶在 了岩体 内新的能量释放之前。从处理质量上来说杜 绝了围岩移动的外部 空区条件，因为水 力充填不同于松散介质的充填，充填料颗粒 之间较密实，充填体沉降率只有 5 。充填 体每3 m一层，其中2 ． 5 m是 尾 砂 体，另 外 0 ． 5 m 是水泥尾砂胶结体，总强度 在2 MP a 以 上。观测表明，该充填体能缩小围岩移动范 围，增大错动角5 。 左右。 3 对留矿法的采 空区及时进行充填， 具体做法是分中段 ， 由上而下对各 采空 区遥 一 充填。空区底部留2 m 厚原岩蕊子， 再往上 1 0 m高进行胶结充填， 充填体以上3 O m高进行 一 1 0 一 有色矿山 I 9 9 6 ． 维普资讯 普通尾砂充填 原岩隔子和肢结俸的作用是 保证上部尾砂体不致向下滑移，这样由上而 下的各中段充填体都处于稳定状态，可确保 对 系统空区的支撑作用 。 4 中部空区的处理最初曾在 ～1 7 0 m 留下l 2 ～1 4 m厚 的原岩顶底柱 称 1 7 0 矿柱 傲永久损失，其它充填方式照常，意欲能有 效地支撑系统空区上盘，维持空区稳定。该 支撑矿柱面积 , 3 0 0 m ，矿量2 O 余万t ， 后因矿 源紧 张，在 1 9 8 4 年 1 9 8 5 年闻经论 证认为 ， 对其矿柱的回收不影响系统空区的稳定性， 后用进路充填法回采该矿柱，至 今 已采 毕 l O 年 ，空区状况正常 。 这说 明在红透山的矿岩和空区条件下， 原岩矿柱的支撑作用并不大，而充填体对嚣 岩的控制 是超 主要作用的 。因为充 填体 虽然 不像原岩那样属于刚性支护材料，但弹塑性 较强，一旦圜岩有变形，充填体 随 之 被 压 缩，岩体中积聚的能量随时可 以释放而不会 造成不 良后果，而原岩柱支 护尺寸小，抵抗 不住来压，尺寸大损失矿量太多，所以在处 理大规模采空区时，水力克填是行之有效的 方法 。 表 2反映红透山矿随采随充的空区处理 裹2 中部空区充填法处理情况 方法，其比重 日 益增大的情况o 5 采矿方法的的影响由表2 看出， 在 一 i 0 7 m以上中段都有阶段矿房法存在， 后因 采深和地压增大，该法采用深孔爆破，震动 作用大，-不利于空区稳定而被淘汰，其后又 在一2 8 7 m中段三采搞了阶段矿房法 ， 结果上 采2 0 m 后全栗场 冒落直至上部中段，后 患很 大。故认为，超过6 0 0 m采深后， 即使矿岩 稳 定，采矿方法亦应慎重，不要采用一狡爆破 药 量大于l t 的方法 。 3 深部采空区的处理 深部采空区指 ～4 6 7 m中段至 一6 4 7 m中 段，垂高9 1 7 m至1 1 0 0 m的部分采空区。该深 部空区预计可布置矿块将近1 6 0 个， 可采地质 矿量8 4 2 ． 7 万t ，空 区 总 量 为 2 4 0万m。 ，见 表 3。 该深部空区状态一是进入了深采范围， 裹8 深部采空区状态与处理 缸适山铜矿的系统空区处理与地压现铡王志方 维普资讯 地压显现方式有明显转折，出现岩爆特征， 个 剐巷道和采场时 有清脆 的炸裂声音，并 弹 射出碎块}二是深部矿段与上中 部 明 显 不 同， 从 一4 6 7 m开始3 脉变宽， 为3 5 4 0 m，到 一 6 4 7 m，其宽度为1 5 0 m，且倾角由急到缓。 在深部地压增大的条件下，采场必须考虑跨 度问题、工人直接在顶板下作业 的 安 全 问 题，三是从一3 4 7 m至 一7 0 7 m的深部箕斗 井 压矿4 ～5 万t ，这 部分矿 量还要开采 。 根据以上特点，处理空区采取了以下措 施 ； 1 采用 了两步采 矿法 ，空 区分 一， 二期先后间隔式以小尺寸出现 上部空区尺 寸大，且一次形成，先形成一期空区胶结 充填，后形成二期空区普通尾砂充填，这种 随采随充的空区处理方式无疑是及时的和高 质量的。表 3 所给中段随深度的增加，随采 随充比例的增大情况不是最终的，困深部采 矿还 在进 行。 2 在充填体中嵌有各类不予回收的 原岩矿柱，约占 5 ～1 O ％，使总体空区框 架结构更加合理。 3 矿体 的开采顺序不 同于上部，先 采边部的窄脉，后采中间的肥厚部分，这样 空区的形成是先远后近，并进行充填，当中 间空区形成后，其上部处于卸载，而周围能 很好地承受加载柞甩，有利于总 体 地 压 稳 定 。 红避山锕矿的矿床和空区，总体上延伸 方向是连续的，但空区实际上是 分 段 处 理 的。上部第一段是开放式的，用 崩 落 法 处 理 。其下 部有 人工胶结隔离层，将整个 空区 延伸方向分隔开，形成下部第二段，第二段 在采矿方法上淘汰了深孔落矿，保留了浅孔 采矿，弓 I 入了充填法。在空区处理上淘汰了 崩落法，引入了充填法}最下的深部空区属 第三段，地压升级为岩爆型，空区形成顺序 由远而近，并分一，二期间 隔 式 出 现，胶 充、 普充间隔进行 。 随采随充采矿方法‘ 很大 比例，并留宥一定比例的原岩矿柱傲充填体 的骨架 ，这 些综 合措 施的效果 是好 的 ，它控 制了空区围岩移动，保护了主井和深部箕斗 井的稳定，基本上采出了竖井保安矿柱的矿 量鼓百万t ，对于一个深井开采的老矿 山 来 说能达到如此效果也是很少见的。 4 地 压观测 上述空区处理的关键在于稳定。 4 ． 1 地压 稳定标准 国家需保护地表建筑物、构筑物，按其 用途与允许变形后果分为 3 个级别，又将各 保 护等级对 象允许变形值做 了具体 规定 ，它 包括4 个参数，即倾斜T m／ m，最小曲 率半径 k in，水平变形8 ra m／ m 和￡ A s ram／ m，对一级保护对 象各参数分别 为2 ． 5 ，2 0 ，1 ． 5 和2 ． 0 ， 位移变形低于这个范 围即为标准稳定，高于这个范围为失稳。 在这里，主井属 明井，用凌 标 准 投 问 题，但 箕斗井属 盲井，井架在地下 ，在役 有 单独针对地下构筑物规定允许变 形 的 条 件 下，套用上述规定也是可行的。 对于地下岩体 如空区围岩，达到岩 移终止期才算稳定，岩移终止并非指岩移为 零 ，终止期指达到低于某值的岩移后， 并持续稳定一段时间，困为岩移本身和观测 或计算误差结果可能导致其值不会为。 零 ， 所 以给出一个波动范围，且此范围要稳定一 段时间。具体说， 岩休下沉移动量为5 0 m m／ a ～ 5 0 mm ／ 月时，维持半年以上 者， 便 视 为 岩移达到终止期，进入岩移终止期的岩体便 视为稳定。稳定的岩体对其上的地下工程便 不会发生影响。 4 ． 2 地表岩移观测 水准仪三级观测设两条观测线。一是沿 矿体走向7 0 勘探线的观测线， 控制点设在矿 体的西端共 5 个点，点距2 5 m 同主井 在西 端预计开采陷落带内，远离控制点还设置 基点，距控制点3 0 0 m左右 } 另一条垂直 矿体 有色矿山 1 9 6 维普资讯 走向l 4 勘探线设置观测线， 控制点设在矿休 的上盘共 7 个 点，点距同上， 距其 点2 0 Q m。 应注意的是；基点设在岩移区外，控制 点 点距要根据地形条 件确 定。 观测周期。初期为半个月，岩移平稳后 改为一个 月，一季度，现在 是半年 。 4 ． 3 井下岩移观测 主要 目的是 了解采空 区的情 况，采空 区 的处理效果，地下工程稳定情况，对地压进 行预测，预报，并长期进行科学监测。 观测线设三 条 。两 条 设 在 上 部 中 段 7 3 m和 1 3 m已充空 区边部 ， 主要 观测充填 空区上盘岩石下沉及对竖井的影 响。 7 3 m 中段设6 个测点，点距2 0 m， 其点在竖井 井底 车场， 1 3 m中段设5 个测点，点距3 0 m．基 点在井底车场 另外一条 测线设 在 一4 0 7 m中 段 采区上盘 ，并穿 过下 盎，主要是 观测 采区 上、下盘岩移情 况及对 主、副井稳定性 的影 响，共设 7个 观测点，点t 3 0 m，其 中 1个 基 点，位置 同上 。 观测周期；如空区有活动随时观测，如 活 动平稳，半年一 观测。 4 ． 4 观 测手 段 广泛进行现场调查，特别是对裂缝的走 向，长度 ，密度 要 经常观 铡， 在深度 上是 上 下各中段观测，平面上是各 川 脉，沿脉坑道 及各类硐 室的观测 。微 观观 测主要用 光弹应 力计，埋设位置在顶、底柱和矿壁中；电阻 式位移计，埋设在T 太断层处，机械式多点 位移计，安装在采区上盘的钻孔中，原岩应 力测试，在 系统空 区腰部进行 缸l彘l 锡矿的系统章匿处理与地压观l刊一王志方 这些 综合观测，对 红透 山铜矿 系统空匿 的稳定程度及时地提供了信息 l 5结 论 1 急倾斜延伸尺寸较大的矿体，在 采空区已较好充填的情况下，其围岩移动不 会从空区下界向上接错动角直达地表。这主 要是围岩移动首先从薄弱处局部开始冒落， 冒落区扩展后，岩体失去根部支撑，在其 自 重作用下沿错动角岩移。在较好充填的条件 下，空区没有发生冒落和 冒落带大规模扩展 的外部条件。故对深度大的空区，上、中、 下三部位因各有不同的岩体力学状态，采用 不 同方式 处理 。 2 采空区处理的目的之一是保护竖 井， 竖井保护又涉及到保安矿柱， 红透山铜矿 的保安矿柱不采就要美n了，所以在采矿J 瓯 序，采矿方法上要采取有利措施，采矿方法 也是 相当 重要 的。 3 在红透山铜矿空区规模大，深度 深和存在时间长的条件下，控制效果之好是 国内少见的。红透山铜矿的矿床开采 已很充 分，应该发生的岩移 已发生过了，不该发生 的已控制住了，如无大的影响 大地震， 岩穆规模不会再发展，主要井巷稳定性不会 有 问题 。 4 水力充填法处理较大规模空区， 可保岩体长期稳定，因其介质密实度高，围 岩移动的发生、发展余地很小，红透山锕矿 的岩体稳定性今后相当长的一段时间不会发 生大的变化。 责任编辑张焕臻 ～ l3 一 维普资讯