弓長嶺鐵礦崩落法開采地壓活動規律淺析

于天順，李海洋，王曾濤，谷郁偉

1.遼陽市國土資源局弓長嶺分局國土資源服務中心，遼寧 遼陽 111008

2.遼陽市國土資源勘查規劃院，遼寧 遼陽 111000

0 引言

礦產資源井下開采無論規模大小，開采時間長短，最后都會發生地壓活動，這是必然的客觀規律。地壓活動的發生發展，給安全生產帶來了一定的威脅和危害。其危害程度和開采區域的地質構造、開采方法，采空區管理等都有著密切的關系。實踐證明，不同的開采方法有不同的地壓活動規律。

1 地質概況

弓長嶺鐵礦床二礦區是前震旦紀“鞍山群”沉積變質式鐵礦床，位于弓長嶺復背斜的北翼，礦區西端以寒嶺斷層為界，東端以F1斷層為界，礦床由相互平行的六層礦體組成（如圖1所示）。礦石類型主要為磁鐵石英巖，其中貧礦結構致密堅硬，抗壓能力強，抗壓強度為120MPa～260MPa。富礦分為平爐礦和高爐礦，抗壓強度為124MPa～170MPa。弓長嶺鐵礦床二礦區地質構造復雜，斷層種類繁多，生成的時間也不同，礦床的西北端及東南端被大的橫斷層切削，礦床內橫斷層也特別發育，西北端寒嶺橫斷層與復背斜西部第一大橫斷層其走向為北東，近于直立，引起礦體錯動，但是對采準工程破壞性不大。

走向斷層的走向與礦體的走向是一致的，尤其是走向逆斷層沿礦體一側通過，在斷層帶影響的范圍內，分布有廣泛的蝕變巖與礦石富化現象，走向斷層帶寬度一般為0.05m～5.0m，是礦液上升的良好通道，特別是富礦體內“亮滑鐵”，結構松脆，對采準工程穩固性，影響較大，巷道易于冒落。

圖1 二礦區各層鐵礦及近況圍巖層序圖

圖2 節理玫瑰圖和節理水平投影圖

弓長嶺鐵礦床二礦區共分3個采區即西北采區、中央區、東南區。中央區深井部位回采的礦體是Fe6、Fe5、Fe4三層礦體，其中第六鐵礦層是規模最大的富礦體、第五鐵礦層為高爐礦、第四鐵礦層為貧礦體；第四鐵礦層與第六鐵礦層同時進行回采，兩層礦體之間的巖石為綠泥類的蝕變巖和角閃巖。并且礦體和圍巖受構造影響，其節理非常發育，尤其NE67-NE64 NE3和Nw355，Nw347較為突出，由于這兩組節理的存在，受巖礦層面和水平節理的影響，非常易于冒頂和松脫掉塊，給安全生產帶來較大危害，常因此冒頂傷人（如圖2所示）。

2 崩落法開采地壓活動規律淺析

采用無底柱分段崩落開采傾斜和急傾斜礦體時地壓活動基本規律具依受力橢球體可以分3個組成部分：礦塊底部結構地壓顯現基本規律；圍巖崩落基本規律；礦體下部壓力增加的基本規律。現分別加以闡述。

2.1 礦塊底部結構上的地壓顯現基本規律

由于弓長嶺鐵礦采用無底柱崩落法開采，所以這里從略。

2.2 圍巖崩落的基本規律

應用崩落法開采傾斜和急傾斜礦體時，隨著崩落礦石的放出，圍巖就逐漸崩落塌陷，首先是上部巖石，以圓拱的形式向上冒落，且拱頂偏向上盤（也就是沿著最大下沉角向上冒，弓長嶺鐵礦最大下沉角為85°），待其達到地表，拱頂四周巖石向下滑落，形成一個崩落的楔形體，并隨著開采深度的增加楔形體逐漸下滑，形成陷落帶。

由于回采階段不斷下降，致使上下盤圍巖失去支撐，并以棱柱體形式向礦體方向滑動。棱柱體內雖有裂縫，但仍是一個完整體。在地表發生多條裂縫（這些裂縫受其地質構造面控制），并形成下沉臺階。

地表這些裂縫都是沿原走向逆斷層和斜交走向斷層開裂，巖石崩落角隨著開采深度的增加而逐漸減小，下盤圍巖到一定深度后停止崩落，而上盤圍巖一直崩落到和巖石內摩擦角相等或更大些才停止崩落,此時稱為臨界崩落深度,再往深部崩落角反而變陡，并只發生冒落拱，其冒落高度達不到地表。

由于崩落礦石和圍巖自重的作用及上下盤滑動棱柱體的綜合作用，再加此區域地段構造復雜，在綠泥片巖中還有透鏡體這些都近于散體狀態，極易產生松脫冒落。在已掘13萬延米的采準巷道中，現已有1.3萬延米巷道發生了冒落現象，嚴重影響回采工作正常進行。

2.3 礦體下部壓力增加的基本規律。

采用崩落法開采的礦山，當開采深度大于300m～400m時，在回采工作面影響范圍內，位于下盤巖石靠近礦體的沿脈巷道就會遭到破壞，是因為下盤巖石不僅受崩落礦石重力作用，而且還要承受上盤滑動棱柱體經崩落的礦石和巖石傳遞到下盤圍巖壓力，發生應力集中，在這種情況下，應將運輸巷道布置在離礦體稍遠些，以避開支撐壓力區，離礦體的距離，應根據實際經驗，或用實測方法來解決。弓長嶺鐵礦目前-100m～-160m間的沿脈巷道，恰好布置在應力集中區內，但也有的布置在Fe4層鐵中，該鐵礦層寬度和巷道寬度相等，由于上下盤應力集中和巷道兩角剪應大，又因為Fe5和圍巖接觸為斷層接觸，因此，產生冒頂和沿Fe5鐵礦層下滑。例如井下-100m六號井附近下盤巷道，由于上盤滑動棱柱體的擠壓作用，使該巷道呈三角形，最后被擠壓崩落碎塊充填巷道，使巷道遭到破壞。

3 結論

本文結合弓長嶺井下鐵礦中央區無底柱分段崩落法開采地壓活動，通過巖石力學分析，并結合該礦多次發生大型地壓活動現象，分析探索了弓長嶺鐵礦地壓活動規律，通過采取技術措施和各種管理手段，有效地控制了地壓活動，總結了弓長嶺鐵礦崩落法采礦的地壓活動規律。

[1]程裕淇.中國區域地質概論[M].北京：地質出版社，1994.

[2]張湖.遼寧寒嶺斷裂的晚期活動[D].中科院地質所和國家地震局地質所.前寒武紀論文集[C].北京：地質出版社，1982：65-75.