弓長嶺鐵礦崩落法開采地壓活動規律淺析及開采對策研究

張令非

摘 要：采礦工程中地壓活動的產生與發展，會給安全生產帶來了一定的威脅和危害，因此加強對地壓活動規律的研究對礦山安全高效生產具有重要意義。該文基于弓長嶺鐵礦開采現狀，結合礦山開采實際與管理經驗，對弓長嶺鐵礦崩落法開采地壓活動規律進行了分析研究，總結了圍巖崩落的基本規律與礦體下部巖力增加的基本規律，同時對弓長嶺鐵礦目前開采存在的問題展開思考，提出相應對策，以期為弓長嶺鐵礦安全高效開采提供指導。

關鍵詞：崩落法采礦 地壓活動規律 開采對策

中圖分類號：TD861.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（b）-0042-03

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[1-6]。實踐證明，不同的開采方法有不同的地壓活動規律。

弓長嶺井下鐵礦中央區深井從1956—1969年曾經發生過4次大規模的地壓活動。其中第一次發生于1956年8月20日，以原通硐區+100 m水平113號采場為中心，擴散到180～-60 m水平，各中段沿走向范圍214～365 m。歷經20天，停產半年之久，造成1號盲豎井因天輪破壞而報廢；第二次發生于1958年6月14日，比第一次地壓活動沿走向擴大100 m，沿傾斜延伸兩個中斷，由于這兩次地壓活動的發生、發展，損失礦量1 160萬t富礦。20 m水平以上各中斷相繼冒頂封閉，并導致采礦方法由充填法改為留礦法；第三次發生于1963年8月19日，后臺180 m的主風扇陷入采空區，給國家造成20萬的經濟損失，并切斷了運輸系統和通風系統，被迫重掘運輸巷道530 m；第四次發生于1969年8月份，后臺三井180 m，150 m，120 m，90 m四個中斷，03、05、07、09、11五個采場，因第六層鐵礦體與第四層鐵礦體之間為綠泥片巖夾層較薄（局部僅2～3 m），且第六層鐵礦與第四層鐵礦均已采空，因采空后失去穩定后倒塌，造成上述各中斷巷道局部冒頂，導致停產一個月，損失礦量20萬t，重掘巷道100余米。

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120～260 MPa。富礦分為平爐礦和高爐礦，抗壓強度為124～170 MPa。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。

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。對于礦塊底部結構地壓顯現基本規律該文不做討論，只闡述后兩者規律。

2.1 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，如圖2所示。

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，如圖3所示。上盤圍巖崩落一般比回采水平滯后1～2個階段，通常上盤圍巖崩落角在40°以上，下盤在45°以上，礦體兩端在80°左右，如圖4所示。

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，再加上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。

2.2 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300～400 m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。

3 開采對策研究

鑒于目前弓長嶺鐵礦崩落法開采的實際問題，該文認為亟待解決的技術措施有以下幾方面。

3.1 運輸巷道、設備井、聚礦井位置的合理布置

（1）對應力集中的寬度應進行實測，以保證以上井巷布置在礦體下盤應力集中區以外。

（2）以上井巷位置不應選擇在構造復雜的地帶（即斷層交匯的地點）。這些地點應力易于聚中，也容易釋放。原來有些井巷位置布置在斷層的交匯處，如六井和七井原3 m×3 m規格現在已達 6 m×6 m規格；又如-100～-160 m井巷位置雖木已成舟，但對 -220～-360 m還是有益的。

（3）下盤運輸巷道布置在Fe5層鐵礦體中不合理。Fe5層礦體寬度和巷道寬基本一致，根據巷道應力分布曲線可知，巷道兩角剪應力為最大，因此，最容易沿層面和斷面下滑，這就給地壓活動和冒頂創造了方便的客觀條件。

總之，使用崩落法開采方法的礦井，在選擇井巷位置時，絕不能只圖運輸距離近的便宜，從而造成高昂的巷道維護費用，或縮短使用壽命的弊病，這是百害無一利的。

3.2 加強采準工程允許暴露時間研究

-100～-160 m的采準工程掘進時間過長，有的竟達到10年之久，由于暴露時間過長，因此，巷道發生了變形，甚至冒頂封閉巷道，破壞非常嚴重，給今后的開采帶來了很大的困難，甚至無法回采。所以，要加強采準工程允許暴露時間，正確處理采準和回采在時間和空間銜接關系，以有利于今后的開采。

3.3 確定合理的開采順序

對于-160 m崩落法開采，究竟采用前進式開采，還是后退式開采，或從最危險不穩定的地區先采，這些問題應做進一步深入研究。

3.4 加強井巷安全維護措施研究

（1）目前巷道支護方式包括噴錨支護、混凝土支護等。弓長嶺鐵礦只采用打灰方式支護，因此對于支護方式應進一步深入研究。

（2）在合理的時間進行井巷支護，這是一個很關鍵的問題。要做到安全可靠、經濟合理的支護，應對井巷變形加強監測并在變形前進行支護，以確保支護的有效性。

4 結語

該文基于弓長嶺鐵礦開采現狀，結合礦山開采實際與管理經驗，對弓長嶺鐵礦崩落法開采地壓活動規律進行了分析研究，并針對目前弓長嶺鐵礦崩落法開采的實際問題，提出了技術措施。

參考文獻

[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[C]//中科院地質所和國家地震局地質所.前寒武紀論文集.北京：地質出版社，1982：65-75.

[3] 祥麟，崔文元，王時麟，等.冀東前寒武紀鐵礦地質[M].河北科學技術出版社，1985.

[4] 周世泰.鞍山-本溪地區條帶狀鐵礦地質[M].地質出版社，1994.

[5] 劉景山，王洪勇，鄭飛.紅透山銅礦深部地壓監測方法研究[J].有色礦冶，2010，26（5）：10-12.

[6] 郭璋.巷道沖擊地壓防治技術實踐[J].山東煤炭科技，2010（5）：143-144.