Ⅴ膏組開采工藝及頂板支護實踐

周立強　孫　波　張振亭　孫忠勝

(1.沈煤(集團)工程設計有限公司;2.沈焦公司紅陽三礦；3.沈煤(集團)遼陽石膏礦)

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Ⅴ膏組開采工藝及頂板支護實踐

周立強1孫波2張振亭3孫忠勝3

(1.沈煤(集團)工程設計有限公司;2.沈焦公司紅陽三礦；3.沈煤(集團)遼陽石膏礦)

摘要榮官地區石膏礦初期Ⅴ膏組采用房柱法開采，等強錨桿支護頂板，由于節理、裂隙發育，經常出現頂板冒落事故。通過采用錨桿鋼帶聯合支護方法，使回采工作面頂板圍巖穩定性得到有效控制，為安全生產提供了保障。

關鍵詞房柱法礦房跨度礦柱密度錨桿鋼帶聯合支護

遼陽榮官地區石膏礦開采Ⅴ膏組，V膏呈層狀賦存于下寒武統堿廠組，膏層最大厚度為5 m，最小為2.5 m，平均為4 m，塊狀構造，灰白色，硬度f=2～4，密度為2.6 t/m3。Ⅴ膏直接頂為10 m厚的石灰巖，其下部為0.7～1.3 m厚薄層狀泥質灰巖，比較破碎；上部為6.1 m厚灰黑色細碎屑灰巖，具有沖刷面；底板為5.5 m厚鮞狀、細碎屑狀黑灰色白云質灰巖，堅硬，層理、節理均發育。

1采礦方法選擇

采礦方法選擇對礦井的安全生產、勞動效率、采出礦石質量、采礦成本以及對礦產資源回收等有直接影響[1]。井田大部分位于村莊下，地表不允許塌陷。因此，采用房柱法開采。根據礦體產狀，沿走向劃分礦塊，礦房的長軸沿礦體的傾斜方向布置，礦房沿走向前進開采，礦房間用連續礦柱支撐頂板。

2采場構成要素

2.1工作面長度

合理的工作面長度是實現高產、高效的重要條件，根據膏層賦存條件、頂板狀況及經濟技術因素，確保巷道掘進率適中、噸膏費用最低，并能充分發揮設備效率，以此確定經濟上最佳的工作面長度。因膏層平均厚4 m，采用爆破落膏，分層開采，2DJP-55型耙礦絞車出礦，同時由于支護、開幫放頂工作量大，工作面過長勢必影響推進速度，頂板管理難以控制，因此,確定工作面長度為70 m。

2.2礦房跨度

將采場頂板假設為固定梁，應用材料力學理論,根據巖梁假說，推導計算頂板最大允許跨度，經驗公式為

(1)

式中,Ls為安全跨距，m；h為巖梁厚度，取22 m；RT為巖石抗拉強度，3.55 MPa；n為巖石橫向斷裂安全系數，取6；q為巖梁載荷，q=Hγ=15.86 MPa，H為上部巖石的深度，取610 m，γ為巖石容重，26 kN/m3。

計算得出Ls=6 m。綜合考慮頂板實際狀況等因素，確定礦房采寬為6 m。

2.3礦柱寬度

根據經驗公式

(2)

(3)

式中,a為留設礦柱寬度，m；b為采寬，6 m;S為因留設條帶狀礦柱而造成的損失率；γ為上部巖石的平均容重，26 kN/m3；H為開采深度，610 m；Rc為石膏允許抗壓強度，32 MPa。

計算得出S≥0.495 625，a=5.896 m。考慮Ⅴ膏組開采時礦房兩幫片幫后預留礦柱寬度減小的實際情況，取礦柱寬度為6 m。

綜合以上分析，確定礦塊斜長為70 m，階段垂高為14.5 m，礦房采寬為6 m，礦柱寬6 m，采6 m留6 m，上下區段平巷護巷膏柱寬2.5～3 m，不留護底層。

3采準切割

礦房采用走向前進房柱法，根據圍巖穩定程度，利于布置采掘機械設備；區段運輸巷道斷面為三心拱，巷道寬3 m，高2.8 m，掘進斷面積為8 m2。在膏層內沿Ⅴ膏組底板掘進上、下區段平巷，坡度為3‰；運輸、回風巷道形成后，沿傾向抓底板每12 m掘進一條開切巷，開切眼規格寬2 m，高2.2 m，開切巷貫通后形成通風、生產系統；開切眼貫通后，沿切眼法距方向每5～8 m往頂板打探眼，打到頂板灰黑色條帶狀泥質灰巖后停鉆，確定膏層厚度，然后依據膏層厚度確定開采方式。

4回采工藝

因開采高度在3～5 m，局部最大采高有時大于5 m，當開采高度約3 m時，一次采全高。當采高在4～5 m時，上、下分層開采。

一次采全高方式開采：劈幫時從礦房下部開始，先開缺口形成臺階，臺階交錯式布置，由下向上推進，工作面沿切眼中心兩側各形成3個臺階，劈幫高度為3 m，寬0.7～0.8 m，鉛垂方向打5個炮眼，沿膏層頂板布置2個壓頂眼，炮眼深3 m。兩幫同時推進，臺階錯距為5 m。

分層開采：下分層厚2.8～3.2 m，采用劈幫開采；上分層厚1.7～2 m，采用壓頂開采。開采下分層后的空間高度約3 m，開采上分層壓頂后的空間高度(巖石破碎后體積增加)不至于將迎頭(未放頂的膏層)堵實而影響行人、通風。劈幫采用交錯式臺階布置，由下向上推進，工作面沿切眼中心兩側各形成3個臺階，劈幫高度為2.8～3.2 m，寬0.6～0.7 m，鉛垂方向打5個炮眼，深3 m，兩幫同時推進，臺階錯距為5 m。開采上分層時采用下行開采，由上而下推進，壓頂打雙層炮眼，上層炮眼采用單段空氣柱方式爆破，眼深2.5 m，眼距為0.8 m，每小班2個循環。為保證礦柱及頂板的穩定性，要求在布置幫眼和壓頂炮眼時必須采用單段空氣柱裝藥結構，使爆破后的巖面平整、光滑。

每個工作面配備一臺2DZP-55型耙礦絞車運搬礦石，礦房下部設簸箕口，將礦石裝入運輸平巷的固定式礦車內，出礦能力為80 t/班。

5頂板管理

礦房之間采用留設連續礦柱方式控制頂板，由于V膏組直接頂下部為0.7～1.3 m厚的薄層狀泥質灰巖，頂板比較破碎，因此，采用錨桿鋼帶聯合支護頂板。局部區域如需加強支護可按實際情況加密錨桿或加掛金屬網。

5.1支護參數

礦房頂板錨桿支護密度根據公式

(4)

式中，n為礦房內沿走向每排錨桿數量，根；M為易脫落巖層(膏層)厚度，1.3 m；L為易脫落巖層(膏層)寬度，6 m；B為錨桿傾斜排距，1.2 m；γ為易脫落巖層(膏層)容重，27 kN/m3；K為安全系數,1.5；t為單根錨桿錨固力，100 kN。

計算得出每排錨桿數量n=3.8根，取4根。

支護參數：錨桿規格為φ22 mm×2 000 mm，錨固劑為500 mm樹脂藥卷，托盤為100 mm×100 mm×5 mm鋼板，采用等強螺母；鋼帶規格為φ10 mm×80 mm×1 200 mm；金屬網規格為5 m×1 m；錨桿與頂板按75°～90°打設。

5.2支護驗算

根據公式

(5)

式中，G為錨桿所吊巖石重力，kN；M為易脫落巖層(膏層)厚度，1.3 m；L為最大支護寬度，1.2 m；B為錨桿排距，1.2 m；α為巖層傾角，13°；γ為易脫落巖層(膏層)容重，27 kN/m3。

計算得出錨桿所吊巖石重力G=50.6 kN<100 kN，滿足要求。

錨桿尾端外露長度不得大于50 mm；藥卷攪拌時間嚴格按說明書操作；藥卷攪拌均勻，初凝3 min后撤下鑿巖機。Ⅴ膏組頂板錨桿鋼帶聯合支護見圖1。

圖1　Ⅴ膏組頂板錨桿鋼帶聯合支護示意(單位：mm)

5.3支護效果

樹脂錨固劑強度增長快，30min后可達到最終強度的65%～90%，最終強度為120MPa。采用樹脂錨桿，錨固力可達100kN，具有承載快、錨固力大、可靠性強等優點。回采礦房支護后頂板雖然有一定的破碎下沉，但仍然保持完整穩定，起到了加固頂板的作用。如頂板受力破碎面積深度不大時，無需重新打設錨桿，可直接擰緊螺母繼續使用，不會降低錨固力，減少了人工、材料等消耗。采用廢舊鋼絲繩制作鋼帶，可滿足生產需要，而且降低材料成本，每年可以節省材料費35萬元。因此，采用等強錨桿鋼帶聯合支護具有工序簡單、施工方便、勞動強度小、成本節省等優點。

6結語

Ⅴ膏組采用房柱法開采，一次采全高與分層開采相結合，出礦能力強，效率高，采用等強錨桿與鋼帶聯合支護方式管理頂板，可有效控制回采工作面的頂板變形、位移和裂隙的發展，增加頂板的穩定性、安全性和可靠性，從而為深部石膏礦床和中厚層石膏開采工藝和頂板管理積累了可靠的經驗。

參考文獻

[1]徐永圻.采礦學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2005.

(收稿日期2015-11-04)

周立強(1970—)，男，主任，工程師，110122 遼寧省沈陽市沈北新區。