宜昌夷陵區(qū)磷礦山頂板管理和采空區(qū)治理探析

李 衛(wèi)，陳廣甫，安宇琪

(宜昌市夷陵區(qū)安全生產(chǎn)執(zhí)法大隊，湖北 宜昌 443100)

宜昌夷陵區(qū)磷礦山頂板管理和采空區(qū)治理探析

李 衛(wèi)，陳廣甫，安宇琪

(宜昌市夷陵區(qū)安全生產(chǎn)執(zhí)法大隊，湖北 宜昌 443100)

針對宜昌磷礦礦山企業(yè)存在的頂板管理和采空區(qū)治理難題，結(jié)合夷陵區(qū)杉樹埡磷礦頂板管理和湖北柳樹溝丁西磷礦采空區(qū)治理實踐經(jīng)驗，從安全監(jiān)管的角度提出了制定頂板管理規(guī)程、改進采礦工藝、監(jiān)控與充填空區(qū)等綜合治理措施。實踐表明，杉樹埡磷礦和丁西磷礦近3年來頂板事故下降50%，采空區(qū)未發(fā)生大面積冒落，為同類礦山安全生產(chǎn)管理提供了借鑒范例。

磷礦礦山；頂板管理；采空區(qū)治理

宜昌磷礦為全國大型磷礦區(qū)之一，礦區(qū)主要分布在夷陵區(qū)、遠(yuǎn)安縣、興山縣3縣區(qū)交界處，礦區(qū)東西寬36 km，南北長73 km，礦區(qū)面積300 km2。累計探明地質(zhì)儲量13.4 億t，保有儲量9.53億t(P2O5平均含量23%)，占全省保有儲量的57.17%，占全國的13.36%[1-2]。主要集中于黃陵背斜東、北翼，繞背斜核部東、北緣作北西—南東向弧形分布，自南向北劃分為曉峰、交戰(zhàn)埡、鹽池河、殷家溝、桃坪河、丁家河、樟村坪、店子坪、殷家坪、栗林河、樹崆坪及董家河等12個礦區(qū)。

1 磷礦礦山頂板管理

1.1 頂板管理簡介

宜昌磷礦頂板巖石強度較高，層面節(jié)理發(fā)育,底板特別是直接底(黑色含鉀頁巖)，強度較低，易風(fēng)化、泥化[2]。磷礦頂板管理主要分為巷道頂板管理以及采場頂板管理兩大類，因其特點和功能存在明顯區(qū)別，其支護和管理要點差別較為明顯，由于巷道使用周期長，形態(tài)一致，其支護方式選擇較多。而采場具有動態(tài)性及臨時性等特點，形態(tài)多變，支護方式較為單一。巷道或采場頂板管理不當(dāng)，極易引起冒頂片幫事故。例如采場布置方式與礦床地質(zhì)條件不適應(yīng)，采場階段過高，礦塊過長，頂幫暴露面積過大，時間過長，加之頂板支護方式選擇不當(dāng)，都易導(dǎo)致冒頂事故。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：我省地下礦山冒頂片幫事故比重為40%，已成為威脅礦山安全生產(chǎn)的重要因素。因此，必須有效認(rèn)識頂板管理的重要性并做好相應(yīng)應(yīng)對措施。

1.2 應(yīng)對措施

針對宜昌磷礦實際條件，提出了以下頂板管理措施。

1) 合理選擇采礦方法

根據(jù)宜昌磷礦的地質(zhì)賦存狀況，避免在地質(zhì)構(gòu)造線、斷層、節(jié)理、層里破碎帶、泥化夾層等地質(zhì)構(gòu)造軟弱面附近布置井巷工程。合理確定相鄰兩組礦脈回采順序，嚴(yán)格控制采場暴露面積和采空區(qū)高度等技術(shù)指標(biāo)，確保采場在地應(yīng)力穩(wěn)定期間回采結(jié)束。

2) 選擇有效支護方式

對于相對穩(wěn)定暫不做處理的頂板要進行臨時支護，對于松軟破碎巖層要進行超前支護，動壓巷道應(yīng)采用噴錨與金屬網(wǎng)聯(lián)合支護方式，并進行針對性設(shè)計。圍巖穩(wěn)定性差且易變性的巷道，應(yīng)采用鋼拱架或鋼筋混凝土澆筑支護等支護方式，應(yīng)盡可能采用光面爆破等爆破，以減輕對頂板擾動影響，維持頂板穩(wěn)定性。

3) 落實敲幫問頂規(guī)程

地下礦山要針對本礦山實際情況，制定有效頂板管理規(guī)程，在錨桿支護作業(yè)過程中，應(yīng)落實“二次撬錨”作業(yè)規(guī)程以及頂板分級管理制度，同時做好頂板鑒定與分級管理工作，對確定需重點監(jiān)控的頂板區(qū)域，應(yīng)及時告知相關(guān)人員。

1.3 企業(yè)應(yīng)用實踐

湖北杉樹埡礦業(yè)有限公司杉樹埡磷礦為夷陵區(qū)第1個開采的中磷層礦山，其頂板為薄層狀泥質(zhì)白云巖，穩(wěn)固性差，礦區(qū)構(gòu)造多且次生斷層帶分布較寬，對頂板切割、擠壓破壞區(qū)域大，對該礦巷道和采礦頂板管理的研究及措施應(yīng)對具有典型性。

1.3.1 巷道頂板管理

合理選擇巷道參數(shù)和施工方法，減少對頂板的破壞，并對頂板進行事前管理。巷道參數(shù)選擇時根據(jù)巷道的功能和圍巖特點科學(xué)設(shè)計參數(shù)，沿脈巷道設(shè)計成梯形拱，而脈外巷道成三心拱，切割巷道在遇斷層之前適當(dāng)可縮窄段面尺寸。采用巷道二次開口法，即離作業(yè)面退后開口，先窄開口，再刷幫形成車場，避免巷道開口引起的頂板脫層和突然遇到構(gòu)造。易偏幫區(qū)域采用直眼掏槽光面爆破、頂板預(yù)留礦石護頂?shù)却胧＿x擇合理支護方式對頂板的事中控制。巷道支護方式為錨桿和錨網(wǎng)噴形式，復(fù)雜地段采用鋼拱架和混凝土支護或直徑89 mm的超前導(dǎo)管支護。錨桿為管縫式錨桿，長2 m，網(wǎng)片主要用直徑4 mm的鋼編網(wǎng)，即可對后期頂板加固，還可保證錨桿施工過程安全。加強對頂板的事后管理，采取對原始巷道分解到班組及安全員，每旬檢查清理一次，并對相對危險變化的區(qū)域建立重點危險源臺帳，每日檢查，或用機械臺車專業(yè)的設(shè)備進行清理，防止巷道過高引發(fā)事故。

1.3.2 采場頂板管理

采場頂板由于易受地壓影響，頂板條件較為復(fù)雜。根據(jù)已揭露的頂板信息，應(yīng)首先選擇合理的采礦方法，除應(yīng)用充填采礦外，針對頂板穩(wěn)固性好的區(qū)域，采用盤區(qū)房柱法。對于頂板差、斷層帶采取階段采礦法，通過短回采線、即打即采提高回采速度，減少頂板暴露時間。采礦方法確定后，應(yīng)科學(xué)設(shè)計礦房參數(shù)和回采通道及回采線，嚴(yán)格執(zhí)行并及時修正。采場的支護有很大的局限性，由于空場面積大且不規(guī)則，采用錨桿或錨網(wǎng)噴加錨索對采場頂板管理的辦法，可大幅提高安全可靠性。地壓對頂板的影響及控制，杉樹埡礦石強度低且頂板層狀薄，采礦過程中空區(qū)地壓對臨近采場頂板破壞較大，采用充填采礦方法，其分為干料充填和膠結(jié)充填兩種，薄礦體以干料充填為主，用干料將易碎的礦柱包裹，保證礦柱完好使其增強支撐力，減少頂板空間距離。厚礦體以膠結(jié)充填為主，采用廂式充填工藝，膠結(jié)充填面積占40%，其余用干料回填。

杉樹埡磷礦自2015年初推行新的頂板管理辦法以來，杜絕了重傷以上頂板事故，與2014年相比，2016年的輕傷、輕微傷事故起數(shù)由6起下降至3起，事故率下降了50%。

2 磷礦礦山采空區(qū)治理

2.1 采空區(qū)治理措施

采礦回采礦房初期階段為采場作業(yè)，多個采場鑿巖、出礦、清收結(jié)束，礦房回采結(jié)束后所形成的大面積空場稱為采空區(qū)。隨著時間的延續(xù)和回采的推進，頂板上覆巖層不斷跨落，壓實采空區(qū)，對未冒落的大面積采空區(qū)礦山的安全生產(chǎn)構(gòu)成重大威脅。該處頂板巖層區(qū)如大面積自然崩落，沖擊波能量巨大，不僅威脅周邊采場作業(yè)人員、機械設(shè)備的安全，還可能產(chǎn)生礦震引發(fā)地表地質(zhì)災(zāi)害，造成次生災(zāi)害，對社會影響極大。針對上述原因制定了以下采空區(qū)管理措施。

1) 準(zhǔn)確客觀掌握采空區(qū)情況

本礦井和相鄰礦井的采空區(qū)主要參數(shù)及特征應(yīng)隨生產(chǎn)情況及時進行更新，健全采掘工程平面圖和井上井下對照圖，合理布置井上、下地壓變化觀測網(wǎng)及觀測人員，并對采空區(qū)進行分類管理。采空區(qū)上方無含水層或極弱含水層，頂板堅硬整體性好，對采后長時間(8～24月)不冒落，易發(fā)生大面積垮落區(qū)域，應(yīng)進行封閉，且封閉程度應(yīng)安全可靠，符合規(guī)程要求。

2) 強化采空區(qū)監(jiān)控監(jiān)測制度

建立并嚴(yán)格執(zhí)行采空區(qū)監(jiān)測預(yù)報制度、定期巡查制度和連續(xù)觀測制度，利用信號柱，木滑尺和地壓儀等方法，定人、定時、定范圍、定職責(zé)、定措施，進行嚴(yán)密監(jiān)測，做好監(jiān)測記錄，定期對監(jiān)測結(jié)果進行分析、評估，發(fā)現(xiàn)情況及時報告并緊急處理。

3) 按設(shè)計保留保安礦柱

嚴(yán)格按設(shè)計要求留足礦柱，在地質(zhì)條件變化區(qū)域多增設(shè)礦柱，在掘巷和礦房放礦時采用控制放炮、光面爆破等措施，保護礦柱。保安礦柱一經(jīng)留設(shè)嚴(yán)禁開采。

4) 制定應(yīng)急預(yù)案并開展演練

科學(xué)制訂預(yù)防采空區(qū)事故的應(yīng)急救援預(yù)案，明確采空區(qū)災(zāi)害的發(fā)現(xiàn)、預(yù)防、處理及救援處置措施和方案，定期進行采空區(qū)應(yīng)急救援演練。發(fā)現(xiàn)采空區(qū)有塌陷征兆，要立即啟動預(yù)案，及時撤出所有井下人員和設(shè)備。

2.2 企業(yè)應(yīng)用實踐

湖北柳樹溝丁西磷礦有限公司丁西磷礦是夷陵區(qū)開采多年的老磷礦礦山企業(yè)，采空區(qū)面積較大，在實際治理過程中，從采礦工藝、監(jiān)測技術(shù)、綜合管理等方面綜合應(yīng)用施策，做到綜合治理，防治結(jié)合。

1) 采礦工藝技術(shù)

根據(jù)開采設(shè)計方案和房柱采礦法，合理確定采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，礦柱參數(shù)，根據(jù)特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)、應(yīng)力方位靈活調(diào)整礦柱位置。控制礦塊頂板最大跨度極限，根據(jù)礦體走向、傾角、中段深度適留一定厚度的間斷礦壁，緩解頂板壓力位移。制定合理中段回采順序，并根據(jù)發(fā)展趨勢及時做出調(diào)整，控制頂板應(yīng)力的變化。從采礦學(xué)的角度考慮采空區(qū)管理，改事后預(yù)防為事前預(yù)防，保證安全管理的前提下，回采一塊，冒落一塊，老頂泄壓一塊。

2) 監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)

采用多種監(jiān)測手段對采空區(qū)進行監(jiān)測，其一是利用木滑尺在新形成的采空區(qū)監(jiān)測，觀測作業(yè)區(qū)域頂板的應(yīng)力變化，頂?shù)装宄两邓俣鹊葦?shù)據(jù)，分析作業(yè)面頂板應(yīng)力的變化情況。其二是利用頂板位移電子監(jiān)測滑尺，對老采空區(qū)進行布點監(jiān)測頂板下沉量、位移變化的信息收集，通過計算機遠(yuǎn)程監(jiān)測變化情況，減少人員進入采空區(qū)的風(fēng)險。利用地音儀監(jiān)測設(shè)備，輔助監(jiān)測老頂深部巖體位移情況，建立采空區(qū)頂板位移信息數(shù)據(jù)庫，分析變化原因，變化區(qū)域，找出變化、崩落前的預(yù)兆及規(guī)律。

丁西磷礦采空區(qū)治理措施如下：

Ⅰ采區(qū)礦層厚度在2.8 m以上，斷層裂隙發(fā)育，賦存深度在150 m以下。對原南嶺磷礦時期形成的老采空區(qū)進行了封堵隔離，對新形成的采空區(qū)“邊采邊治”，使用尾渣進行充填治理，充填治理采空區(qū)面積約為45 502 m2，同時試驗?zāi)z結(jié)充填治理采空區(qū)面積2 074 m2。

Ⅱ采區(qū)為中等穩(wěn)固頂板類型，礦層平均厚度2.58 m，產(chǎn)狀平緩。沿礦層走向每水平100～120 m,利用采場內(nèi)選出的廢石充填形成隔離帶，長度沿中段方向80～100 m，寬度依礦房的寬度而定，依據(jù)礦層的高度直至結(jié)頂，將采空區(qū)劃分為(100～120 m)·xm的分散小面積單元進行治理。

治理效果：減少了冒落沖擊波帶來的危及人員的事故及引起地表的崩落和塌陷。

3) 應(yīng)用充填法采礦技術(shù)

利用廢石進行干式充填，對受力集中區(qū)域，礦房回采結(jié)束后，立即組織人員將生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢石進行干式充填，在老頂初次來壓前用充填料保護礦柱受壓不破裂，穩(wěn)定直接頂板不破壞，老頂周期來壓時，直接頂板與充填料聯(lián)合受力，老頂應(yīng)力重新分布并形成新的穩(wěn)定階段。利用廢石對采空區(qū)進行封堵隔離，一般沿中段傾角上下充填，作業(yè)面與采空區(qū)形成隔離帶，在封堵施工的過程中重視干砌與漿砌相結(jié)合，保證封堵的隔離體在5 m厚以上。能夠改變并阻止地應(yīng)力隨著回采而轉(zhuǎn)移至作業(yè)面，破壞作業(yè)面頂板完整性，進而增加安全管理難度的現(xiàn)狀，同時即使局部采空區(qū)頂板出現(xiàn)冒落，也可以起到阻擋沖擊波的作用。在回采的過程中，邊回采邊有計劃的進行隔離，在隔離采空區(qū)的同時保證了通風(fēng)巷道的完整，確保采場空氣質(zhì)量。

3 結(jié) 語

1) 部分企業(yè)在實際應(yīng)用過程中取得了較為良好的效果，杉樹埡磷礦自2015年初推行新的頂板管理辦法以來，杜絕了重傷以上頂板事故，輕傷、輕微傷事故起數(shù)與2014年相比由6起下降至3起，事故率下降了50%。

2) 丁西磷礦通過對采空區(qū)綜合治理，采空區(qū)頂板大面積冒落災(zāi)害明顯減少，防止冒落沖擊波帶來的危害事故，對控制圍巖應(yīng)力起到一定作用，地壓變化得到有效控制，通過充填體的支撐，新形成空區(qū)未發(fā)生大面積冒落。

3) 礦山安全生產(chǎn)是動態(tài)開采、有效分析并及時應(yīng)對的過程，對同類條件礦山巷道、采場頂板以及采空區(qū)的管理提供了參考，通過安全管理實現(xiàn)礦山企業(yè)效益。

[1] 王紅漢, 董小明. 磷礦礦山頂板穩(wěn)定性分級方法[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保, 2006(4): 54-56.

[2] 黃銀海, 嚴(yán)韜. 宜昌磷礦采空區(qū)治理對策探討[J]. 采礦技術(shù), 2009(6): 55-56.

An Analysis on Roof-control Management of Phosphate Mine in Yiling District of Yichang

sLI Wei, CHEN Guangfu, AN Yuqi

(YichangYilingSafetyProductionLawEnforcementBrigade,Yichang,Hubei443100,China)

Aiming at the existing roof management in Yichang phosphate mine enterprises and goaf governance problems, we have made an analysis of the roof management in Shashuya phosphate and Goaf Management experience in Hubei Liushugou Dixi Phosphate Mine. In safety supervision to develop roof management procedures, we will improve integrated management of mining technology in monitoring and filling area. Our practice shows that, in the past 3 years, the roof accidents in the area of west Liaoning Province and west of Yunnan Province have dropped by about 50%. And there is no large area caving in the goaf.

Phosphate Mine; Roof management; Goaf management

2017-04-06

李衛(wèi)(1982-)，男，湖北恩施人，工程師，研究方向：礦山監(jiān)管和研究，手機：13997732257，E-mail：lee689@163.com.

TD327.2

C

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.028