大型礦山復(fù)雜地質(zhì)條件的安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)研究

張 晨，石 強(qiáng)，沈 華

（阿拉善盟國土資源勘測規(guī)劃院，內(nèi)蒙古 阿拉善 750306）

當(dāng)前我國的大型礦山多數(shù)地質(zhì)條件都較為復(fù)雜，尤其是擁有豐富地下水資源的礦體與容易出現(xiàn)地表陷落現(xiàn)象的礦體，開采起來都比較困難，開采效率較低，存在很大安全隱患，并且開采方法與開采思路都不成體系[1]。在地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，如何在不增加礦山開采成本的前提下，安全、高效的進(jìn)行開采活動(dòng)已經(jīng)成為大型礦山開采中的重要問題。

1 大型礦山復(fù)雜地質(zhì)條件的安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)

1.1 過斷層控制

大型礦山復(fù)雜地質(zhì)條件通常會(huì)呈現(xiàn)落差較小而斷層較密的地質(zhì)狀況，通過對設(shè)備性能、技術(shù)可行性以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)進(jìn)行充分研究與比較，并綜合多種過斷層控制方法的優(yōu)點(diǎn)，決定使用強(qiáng)行過斷層的方法，即加強(qiáng)過斷層的支護(hù)來對工作面進(jìn)行開采，使開采工作面的過程中，斷層能夠擁有足夠的支撐力度[2]。在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，由于裂隙在斷層帶周圍較為發(fā)育，礦山的礦產(chǎn)分布較為破碎，開采工作面時(shí)，很容易出現(xiàn)綜采面過于突出的狀況，使工作面上出現(xiàn)端面冒頂?shù)默F(xiàn)象，對工作面的礦山開采造成影響。在綜采面的推進(jìn)過程中，斷層弱變帶破碎區(qū)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的礦體受損，并使礦體失去內(nèi)聚力，導(dǎo)致片幫現(xiàn)象的發(fā)生，從而產(chǎn)生頂板巖層冒頂現(xiàn)象。為了在綜采面推進(jìn)過程中保障工作面的安全高效開采，需要減弱甚至消除變形區(qū)的影響，降低端面冒頂現(xiàn)象發(fā)生的可能性。當(dāng)綜采面的推進(jìn)方向?yàn)閺南卤P向上盤推進(jìn)時(shí)，在斷層面距綜采面距離較遠(yuǎn)的時(shí)候開始進(jìn)行仰角爬坡，留底板、割頂板，減少綜采面在頂板受破壞區(qū)與弱變區(qū)的推進(jìn)過程中工作面的受損程度，保證大型礦山的安全高效開采[3]。當(dāng)工作面的斷層互相之間的作用關(guān)系非常復(fù)雜，并且斷層又密又多時(shí)，往往無法對礦山頂板的作用力進(jìn)行判斷，因此在開采大型礦山的過程中，必須在保障可彎曲刮板能夠正常運(yùn)行的前提下，采取挑頂爬坡的方法來推進(jìn)開采工作，從而降低斷層弱變區(qū)與頂板受破壞區(qū)對工作面產(chǎn)生的影響。

1.2 端面控制

在復(fù)雜地質(zhì)條件下的大型礦山開采中，很容易因端面控制問題而影響礦山開采的進(jìn)程與施工安全度。由于頂板自身性質(zhì)的影響與斷層的原因，導(dǎo)致端面的管理難度很大，為了實(shí)現(xiàn)大型礦山復(fù)雜地質(zhì)條件的安全高效開采，必須實(shí)現(xiàn)高效的端面控制。在開采大型礦山的過程中，需要嚴(yán)格管理并密切監(jiān)視端面的控制情況，在巷道三角點(diǎn)處與斷層頂板破碎處需要利用板梁或坑代品進(jìn)行接頂，防止端面空頂?shù)那闆r發(fā)生。當(dāng)端面發(fā)生冒落的情況時(shí)，需要利用木垛來控頂。當(dāng)端面距過大時(shí)，很容易產(chǎn)生煤壁片幫的現(xiàn)象，因此在大型礦山復(fù)雜地質(zhì)條件的開采中，必須對采高加以控制，并利用支架進(jìn)行護(hù)幫，以減少片幫的數(shù)量與面積。端面距的計(jì)算公式為：

其中，P表示端面距；a表示采高長度；l表示支架長度。

還需要借助單體液壓支柱對頂板進(jìn)行支架支撐，防止端面的冒落，加強(qiáng)端面的支撐力，保障施工過程的安全。

2 實(shí)驗(yàn)與討論

圖1 施工效率對比

為了保證本文提出的大型礦山復(fù)雜地質(zhì)條件的安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)的有效性，設(shè)計(jì)一個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，以某復(fù)雜地質(zhì)條件下的大型礦山開采工程為實(shí)驗(yàn)對象，利用安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)開展該工程前十個(gè)月的施工。為了保證實(shí)驗(yàn)的有效性，使用傳統(tǒng)大型礦山復(fù)雜地質(zhì)條件礦山開采技術(shù)與本文提出的大型礦山復(fù)雜地質(zhì)條件的安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行比較，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。利用傳統(tǒng)大型礦山復(fù)雜地質(zhì)條件礦山開采技術(shù)與大型礦山復(fù)雜地質(zhì)條件的安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)開展大型礦山開采工程施工的施工效率對比如圖1所示。

通過圖1可知，大型礦山復(fù)雜地質(zhì)條件的安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)的施工效率要高于傳統(tǒng)大型礦山復(fù)雜地質(zhì)條件礦山開采技術(shù)的施工效率，證明了該技術(shù)的有效性。

3 結(jié)語

大型礦山復(fù)雜地質(zhì)條件的安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)是一個(gè)需要兼顧施工安全與施工效率的礦山施工技術(shù)，通過多種施工方法與施工手段相結(jié)合，提高了復(fù)雜地質(zhì)條件下大型礦山的施工效率，對于確保復(fù)雜地質(zhì)條件下大型礦山的可持續(xù)發(fā)展與礦井高效高產(chǎn)開采，以及預(yù)防大型礦山施工事故具有深遠(yuǎn)的意義與指導(dǎo)作用并且具備一定的可推廣性。