組合鑿巖嗣后充填采礦法采場地壓管理實踐

邵明偉，徐要森，姜 鳳

（1.紫金礦業建設有限公司，福建 廈門 361000；2.多寶山銅業股份有限公司，黑龍江 嫩江 161400)

黃牛嶺鐵礦-140m至-210m中段為目前黃牛嶺鐵礦主采中段，主采中段下部為-280m至-210m中段的采空區，并且已經充填完畢、但是充填體未接頂至主采中段的底板，導致頂板全暴露，另外空區暴露面積大、空區空置時間長、巖石條件較差的采場地壓活動更加明顯。-140m中段鑿巖巷道內普遍存在不同程度的地壓活動現象或跡象，鑿巖巷道頂板3m-8m范圍內地壓活動相對明顯，嚴重影響黃牛嶺鐵礦安全生產。

1 組合鑿巖嗣后充填采礦法簡介

黃牛嶺鐵礦采用組合鑿巖嗣后充填采礦法，-280m中段高度為70m，礦房下部23m采用上向扇形中深孔爆破落礦，上部47米采用深孔爆破落礦，鏟運機在礦房底部集中出礦，即采用組合鑿巖嗣后充填采礦方法采礦，組合鑿巖嗣后充填采礦方法參見圖1。

圖1 組合鑿巖嗣后充填采礦方法圖

組合鑿巖嗣后充填采礦方法要求在礦房底部進行中深孔鑿巖、中深孔裝藥爆破落礦、鏟運機出礦等工作。-140m中段頂部是組合鑿巖嗣后充填采礦法礦房的鑿巖硐室，用于深孔鑿巖作業，鑿巖硐室布置圖見圖2。

圖2 上部鑿巖硐室布置圖

2 采場主要地壓活動現狀及原因分析

2.1 采場的地壓活動范圍主要集中在-140m中段采場底部區

黃牛嶺鐵礦-140m中段下部中段為-210m中段，該分段采用組合鑿巖嗣后充填采礦方法開采，是黃牛嶺鐵礦的首采中段。由于當時充填站建設滯后于采礦生產，充填能力不足，導致-210m中段大量礦房回采后未能及時充填，形成空區的礦房擱置時間長達1年至4年。由于空頂面積大，加之爆破震動、地下水等因素的影響，因此地壓活動頻繁，大量礦房頂幫坍塌冒落。

2.2 礦巖條件較差的地域地壓活動相對明顯

黃牛嶺鐵礦床為泰山巖群山草峪組黑云變粒巖、黑云角閃片巖，巖石硬度系數f=7～18；礦體巖石為磁鐵角閃石英巖，礦石硬度系數f=7～12。礦體頂板及礦體巖石質量指標RQD值平均83%，巖體完整性中等。礦體底板巖石質量指標RQD值平均84%，巖體較完整，穩定性較好，坑道掘進一般不需要支護。但由于位于礦體上盤有一層黑云角閃片巖，巖體中等完整，局部較破碎，片理較發育，易造成坑道片幫現象。現場揭露情況也發現部分礦房節理較為發育，暴露后在爆破震動等外界因素的影響下，巖體容易順著節理面張開與拆斷，局部產生冒落等失穩現象。

2.3 同一中段內，后期回采的礦房地壓活動更明顯

礦房爆破后形成的采空區采用廢石與尾砂非膠結充填，由于非膠結充填體屬于松散狀態，不僅限制巖移能力差，而且充填后一段時間存在自然沉降，同時在較大空區內受外力的作用下不可避免會產生蠕動。充填的蠕動對周邊充填體及圍巖容易較為明顯的次生應力，次生應力的作用加劇了區域地壓活動。

3 采場地壓活動控制方法

3.1 及時采用膠結尾砂充實采場底部空置空區

（1）對尚未充填的礦房，及時用水泥：尾沙為1∶12至20的膠結尾砂充實采場底部空置空區，減小空頂面積和空區體積。

（2）對于已充填的礦房，空頂面積大的。①空頂面積大于1000m2且空頂高度大于10m，施工澆筑混凝土充填擋墻將空區全部封閉，在上水平鉆鑿充填鉆孔，利用充填鉆孔對整個空區進行膠結充填。②800m2≦S空頂面積≦1000m2且空頂高度小于10m，在礦房下部中段鑿巖道口兩側堆砌圍堰膠結充填接頂。

3.2 加強采場底部出礦巷工程支護和采場生產期的維護工作

采用錨桿、錨網、錨網噴、錨索、澆砌砼墻砼柱等支護形式進行支護。

（1）對于頂幫局部破碎的情況，采用錨桿、錨桿加金屬網、錨桿加金屬網加噴砼等支護形式進行支護。

（2）對于空頂面積大的情況，主要采用對空區進行圍堰膠結充填的辦法使空區的空頂面積減小，輔之以錨、網、噴、錨索（4m至6m長）、液壓支柱等形式的支護。

（3）對于空頂面積大、存在斷層破碎帶、頂板及礦柱有大面積垮塌的情況，除采用（1）、（2）中的辦法進行控制外，再采用支模澆筑混凝土墩（柱）支撐的辦法進行支護。

3.3 合理調整礦房回采順序

（1）采取由礦體中央向兩翼的回采順序。采取由礦體中央向兩翼的回采順序，有利于采空區形成拱形或似拱形狀，也有利于在開采過程中應力逐漸向兩翼轉移而不產生明顯的應力集中，降低區域的地壓活動。

（2）采取優先回采礦巖條件差的采場。巖石條件差構造發育，尤其是斷裂與層間弱面構造是造成地壓活動的一個主要因素。斷裂構造不僅使得原巖應力轉移，引起局部巖體應力集中；而且巖體本身被切割，也破壞了巖體的完整性，使巖體的承載能力下降。

3.4 推進減震爆破

黃牛嶺采場相對密集、生產規模大，采場崩礦量大、頻次高，應避免采場崩礦同時進行，盡可能拉長采場間隔崩礦時間；同時控制同次和同段爆破的規模和炸藥量，適當加大雷管段差，避免爆破效能的疊加，以降低爆破作業對周邊的影響。

3.5 合理留設永久礦柱和臨時礦柱

就黃牛嶺采區實際考慮，加大采場永久間柱厚度，或留部分采場暫時不采，并在-270m水平設置階段礦柱。即采場間柱由原來的6m～8m調整到8m～10m，-140m中段部分風險較大采場暫時不采，兼作支撐礦柱；同時在-270m水平下方設置厚20m連續或不連續的階段隔離礦柱，以削弱下部中段地壓活動對上中段的影響。

3.6 建立地壓監測系統

建立采區地壓活動的日常監測系統，及時掌握地壓活動的變化情況，以及時并具針對性地采取措施，防止地壓災害的發生。

基于黃牛嶺采區的巖性和開采特點，主要是以監測巖體位移為主，即采取應力和位移相結合方式進行。位移的測試方式可采取滑尺和全占儀進行。單一的木滑尺是測試某一點的位移，要求布設在采場進出口巖體完整性完好的地段；而全占儀布點監測一個區域內的位移，可布設在采場底部空區密集的周邊，測試的周期可根據礦區的實際而定，一天一測，并建立地壓監測臺帳。

表1 采場風險等級劃分標準及控制措施表

3.7 加強充填采場濾水與采區的排水管理

地壓活動顯現與水關系密切，地下水引起地壓活動的主要原因有：一是水能軟化斷層、節理中的泥質物，降低巖體的C、Φ值，從而降低抗載能力；二是斷裂結構充滿水后會產生靜壓，使巖層間的摩擦阻力降低，容易發生坍塌和巖移；三是地下水的滲流作用還會沖刷巖層間的泥質物和碎石，加大巖體間隙破壞巖體的完整性，使巖體容易失穩；四是加劇風化巖體的作用，同時侵蝕地下工程支護物體，從而降低圍巖與支護物的強度。

因此，水的作用不僅削弱了巖體與支護體的強度，而且還激活了區域的地壓活動。

黃牛嶺鐵礦坑內涌水主要來源于采空區尾砂充填的富余水，首先加強充填采場排水，完善采場濾水排水設施，其次要加強采場以外水的管理，修復各中段主要巷道及排水溝，并定時進行清理，保證水溝的暢通，盡可能不造成井下積水現象。

3.8 對采場底部冒落高度大或極其破碎的情況，采用全中段深孔側向崩礦的方法進行回采

由于-140m水平部分采場冒落高度大或頂板極其破碎，組合鑿巖嗣后充填采礦方法需要在采場底部進行中深孔鑿巖、裝藥爆破、支護等工作，無法保證安全生產，為確保安全可將組合鑿巖嗣后充填采礦方法改進為全中段深孔側向崩礦采礦法。

該方法采用KQG-150高氣壓環形潛孔鉆機在采場上部鑿巖硐室內鉆鑿70m全中段深孔，深孔孔徑有Φ115mm和Φ165mm兩種；孔徑Φ115mm炮孔采用連續裝藥結構、孔徑Φ165mm采用間隔裝藥結構，使用的炸藥有粉狀乳化炸藥、膨化硝銨炸藥、改性銨油炸藥等，炮孔內敷設導爆索，毫秒導爆管雷管起爆，單孔單響。

4 建立采場地壓進行風險分級管理表

地壓活動是有規律性的，是可以認識的，也可以控制的。因此，應加強礦山管理與施工人員對地壓的認識，尤其是一線管理、設計和施工人員的礦山地壓的認識。以形成從設計到施工等各個環節來控制地壓，從源頭上以控制地壓，形成由事后處理為主轉為事前控制為主，由被動變主動的格局，使地壓活動所造成的危害減小到最低程度。

為便于地壓管理，根據現場地壓活動情況，按風險程度由高到低將采場劃分為一、二、三、四共四個風險等級，對不同的風險等級制定相應的地壓管理措施，然后根據各采場地壓風險等級、地壓治理的輕重緩急、生產計劃等，制定地壓管理實施方案。

采場風險等級采取動態劃分，根據現場地壓活動情況每月進行更新，較高風險等級的采場經過充填或支護等治理后，經評估可以降為較低風險等級，較低風險等級的采場出現劇烈地壓活動時也將及時將其調整為高風險等級，根據以上原則和工程實踐，建立了采場風險等級劃分標準及控制措施表。

5 結論

（1）嗣后充填采礦法及時充填接頂是控制地壓顯現的重要手段。

（2）地壓顯現的礦房應采用多種措施進行治理。

（3）根據工程實踐，建立的采場風險等級劃分標準及控制措施表，此表能夠很好的治理采場地壓顯現。

（4）地壓顯現是有規律的，是可以認識和治理的。