黃道欽

(廣西華錫集團股份有限公司銅坑礦, 廣西 南丹縣 547207)

廣西華錫集團銅坑礦是一座有三十多年開采歷史的有色金屬大型地下礦山，開采的“三大礦體”自上而下依次為細脈帶礦、91#礦體和92#礦體。由于多年對“三大礦體”的開采，目前尚存眾多大小不一的采空區(qū)，組成復(fù)雜的空區(qū)群，導(dǎo)致井下圍巖應(yīng)力分布復(fù)雜多變，留下大量破碎難采的礦柱群和周圍礦體，地壓控制極為困難，嚴重影響了礦山安全生產(chǎn)。近年來，經(jīng)過對大量采空區(qū)的治理，銅坑礦井下地壓活動趨于平緩。根據(jù)礦山生產(chǎn)需要，近期加快了各區(qū)域復(fù)雜難采殘留礦體的回采，但由于受前期地壓活動破壞影響，92#礦體礦柱群Ⅱ采區(qū)及附近區(qū)域的大部分礦柱呈破碎狀況，造成Ⅱ采區(qū)回采在生產(chǎn)施工和安全管理上存在相當(dāng)大的難度。鑒于92#礦體礦柱群破碎難采的復(fù)雜性，有必要加強地壓監(jiān)控和災(zāi)害預(yù)防工作。

1 Ⅱ采區(qū)巷道沉降破壞的主要原因

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

采準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，層理、節(jié)理及裂隙較發(fā)育，地層為灰-灰黑色薄-中層狀硅質(zhì)巖，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、條帶及致密塊狀構(gòu)造。礦體厚大、連續(xù)性好，礦體產(chǎn)狀為北高南低。

1.2 巖石性質(zhì)

92#礦體礦柱群Ⅱ采區(qū)礦體垂直標(biāo)高為505～405 m，礦體平均厚度為54 m左右。礦體頂板南高北低，即由南往北傾伏，傾角為28°左右。礦體分布為頂、底部兩部分：頂部474～505 m為91#礦體，呈層狀分布，礦體薄，圍巖為小扁豆灰?guī)r；底部礦體為405～470 m之間的92#礦體，呈現(xiàn)條帶狀分布，硅質(zhì)巖夾石嵌入較多，圍巖相對穩(wěn)固。91#礦體與92#礦體之間的部分隔離的圍巖為寬條帶灰?guī)r及泥灰?guī)r，巖層裂隙發(fā)育，整體穩(wěn)定性差，自承能力弱。

1.3 采區(qū)分布特點

Ⅱ采區(qū)整體處于91#礦體與92#礦體開采巖層移動線上，也是兩個礦體間尚存的未開采的礦柱，在礦體分布上處于非常重要的位置，采區(qū)周邊多為采空區(qū)和垮落帶。采區(qū)東面為已垮通地表的T110-T111采空區(qū)；北面為R3采空區(qū)和92#礦體礦柱群Ⅰ采區(qū)；西面為地壓破壞較嚴重T503采空區(qū)；南面為T310采空區(qū)。因受采空區(qū)和地壓破壞影響，Ⅱ采區(qū)494 m西端唯一進路破碎嚴重，由于多年的壓應(yīng)力集中破壞和周邊回采擾動，上覆巖層的壓力向下傳遞，該區(qū)域主要以巷道塑性沉降、底臌開裂等破壞形式發(fā)展。

2 巷道沉降監(jiān)測規(guī)范要求與適用方法

(1) 巷道沉降規(guī)范與測量儀器的精度要求。沉降規(guī)范遵循國家及礦山井巷工程測量有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。井下水準(zhǔn)測量分為兩級：I級水準(zhǔn)測量時井下高程測量的首級控制，其精度較高；II級水準(zhǔn)測量的精度較低，作為I級水準(zhǔn)點間的加密控制，主要滿足礦井日常生產(chǎn)需要。Ⅱ采區(qū)聯(lián)道頂板觀測路線為Ⅱ級水準(zhǔn)支線，可采用一次儀器高往返觀測，各測站的高差互差不應(yīng)大于5 mm。為保證觀測簡單易行、提高觀測精度和工作效率，根據(jù)《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》(GB/12898-2009)中三等水準(zhǔn)測量精度要求對Ⅱ采區(qū)巷道頂板進行測量，見表1。

(2)適用方法的確定。通過理論分析和現(xiàn)場調(diào)查分析研究，決定針對井下區(qū)域性的地壓活動采用巷道頂板沉降觀測等地壓監(jiān)測及控制手段，進行全面的監(jiān)控分析，以達到安全生產(chǎn)和經(jīng)濟合理回收礦石資源的預(yù)期效果。

表1 三等水準(zhǔn)觀測的主要技術(shù)要求

3 巷道頂板沉降監(jiān)測

井下水準(zhǔn)測量與地面水準(zhǔn)測量相比,其原理、實測方法和計算公式均完全相同,但井下水準(zhǔn)測量時,因點設(shè)在頂板上,出現(xiàn)水準(zhǔn)尺倒立現(xiàn)象,所以記錄時應(yīng)用符號注明“ˉ”號，井下巷道頂板測量時，對測量的巷道布設(shè)掛點，兩測點間必須通視，水準(zhǔn)尺倒立掛置巷道頂板，尺底(零刻度)端頂住水準(zhǔn)點，對測點依次進行觀測(見圖1)。

圖1 井下水準(zhǔn)測量

(1) 基準(zhǔn)點的布設(shè)。觀測基準(zhǔn)點選擇在觀測聯(lián)道以外且影響較小的主斜道頂板，作為長久性基準(zhǔn)點。在每次觀測前均應(yīng)檢核基準(zhǔn)點的穩(wěn)定性，如果發(fā)現(xiàn)高程變異超過允許精度則立即采取處理措施。如觀測期間測區(qū)發(fā)生巖層移動、頂板明顯沉降等外界強烈因素時，亦應(yīng)及時進行檢驗，采取處理措施。

(2) 沉降觀測點布設(shè)。沉降測量點布設(shè)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況和巖體結(jié)構(gòu)特點，以全面反映巷道頂板變形特征，考慮到觀測精度，從主斜坡道至Ⅱ采區(qū)聯(lián)道頂板較穩(wěn)定的巖體上平均每30 m布設(shè)一個觀測點，包括基點在內(nèi)共計6個觀測點。沉降觀測點具體位置見圖2。

(3) 觀測方案。遵循水準(zhǔn)測量的基本法則，以基準(zhǔn)點作為后視，1#觀測點為前視，在兩測點大致等距離位置擺置水準(zhǔn)儀器，調(diào)整水平氣泡居中，保持兩測點在同一條水平線上，瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺直接讀取后視與前視的測量值。

前視點高程=后視點高程+后視讀數(shù)-前視讀數(shù)(1)

依次計算得出各測點沉降值。每次觀測應(yīng)記載沉降量、沉降速度、時間及其它有關(guān)異常情況。

圖2 測點布設(shè)

(4) 觀測數(shù)據(jù)及處理。根據(jù)監(jiān)測情況并對測量數(shù)據(jù)進行核實，對變形最大的觀測點進行統(tǒng)計，見表2；巷道頂板沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線見圖3。

表2 變形最大值統(tǒng)計情況

圖3 頂板沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線

4 下沉特征與穩(wěn)定性分析

4.1 觀測成果分析

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以看出，沉降觀測點K1-K3(測點位于地壓影響范圍外)沉降變化幅值平緩；K4、K5觀測點(測點位于地壓破壞聯(lián)道內(nèi))沉降幅值波動較大。整體上看，頂板沉降變化按4個階段發(fā)展，該沉降變化趨勢與井下巷道圍巖、礦柱檢查情況相吻合。

巷道下沉主要特征：

第一階段：前期地壓活動穩(wěn)定后，破壞影響區(qū)域支承壓力趨于固定值，該聯(lián)道整體性能表現(xiàn)穩(wěn)定，巷道礦柱無新地壓破壞現(xiàn)象發(fā)生。

第二階段：待Ⅱ采區(qū)巷道開拓后，爆破擾動破壞松動圈巖體的結(jié)構(gòu)，巖體抗拉強度降低，破碎巖層難以承載高強度的壓力，當(dāng)巷道圍巖強度小于礦柱支承應(yīng)力時，礦柱兩側(cè)出現(xiàn)壓剪破壞，這段時期內(nèi)，頂板呈緩慢下沉狀態(tài)。

第三階段：在掘進過程中，伴隨斷面縮小，圍巖連帶移動反映到巷道中，會使個別區(qū)域頂板巖層局部上升，出現(xiàn)“反彈”現(xiàn)象，沉降量逐漸增加，巷道頂板出現(xiàn)冒塊、脫層現(xiàn)象。

第四階段：圍巖、礦柱進一步加劇破壞時，巖石支承能力急劇下降，巷道頂板下沉呈加速度發(fā)展直至整體垮塌。

4.2 穩(wěn)定性分析與預(yù)警

從巷道頂板沉降觀測結(jié)果研究頂板圍巖的失穩(wěn)規(guī)律，及時進行安全防護措施。當(dāng)頂板沉降量達50 mm時，發(fā)出黃色預(yù)警，對巷道兩側(cè)進行混凝土鋼筋支護，并采取高強錨桿噴漿支護；當(dāng)沉降量達150 mm時，發(fā)出橙色預(yù)警，提出間接性作業(yè)方案，盡量減少作業(yè)時間，提前做好安全撤離路線；當(dāng)沉降量達200 mm時，發(fā)出紅色預(yù)警，禁止人員進入聯(lián)道，并做好地壓破壞預(yù)報預(yù)警分析。

5 結(jié) 論

通過對復(fù)雜空區(qū)群殘留礦體回采頂板進行沉降觀測，對頂板穩(wěn)定性變化規(guī)律進行有效的監(jiān)控。當(dāng)回采巷道頂板存在不安全因素時，通過觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計及時發(fā)現(xiàn)并掌握頂板變形、演變過程和發(fā)展趨勢，提出了危險情況的黃色、橙色和紅色3級預(yù)警及相應(yīng)對策，同時在采場開拓施工過程中，及時提出施工整改方案并做好安全防護措施，有效解決了礦山大型礦體復(fù)雜條件下破碎區(qū)安全監(jiān)控關(guān)鍵性技術(shù)難題。

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