邵明偉，徐要森，姜 鳳

（1.紫金礦業(yè)建設(shè)有限公司，福建 廈門 361000；2.多寶山銅業(yè)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(qū)，并且已經(jīng)充填完畢、但是充填體未接頂至主采中段的底板，導(dǎo)致頂板全暴露，另外空區(qū)暴露面積大、空區(qū)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(nèi)普遍存在不同程度的地壓活動現(xiàn)象或跡象，鑿巖巷道頂板3m-8m范圍內(nèi)地壓活動相對明顯，嚴(yán)重影響黃牛嶺鐵礦安全生產(chǎn)。

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(yè)，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(xiàn)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(qū)

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(dāng)時充填站建設(shè)滯后于采礦生產(chǎn)，充填能力不足，導(dǎo)致-210m中段大量礦房回采后未能及時充填，形成空區(qū)的礦房擱置時間長達(dá)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(shù)f=7～18；礦體巖石為磁鐵角閃石英巖，礦石硬度系數(shù)f=7～12。礦體頂板及礦體巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD值平均83%，巖體完整性中等。礦體底板巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD值平均84%，巖體較完整，穩(wěn)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(fā)育，易造成坑道片幫現(xiàn)象。現(xiàn)場揭露情況也發(fā)現(xiàn)部分礦房節(jié)理較為發(fā)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(jié)理面張開與拆斷，局部產(chǎn)生冒落等失穩(wěn)現(xiàn)象。

2.3 同一中段內(nèi)，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(qū)采用廢石與尾砂非膠結(jié)充填，由于非膠結(jié)充填體屬于松散狀態(tài)，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(qū)內(nèi)受外力的作用下不可避免會產(chǎn)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(yīng)力，次生應(yīng)力的作用加劇了區(qū)域地壓活動。

3 采場地壓活動控制方法

3.1 及時采用膠結(jié)尾砂充實采場底部空置空區(qū)

（1）對尚未充填的礦房，及時用水泥：尾沙為1∶12至20的膠結(jié)尾砂充實采場底部空置空區(qū)，減小空頂面積和空區(qū)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(qū)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(qū)進行膠結(jié)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(cè)堆砌圍堰膠結(jié)充填接頂。

3.2 加強采場底部出礦巷工程支護和采場生產(chǎn)期的維護工作

采用錨桿、錨網(wǎng)、錨網(wǎng)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(wǎng)、錨桿加金屬網(wǎng)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(qū)進行圍堰膠結(jié)充填的辦法使空區(qū)的空頂面積減小，輔之以錨、網(wǎng)、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(diào)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(qū)形成拱形或似拱形狀，也有利于在開采過程中應(yīng)力逐漸向兩翼轉(zhuǎn)移而不產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中，降低區(qū)域的地壓活動。

（2）采取優(yōu)先回采礦巖條件差的采場。巖石條件差構(gòu)造發(fā)育，尤其是斷裂與層間弱面構(gòu)造是造成地壓活動的一個主要因素。斷裂構(gòu)造不僅使得原巖應(yīng)力轉(zhuǎn)移，引起局部巖體應(yīng)力集中；而且?guī)r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(chǎn)規(guī)模大，采場崩礦量大、頻次高，應(yīng)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(guī)模和炸藥量，適當(dāng)加大雷管段差，避免爆破效能的疊加，以降低爆破作業(yè)對周邊的影響。

3.5 合理留設(shè)永久礦柱和臨時礦柱

就黃牛嶺采區(qū)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(shè)置階段礦柱。即采場間柱由原來的6m～8m調(diào)整到8m～10m，-140m中段部分風(fēng)險較大采場暫時不采，兼作支撐礦柱；同時在-270m水平下方設(shè)置厚20m連續(xù)或不連續(xù)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(jiān)測系統(tǒng)

建立采區(qū)地壓活動的日常監(jiān)測系統(tǒng)，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(zāi)害的發(fā)生。

基于黃牛嶺采區(qū)的巖性和開采特點，主要是以監(jiān)測巖體位移為主，即采取應(yīng)力和位移相結(jié)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(shè)在采場進出口巖體完整性完好的地段；而全占儀布點監(jiān)測一個區(qū)域內(nèi)的位移，可布設(shè)在采場底部空區(qū)密集的周邊，測試的周期可根據(jù)礦區(qū)的實際而定，一天一測，并建立地壓監(jiān)測臺帳。

表1 采場風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)及控制措施表

3.7 加強充填采場濾水與采區(qū)的排水管理

地壓活動顯現(xiàn)與水關(guān)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(jié)理中的泥質(zhì)物，降低巖體的C、Φ值，從而降低抗載能力；二是斷裂結(jié)構(gòu)充滿水后會產(chǎn)生靜壓，使巖層間的摩擦阻力降低，容易發(fā)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(zhì)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(wěn)；四是加劇風(fēng)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(qū)域的地壓活動。

黃牛嶺鐵礦坑內(nèi)涌水主要來源于采空區(qū)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(shè)施，其次要加強采場以外水的管理，修復(fù)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(xiàn)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(cè)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(chǎn)，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(cè)向崩礦采礦法。

該方法采用KQG-150高氣壓環(huán)形潛孔鉆機在采場上部鑿巖硐室內(nèi)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(xù)裝藥結(jié)構(gòu)、孔徑Φ165mm采用間隔裝藥結(jié)構(gòu)，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(nèi)敷設(shè)導(dǎo)爆索，毫秒導(dǎo)爆管雷管起爆，單孔單響。

4 建立采場地壓進行風(fēng)險分級管理表

地壓活動是有規(guī)律性的，是可以認(rèn)識的，也可以控制的。因此，應(yīng)加強礦山管理與施工人員對地壓的認(rèn)識，尤其是一線管理、設(shè)計和施工人員的礦山地壓的認(rèn)識。以形成從設(shè)計到施工等各個環(huán)節(jié)來控制地壓，從源頭上以控制地壓，形成由事后處理為主轉(zhuǎn)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(jù)現(xiàn)場地壓活動情況，按風(fēng)險程度由高到低將采場劃分為一、二、三、四共四個風(fēng)險等級，對不同的風(fēng)險等級制定相應(yīng)的地壓管理措施，然后根據(jù)各采場地壓風(fēng)險等級、地壓治理的輕重緩急、生產(chǎn)計劃等，制定地壓管理實施方案。

采場風(fēng)險等級采取動態(tài)劃分，根據(jù)現(xiàn)場地壓活動情況每月進行更新，較高風(fēng)險等級的采場經(jīng)過充填或支護等治理后，經(jīng)評估可以降為較低風(fēng)險等級，較低風(fēng)險等級的采場出現(xiàn)劇烈地壓活動時也將及時將其調(diào)整為高風(fēng)險等級，根據(jù)以上原則和工程實踐，建立了采場風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)及控制措施表。

5 結(jié)論

（1）嗣后充填采礦法及時充填接頂是控制地壓顯現(xiàn)的重要手段。

（2）地壓顯現(xiàn)的礦房應(yīng)采用多種措施進行治理。

（3）根據(jù)工程實踐，建立的采場風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)及控制措施表，此表能夠很好的治理采場地壓顯現(xiàn)。

（4）地壓顯現(xiàn)是有規(guī)律的，是可以認(rèn)識和治理的。