歐陽偉超

(甕安大信北斗山磷礦,貴州 甕安 558000)

目前多數(shù)磷礦的支護主要是借鑒煤礦井下巷道支護方案,但在巷道頂板結構破碎性大、穩(wěn)定性差的區(qū)域,礦壓波動和回采擾動沖擊較大,使頂板極易出現(xiàn)大量變形、冒頂?shù)萚1],嚴重影響磷礦井下回采作業(yè)的效率和安全性。甕安大信北斗山磷礦井下賦存條件較為復雜,最大分布厚度超過了30 m,平均傾斜角達到了45°,在回采過程中采用上向分段充填采礦法開采,支護方式為錨網支護。由于礦層厚度大,回采后會形成一個具有極高空頂?shù)牟蓤?如果按常規(guī)方案對采空區(qū)進行強制性放頂,會形成強烈沖擊,出現(xiàn)頂板冒落、礦柱片幫剝落等情況,嚴重影響巷道穩(wěn)定。目前采用錨網支護技術,頂板變形量277 mm,在回采過程中需要不斷進行加強支護,不僅影響了井下磷礦回采作業(yè)效率,而且加大了井下支護成本。為此,結合磷礦在復雜地形條件下的地質特性,提出一種新的采空區(qū)頂板綜合支護工藝,以提高井下巷道支護的穩(wěn)定性和可靠性。

1 頂板綜合支護方案分析

1.1 頂板類別分析

磷礦井下巷道內不同位置的頂板穩(wěn)定性存在著較大的差異,如果在井下各個區(qū)域全面推進安全性極高的錨網索綜合支護方案,不僅會影響井下的巷道支護效率,而且會導致支護成本高,難以滿足支護經濟性的需求。因此需要根據井下巷道頂板的實際情況,綜合確定不同區(qū)域的最佳支護方案。采用電磁勘探法、鉆井法等對井下巷道內的巖石狀態(tài)進行全面分析,以巷道巖層的完整性、巷道巖層巖性等為依據,將巷道頂板分為3種狀態(tài)。

1) 一級狀態(tài)。該類型的頂板結構完整性最好,不僅沒有節(jié)理發(fā)育,而且在巖層內基本上不存在斷層,整個頂板的穩(wěn)定性極高,抗來壓和抗擾動效果好。因此在該區(qū)域可采取簡化支護的模式,適當放寬支護間距,提升巷道的支護效率。

2) 二級狀態(tài)。該類型的頂板完整性相對較差,在區(qū)域內存在著一定的節(jié)理發(fā)育和斷層,而且在頂板上還分布著一些貫通裂隙,會有部分水從裂隙內滲出,巖層的穩(wěn)定性一般。因此在進行支護時整體的支護方案可以參考一級狀態(tài)頂板區(qū)域的支護方案,但由于穩(wěn)定性不及一級狀態(tài)頂板,支護密度需要達到一級狀態(tài)頂板區(qū)域支護密度的2倍以上。

3) 三級狀態(tài)。該類型的頂板完整性極差,存在著嚴重的節(jié)理發(fā)育和斷層,而且在巷道頂板上還有很多碎石塊,滲水和頂板陷落情況比較嚴重。為保證來壓和回采擾動時的穩(wěn)定性,需要對頂板進行補強加固,為了避免碎石落下時傷人,需要在錨索支護的基礎上增加雙層金屬護網[2].

1.2 錨網索綜合支護機理

當單根錨桿設置到巖層中后,會對周圍區(qū)域產生一個擠壓作用力,使錨桿四周的巖層密度和緊實度增加,多組錨桿設置后,能夠形成一個穩(wěn)定的壓縮條帶,把四周破碎的巖層形成一個穩(wěn)定且存在較大擠壓力的穩(wěn)定區(qū)域,從而提高了對破碎區(qū)頂板的支護穩(wěn)定性。但當破碎區(qū)域較嚴重時,單純依靠錨桿支護存在著較大的不穩(wěn)定性,因此在錨桿支護的基礎上提出了錨網索綜合支護,在碎裂較為嚴重的區(qū)域增加了錨索補強[3]. 井下錨網索聯(lián)合支護結構見圖1.

圖1 磷礦頂板綜合支護方案

1.3 分級支護方案分析

根據對頂板狀態(tài)和不同支護方案機理的分析,為了在保證安全的情況下提升支護的穩(wěn)定性,提出根據頂板狀態(tài)進行分級支護[4]及礦柱加強的方案。

1.3.1 分級支護

1) 一級頂板區(qū)域支護方案。由于一級頂板區(qū)域的穩(wěn)定性較高,因此可以利用錨桿組合進行掛網支護,然后再加上錨索進行補強。進行支護時采用“梅花”狀的布置結構,所使用的錨桿為φ43 mm×1 800 mm,錨桿間排距設置為1 000 mm,鋼筋網采用孔徑為50 mm的圓孔型雙層金屬護網。錨索在固定時的深度需要比頂板厚度高出2 000 mm以上,錨索間排距為4 000 mm×2 000 mm,在井下布置過程中,可根據頂板結構靈活調整。一級頂板區(qū)域的支護結構見圖2.

圖2 一級頂板支護區(qū)域結構示意

2) 二級頂板區(qū)域支護方案。二級頂板區(qū)域的結構強度較高,因此其支護方案可以參考一級頂板區(qū)域的支護方案,但由于此區(qū)域頂板上存在著較多裂隙,支護結構的密度需要在一級頂板區(qū)域支護方案的基礎上進行優(yōu)化,錨索的排距保持不變,將錨索間距降低為2 000 mm即可。

3) 三級頂板區(qū)域支護方案。三級頂板區(qū)域的結構強度較差,因此采用錨網索綜合支護方案,而且在頂板破碎度比較大的區(qū)域還需要噴灑混凝土進行加固,提升整體支護的穩(wěn)定性。三級頂板區(qū)域的綜合支護方案見圖3.

圖3 三級頂板區(qū)域支護方案

1.3.2 礦柱加強

結合井下礦層的情況,不同位置礦柱的節(jié)理發(fā)育不同,因此為提升礦柱的穩(wěn)定性,需要對礦柱進行同步加強。該加強主要是對不穩(wěn)定礦柱,對其進行加強的方式主要是錨網和錨桿聯(lián)合支護,在支護時所選的錨桿規(guī)格為φ40 mm×2 000 mm,加固時所需的鋼筋規(guī)格為200 mm×200 mm,井下礦柱加強結構見圖4.

圖4 礦柱加強方案

2 應用情況分析

在磷礦巷道頂板及圍巖處設置位移監(jiān)測儀,對開采過程中采空區(qū)頂板的變形量進行分析,共設置3組監(jiān)測儀,每個監(jiān)測儀的距離為100 m,不同位置的監(jiān)測結果見圖5.

根據監(jiān)測情況分析,在采用分級支護方案后,巷道頂板的最大變形量只有32 mm,和傳統(tǒng)的錨桿支護方案相比,頂板的變形量降低了88.4%. 其整體的支護效率并沒有降低,有效提升了磷礦回采作業(yè)的經濟性和靈活性。

3 結 論

針對甕安大信北斗山磷礦所面臨的頂板冒落、礦柱片幫剝落等問題,通過對頂板巖性狀態(tài)分析將頂板分為一級狀態(tài)頂板、二級狀態(tài)頂板、三級狀態(tài)頂板;根據頂板的不同狀態(tài),提出了分級支護方案,在保證不影響整體支護效率的情況下,巷道頂板的變形量降低88.4%.