蔡錦仙

（江西彭山錫礦,江西德安 330408）

房柱法頂板管理的實踐與認識

蔡錦仙

（江西彭山錫礦,江西德安 330408）

礦柱和頂板暴露面積是房柱采礦法的兩個重要因素,以某礦為例，介紹了該礦礦柱直徑的計算及頂板允許暴露面積的確定方法,將計算所得數據運用到實踐中,并按礦柱留取方法和頂板控制技術進行施工,既經濟又安全,為礦山安全與環(huán)保提供了實質性的保障。

房柱采礦法；礦柱；頂板暴露面積；頂板管理

某礦屬20世紀80年代初期開采的國營老礦山,共有3個具有工業(yè)開采規(guī)模的礦體：Ⅳ-1礦體,平均厚度2.56 m;Ⅵ-1礦體,平均厚度6.19 m;Ⅶ-1礦體,平均厚度7.33 m。3個礦體均呈層狀、似層狀產出,傾角在15°～25°之間,平均23°,圍巖和礦體較穩(wěn)定,符合房柱采礦法[1]的開采條件,因此該礦設計時采用的是房柱采礦法,但設計說明書未對礦柱大小選取計算依據和頂板允許暴露面積的確定因素加以論述。礦柱直徑過小,頂板暴露面積過大,存在安全隱患;礦柱直徑選取過大,頂板暴露面積過小,雖然安全,但礦塊的回采率降低,浪費資源。因此合理的選擇礦柱直徑大小和確定頂板暴露面積具有十分重要的意義。

1 礦區(qū)地質

1.1 圍巖性質

礦區(qū)礦床成因類型屬巖漿期后汽化—熱液錫石硫化物矽卡巖(云英巖)型礦床。Ⅳ-1、Ⅵ-1、Ⅶ-1 3個主礦體的頂底板巖石見表1所示。

表1 主礦體頂、底板巖石

礦區(qū)斷裂構造不太發(fā)育,僅有一條曾家垅斷裂（FA2）沿北東向貫穿礦區(qū),對礦床開采影響不大,礦區(qū)主要含水層是陡山沱組灰?guī)r,地下水補給以大氣降雨為主,水文地質屬簡單類型,圍巖堅固性系數f1= 8～12。

1.2 礦體特征

Ⅳ-1、Ⅵ-1、Ⅶ-1錫礦體為3個主礦體。礦體形態(tài)總體較簡單,以層狀或似層狀產出,礦體產狀與地層產狀平行,礦體均為隱伏的盲礦體,一般距地表50～200 m,地表為經濟林木,不允許塌陷。礦體賦存標高為+16 m～+225 m,總體傾向北西320°～340°,傾角13°～25°,平均23°,礦體未受大型后期斷裂的破壞,連續(xù)性較好。

1.3 礦石物質組成

主要礦石礦物的含量比例為：錫石約占礦石中金屬礦物含量的5%,磁黃鐵礦為50%,磁鐵礦為20%～25%,黃鐵礦為5%～10%,閃鋅礦為10%,黃銅礦為2%～3%,毒砂占金屬礦物含量的2%～5%。

1.4 礦石的結構構造

礦石結構有自形、半自形和它形晶粒結構、交代溶蝕和交代殘留結構、包含結構、固溶體分離結構、膠狀及偏膠結構;礦石構造有浸染狀、塊狀、條帶狀、細脈狀、角礫狀構造,基本上未經風化破碎,堅固性系數f2=8～12。

2 礦柱的確定

礦柱的形狀、大小、間距、排列形式直接關系到施工安全、開采工藝、礦塊回采率、采空區(qū)管理、地表塌陷等問題[2]。實際表明：礦柱的形狀以圓柱形最佳,如采用方形等其他形狀,邊角處經過一段時間后會產生局部應力集中作用而脫落,礦柱直徑因此變小,從而影響頂板穩(wěn)固性。

2.1 礦柱直徑計算公式

礦柱直徑計算公式如下：

式中：h為礦體厚度(真厚度),m；f2為礦石堅固性系數,它對確定礦柱尺寸大小最為關鍵。f2系數越大,礦石節(jié)理裂隙越不發(fā)育,風化程度越小,則礦柱直徑可留得小些；反之則要加大礦柱直徑大小。對節(jié)理裂隙不太發(fā)育的Ⅶ-1礦體,取樣做抗壓試驗,f2=11.2～11.6,以Ⅶ-1礦體為例,取平均值f2=11.4,得出礦柱直徑隨礦體厚度變化的一組數據,見表2所示。

表2 礦柱直徑隨礦體厚度變化的數據 m

2.2 礦柱的留取方法[3]

接近礦柱時,由技術人員將礦柱的邊界位置標至礦體上,并向操作人員技術交底。為了使所留礦柱達到設計要求,接近礦柱時的鑿巖爆破至關重要,要做到：1)接近礦柱的最后一排炮眼距礦柱邊沿距離控制在15～20 cm之間;2)眼深控制在1.0～1.5 m之間;3)裝藥系數為0.4左右;4)炮泥填塞長度≥50 cm; 5)采用≥6個段別的毫秒導爆管雷管微差爆破技術; 6)礦柱上下大小近似一致,避免形成上大下小或上小下大的礦柱。

2.3 礦柱的排列形式

為了提高電耙的出礦效率,礦柱采用方形排列形式,如圖1所示。礦房尺寸及礦柱的間距由頂板允許暴露面積所決定。

圖1 礦柱排列形式

3 頂板允許暴露面積確定

3.1 頂板允許暴露面積計算公式

頂板允許暴露面積計算公式如下：

式中：n為單位面積內錨桿支護根數；f1為頂板圍巖堅固性系數；L為管縫式錨桿支護長度,m；d為暴露在采空區(qū)的第一層圍巖厚度,m。

3.2 頂板允許暴露面積計算

以Ⅶ-1礦體頂板為例,根據頂板圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育情況,管縫式錨桿支護網度為(0.8～1.0)m×(0.8～1.0)m[4],則1 m2錨桿支護根數為2.5根。做抗壓試驗測得：f1=11.3,錨桿支護長度為2.2 m,第1層圍巖厚度為2.08 m,則頂板允許暴露面積為S=2.5×11.3× 2.2×2.08=129.27 m2,加上礦柱占據的面積為9.07 m2,則每個礦房寬度：S1/2=11.76 m,漏斗間距為11.76 m。

3.3 頂板控制技術[5]

頂板的形狀、錨桿支護技術等都是頂板管理中的最重要的安全因素,一般采取以下措施：1)接近頂板的炮眼深度不超過1.0 m,裝藥系數為0.4；2)炮眼加密,采用光面爆破技術,使頂板暴露面光滑呈微拱形；3)選購的管縫式錨桿材質優(yōu)良,各項技術指標符合要求；4)錨桿垂直圍巖層面,與節(jié)理裂隙的角度＞45°。

4 結語

礦柱尺寸的選取和頂板暴露面積的確定是房柱采礦法的關鍵所在,無論是對施工安全、采空區(qū)的安全管理都具有十分重要意義。該礦在20多年的開采過程中,對礦柱和頂板暴露面積的要求相當嚴格,不僅總結出在不同條件下礦柱和頂板暴露面積的計算公式,而且在實際中付諸實施,既保證了采礦作業(yè)安全，強化了頂板安全管理,還提高了礦塊回采率,達到了國家的“三率”指標,為持續(xù)安全生產提供了技術保障。

[1] GB16423-2006,金屬非金屬礦山安全規(guī)程[S].

[2] 尹升華.緩傾斜中厚礦體采礦方法現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].金屬礦山, 2007(12)：59-62.

[3] 于亞倫.工程爆破理論與技術[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2004.

[4] 王洪武.基于GA-模糊可靠度的采場結構參數優(yōu)化設計[J].武漢理工大學學報,2010(9)：28-31.

[5] 周麟.房柱采礦法采場頂板的可靠性分析[J].金屬礦山,1998(1)：12-14.

Practice and Understanding of Hanging Wall Management by Room-and-pillar Method

CAI Jinxian

(Jiangxi Pengshan Tin Mine,Dean,Jiangxi 330408,China)

Ore column and hanging wall exposed area are two important factors of room-and-pillar mining method,taking a mine as an example,the paper introduces the methods of determination of diameter calculation of ore column and allowable exposed area of hanging wall.The obtained data will be applied in practice,and ore column method and hanging wall control technology will be adopted for construction so as to provide the substantial guarantee for safety and environmental protection of mine.

room-and-pillar mining method;ore column;hanging wall exposed area;hanging wall management

TD327.2

B

1004-4345(2014)05-0009-02

2014-08-19

蔡錦仙(1964—),男,工程師,從事采礦工程設計和技術管理工作。