吳 華

（廣東金雁工業(yè)集團(tuán)玉水硫銅礦，廣東 梅州 514000）

1 開采現(xiàn)狀

玉水硫銅礦共設(shè)計(jì)從-28m至-250m共11個(gè)中段開采，中段高度約12～30m，整體采用上向廢石充填采礦法，局部采用房柱法采礦，開礦至今已經(jīng)開采了33年，目前主要生產(chǎn)采場(chǎng)集中在-190m中段。在回采過(guò)程中，為了安全上采和確保生產(chǎn)的延續(xù)銜接，大部分采場(chǎng)采用分區(qū)隔離充填回采，并規(guī)劃有一定厚度的連續(xù)礦墻，使各采場(chǎng)保持相對(duì)獨(dú)立，在有效管理采場(chǎng)地壓的情況下保證采礦生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

2 地壓顯現(xiàn)情況

隨著玉水硫銅礦開采范圍的增加，采場(chǎng)的暴露面積越來(lái)越大，雖然整體采用充填采礦法，但是生產(chǎn)上的制約也增加了采場(chǎng)暴露時(shí)間，隨著開采范圍的不斷擴(kuò)大，對(duì)地壓的擾動(dòng)越來(lái)越強(qiáng)烈，地壓活動(dòng)帶來(lái)的安全壓力也越來(lái)越明顯，近年來(lái)，共發(fā)生過(guò)一起大面積冒頂事件（-58中段2#、3#、4#采場(chǎng)）和兩起局部頂板冒落現(xiàn)象（-1302#采場(chǎng)、-1907#采場(chǎng)）[1]。而在采礦活動(dòng)最頻繁的-190m中段，也出現(xiàn)了多個(gè)礦柱被應(yīng)力剪切破裂或出現(xiàn)片幫的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象表明，玉水硫銅礦的地壓應(yīng)力已初步顯現(xiàn)，特別是在后期要繼續(xù)深入-190m中段開采，地壓活動(dòng)所帶來(lái)的安全壓力將嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)活動(dòng)，所以對(duì)-190m中段的支撐礦柱進(jìn)行安全程度分析具有十分重要的意義。

3 -190m中段現(xiàn)狀

3.1 -190m中段水文地質(zhì)情況

玉水硫銅礦水文地質(zhì)類型為水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件復(fù)雜程度中等，以巖溶充水為主的隱伏礦床。巖溶發(fā)育較強(qiáng)的部位主要在0m標(biāo)高以上，0m標(biāo)高以下影響不大。從-190m中段工程揭露情況看，在西部（地質(zhì)勘探1線以西）靠近F23斷層的次級(jí)F8導(dǎo)水?dāng)鄬?，探礦過(guò)程中ZK1-4孔發(fā)生突水，坑道中每遇該斷層時(shí)都有滴水或涌水現(xiàn)象，尤其與F12復(fù)合部位附近產(chǎn)生10m3/h的涌水；東南部（F11斷層以東）沿F11斷層探礦在六線二部位巷道頂板節(jié)理發(fā)育，較破碎，出現(xiàn)淋水現(xiàn)象。中部（地質(zhì)勘探1線到4線之間）-1901#～5#采場(chǎng)斷面和裂隙少有滴水，屬水文地質(zhì)簡(jiǎn)單，對(duì)采場(chǎng)開采影響不大。

3.2 -190m中段采場(chǎng)情況

-190m中段是現(xiàn)階段集中進(jìn)行開采的主要中段，規(guī)劃 有 ：-1901#、-1902#、-1903#、-2082#、-1904#、-1905#和-1907#7個(gè)銅礦采場(chǎng)，以及東北部的-1905#采石場(chǎng)和東部的-1908#鉛鋅采場(chǎng)。

除-1908#采場(chǎng)相對(duì)獨(dú)立外，其余采場(chǎng)都緊密相連，回采作業(yè)時(shí)易出現(xiàn)相互干擾制約，同時(shí)主暗斜井筒在-1901#和-1902#、-1903#采場(chǎng)之間穿過(guò)，預(yù)留有約16m厚的保安礦柱。

F9斷層橫穿-1901#、-1903#、-1904#、-1905#采 場(chǎng)，為-1904#、-1905#采場(chǎng)與-1903#的采場(chǎng)分界線。F10斷層橫穿-1902#、-1903#采場(chǎng)，為-1902#采場(chǎng)與-1903#的采場(chǎng)分界線。

4 -190m中段采空區(qū)應(yīng)力分布及礦柱安全程度分析

4.1 -190m中段采空區(qū)應(yīng)力分布

礦體被采出后形成空?qǐng)?，原先巖體的原巖應(yīng)力狀態(tài)被打破，在采空區(qū)圍巖周邊和礦柱上形成應(yīng)力集中現(xiàn)象，當(dāng)集中應(yīng)力大于周邊圍巖和礦柱的極限抗壓強(qiáng)度時(shí)，周邊圍巖和礦柱就會(huì)在應(yīng)力的剪切和擠壓作用下發(fā)生變形、移動(dòng)和破壞。-190m中段采空區(qū)應(yīng)力分布見圖1、圖2。

圖1 -190中段采場(chǎng)空區(qū)沿礦體走向礦柱應(yīng)力分布示意圖

圖2 -190中段采場(chǎng)空區(qū)垂直礦體走向礦柱應(yīng)力分布示意圖

4.2 -190m中段礦柱安全程度分析

覆巖總重假說(shuō)認(rèn)為，開采空間承受的載荷P，是開采空間上部直達(dá)地表全部覆巖重量的總和[2]：

保證礦柱強(qiáng)度必需的截面，按許用承載強(qiáng)度計(jì)算，則礦柱的相對(duì)面積應(yīng)滿足：

式中

S——礦柱支撐的上部覆巖面積,m2；

γ——覆巖容重,t/m3；

H——開采深度,m；

k——載荷系數(shù)，k與巖石性質(zhì)有關(guān)，也與開采深度H和開采空間短邊尺寸L(沿走向或沿傾斜)的比值有關(guān)。當(dāng)H/L＜1時(shí)，k=1；當(dāng)H/L＞2時(shí)，k=0.4～0.8；

s——礦柱的截面積，m2；

η——安全系數(shù)。

根據(jù)以上公式，初步計(jì)算玉水硫銅礦礦-190m中段各采空區(qū)礦柱的安全系數(shù)，并判斷所留礦柱尺寸是否滿足抗壓強(qiáng)度的要求。-190m中段各采場(chǎng)永久礦柱共34條，其中不符合永久礦柱安全系數(shù)范圍的有3條，詳見表1。

表1 -190中段礦柱安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果表

注：安全系數(shù)，對(duì)于永久礦柱，取3～5，臨時(shí)礦柱，取2～3。

5 安全支護(hù)建議

（1）通過(guò)計(jì)算結(jié)果，-1903#采場(chǎng)預(yù)留的1#礦柱和3#礦柱以及-1904#采場(chǎng)預(yù)留的1#礦柱所留礦柱尺寸是不符合安全要求的，從現(xiàn)場(chǎng)觀察情況看，三個(gè)礦柱也出現(xiàn)了不同程度的裂隙和片幫現(xiàn)象。為確保采礦安全，我們建議對(duì)-1903#采場(chǎng)預(yù)留的1#礦柱和3#礦柱采取加固措施，主要對(duì)礦柱先進(jìn)行分段的鋼絲繩纏繞在以豎立的鐵軌主筋上，接著用砼磚圍住，最后倒入混凝土；對(duì)-1904#采場(chǎng)預(yù)留的1#礦柱采取在礦柱旁邊砌筑磚柱與原礦柱共同支撐頂板，緩解1#礦柱的支撐壓力。

（2）必須高度重視后期礦山開采的地壓管理，繼續(xù)堅(jiān)持目前礦行之有效的管理措施，加強(qiáng)對(duì)預(yù)留礦柱的觀察以及地表和井下巖移觀測(cè)點(diǎn)的測(cè)量監(jiān)測(cè)。

（3）在采場(chǎng)正常的回采過(guò)程中嚴(yán)禁對(duì)預(yù)留的礦柱和礦墻進(jìn)行開采，如需開采，必須進(jìn)行嚴(yán)格的科學(xué)開采設(shè)計(jì)和論證。

（4）采場(chǎng)在上采過(guò)程中若遇到局部頂板不穩(wěn)定礦體，應(yīng)積極采取人工支護(hù)手段（如支架，錨桿，磚柱支護(hù)等），防范不穩(wěn)定頂板在地壓及爆破振動(dòng)的影響下發(fā)生局部冒落風(fēng)險(xiǎn)。

（5）嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的施工步驟回采或部分回采礦柱，做到分區(qū)充填和相鄰分區(qū)礦柱回采的協(xié)調(diào)進(jìn)行?；夭傻V柱時(shí)，先做好相鄰分區(qū)的上采及充填工作后，方可安排分區(qū)礦柱的回采工作；回采礦柱和砌筑人工磚柱得銜接進(jìn)行，先回采一部分礦柱后，在剩余原生礦柱的支護(hù)下砌筑磚柱，最后回采剩余礦柱。