獅子山銅礦大空區(qū)安全監(jiān)控體系的評(píng)價(jià)

獅子山銅礦大空區(qū)安全監(jiān)控體系的評(píng)價(jià)
摘　要　較全面地介紹了獅子山銅礦建立包括空區(qū)頂板和17#礦柱在內(nèi)的大空區(qū)安全監(jiān)控體系,并將該體系在實(shí)踐中捕獲的地區(qū)信息加以綜合分析,其結(jié)果應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
關(guān)鍵詞　銅礦　大空區(qū)　安全　監(jiān)測(cè)　評(píng)價(jià)

1　基本概況
獅子山銅礦西獅子山礦段Ⅱ～Ⅴ礦體大空區(qū),是由4條盲礦體合并開采逐漸形成的,空區(qū)圍巖堅(jiān)固穩(wěn)定,但在大空區(qū)下部礦體繼續(xù)采用階段崩落法回采,如不采取安全有效的技術(shù)措施,不掌握大空區(qū)的活動(dòng)規(guī)律,就會(huì)給下部采礦作業(yè)帶來很大的安全隱患。為此,1980年6月我礦委托馬鞍山礦山研究院開展大空區(qū)頂板穩(wěn)定性研究工作,在研究中提出了大空區(qū)監(jiān)控的五條安全技術(shù)措施,即:①在大空區(qū)范圍內(nèi)的地表及坑下建立位移、壓力及水位變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng);②大空區(qū)頂板開設(shè)“天窗”;③大空區(qū)下部留40m厚的礦石墊層;④大空區(qū)地表圈定移動(dòng)帶范圍,并設(shè)安全警戒標(biāo)志;⑤在大空區(qū)內(nèi)留一條寬為25～28m(上窄下寬)的連續(xù)保安礦柱,并將大空區(qū)再分為大小兩個(gè)空區(qū)。以上安全防范技術(shù)措施逐步在我礦得以實(shí)施,為穩(wěn)定我礦開采起到了較好的作用。但是,盡管我礦采取了以上措施,隨著我礦不斷向深部開采,采空區(qū)日益擴(kuò)大,截止1998年6月30日空區(qū)體積:大空區(qū)約15616萬m3,小空區(qū)約為5311萬m3,合計(jì)為20917萬m3。且我礦在1995年為了緩解可采礦量日益減少的矛盾,更多地回收有限的礦石資源,提出了對(duì)西山礦段17#礦柱Ⅴ#-2及Ⅴ#-3礦體進(jìn)行了試采的設(shè)想,并得到公司的同意,為此我礦又與馬鞍山礦山研究院合作開展17#礦柱試采及空區(qū)穩(wěn)定性研究工作。通過幾年的科研工作,由于采取了一些比較合理的安全技術(shù)措施,使得17#礦柱回采礦量約50萬t,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)對(duì)空區(qū)穩(wěn)定性的認(rèn)識(shí)有了進(jìn)一步的提高。

2　大空區(qū)安全監(jiān)控體系的建立
我礦大空區(qū)監(jiān)測(cè)的目的是對(duì)空區(qū)頂板在17#礦柱開采后的地壓活動(dòng)情況進(jìn)行綜合評(píng)判,不斷分析大空區(qū)的穩(wěn)定情況,確保17#礦柱試采工作的順利進(jìn)行和獅子山銅礦的正常安全生產(chǎn)。
2.1　大空區(qū)頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
大空區(qū)頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括地表觀測(cè)系統(tǒng)和+50m平巷觀測(cè)系統(tǒng)兩部分。地表觀測(cè)系統(tǒng)包括深部基點(diǎn)、水準(zhǔn)測(cè)量、鉆孔水位觀測(cè)、空區(qū)高度及墊層厚度觀測(cè)。+50m平巷觀測(cè)系統(tǒng)包括巷道底板沉降觀測(cè)、裂縫觀測(cè)和地音儀探測(cè)。建立以上大空區(qū)觀測(cè)系統(tǒng),可以較為全面地反映大空區(qū)地表和頂板的變化情況。
2.2　17#礦柱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
17#礦柱原來是作為確保空區(qū)穩(wěn)定的安全技術(shù)措施之一,此次由于是開采的對(duì)象,所以我們?cè)诒Ａ袅嗽瓉淼囊恍┍O(jiān)測(cè)手段后,增加了一些新的地壓監(jiān)測(cè)手段,形成了一個(gè)完整的17#礦柱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
采用大應(yīng)變計(jì)觀測(cè)17#礦柱水平應(yīng)力的變化,小應(yīng)變計(jì)觀測(cè)17#礦柱垂直應(yīng)力的變化。同時(shí)在礦柱中的巷道內(nèi)及礦柱與空區(qū)接合部埋設(shè)壓力傳感器和片幫儀,加上單向光彈片、收斂測(cè)點(diǎn)等輔助手段,形成較為完整的17#礦柱監(jiān)測(cè)系統(tǒng),使其可以全面地了解17#礦柱的應(yīng)力變化、受力狀態(tài)及變形情況。

3　大空區(qū)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析
根據(jù)以上建立的大空區(qū)安全監(jiān)控體系,并以此指導(dǎo)我們進(jìn)行了空區(qū)下部和17#礦柱的回采。通過4年的系統(tǒng)監(jiān)測(cè),結(jié)合1995年以前的監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行綜合分析,基本掌握了17#礦柱回采過程中空區(qū)的活動(dòng)情況,以及17#礦柱應(yīng)力變化情況。
(1)空區(qū)周圍圍巖穩(wěn)固且完整性較好,目前處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì),圍巖的f值為12～18,節(jié)理裂隙密度僅為0112～0137條/m,RQD(取樣完好率)值大于95%,礦巖可崩性屬于非常差的一級(jí)。從空區(qū)頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)捕獲的相關(guān)信息表明,空區(qū)頂板沒有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象,其變化值(位移、壓力及水位等)幾乎為零,也未發(fā)現(xiàn)明顯的冒落。
(2)17#礦柱應(yīng)力測(cè)量和現(xiàn)場(chǎng)宏觀地壓觀測(cè)結(jié)果表明,17#礦柱不但承受空區(qū)上盤頂板的來壓,而且在下盤部分礦體試采后,分布在17#礦柱的壓力不斷地向預(yù)留礦柱和上下盤巖體中轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移速度隨爆破量的增減有關(guān)。在每次爆破后,預(yù)留礦柱內(nèi)壓力急劇增加,隨后趨于穩(wěn)定。

4　大空區(qū)安全監(jiān)控體系的評(píng)價(jià)
根據(jù)獅子山銅礦大空區(qū)存在的現(xiàn)狀建立的大空區(qū)安全監(jiān)控體系,通過十幾年的日常監(jiān)測(cè)和捕獲相關(guān)信息分析,并將其在礦山開采中加以應(yīng)用,不僅為我礦安全開采空區(qū)下部的礦石,同時(shí)還把17#礦柱設(shè)計(jì)可采礦量的60%左右得以安全回收。而且還節(jié)約了大量的空區(qū)處理費(fèi)用,為我礦近二十年來穩(wěn)定生產(chǎn)起到了極為重要的作用,帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)這種安全監(jiān)控系統(tǒng)還在國(guó)內(nèi)類似礦山(如河北壽王墳銅礦等)推廣應(yīng)用。大空區(qū)安全監(jiān)控體系具有以下特點(diǎn)和作用。
(1)獅子山銅礦建立的大空區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng),通過近20年的正常運(yùn)轉(zhuǎn),表明采用頂板鉆孔深部基點(diǎn)、地表水準(zhǔn)測(cè)量、鉆孔水位觀測(cè)、空區(qū)頂板冒落觀測(cè)、+50m平巷頂板下沉觀測(cè)、裂隙擴(kuò)展觀測(cè)、地音儀、壓力傳感器和片幫儀等為主要監(jiān)測(cè)手段的空區(qū)及礦柱回采安全監(jiān)控系統(tǒng),配以光應(yīng)力計(jì)、單向光彈片、大小應(yīng)變計(jì)、巷道收斂計(jì)等輔助監(jiān)測(cè)手段,較為全面地對(duì)獅子山銅礦空區(qū)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),實(shí)踐證明也是行之有效的。
(2)空區(qū)頂板監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,目前空區(qū)頂板仍處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài),符合目前實(shí)際。
(3)17#礦柱監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,17#礦柱不斷承受上盤的壓力,且壓力不斷地向預(yù)留礦柱和上、下盤巖體中轉(zhuǎn)移。為此,我們采取了相應(yīng)的安全技術(shù)措施,對(duì)預(yù)留礦柱的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了適當(dāng)修改,在水平斷面上由長(zhǎng)方形形狀改為“墻角”式,在-137m～-160m水平之間留一水平礦柱(經(jīng)核實(shí)該水平礦柱礦量較少,可以不采),其主要作用是對(duì)該預(yù)留礦柱起一定的支撐作用。
(4)監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)爆破對(duì)空區(qū)和礦柱影響較大。據(jù)此我們?cè)诘V柱回采中的爆破設(shè)計(jì)及實(shí)施過程中采取了一些減震措施和預(yù)裂爆破技術(shù),實(shí)踐證明起到了較好的作用。