云南白显锰矿芦寨矿段房柱法点柱布置及采空区管理

史伟屏

(云南建水锰矿有限责任公司，云南 建水 654308)

0 前言

云南省建水县锰业有限责任公司(以下简称为:公司)芦寨矿段地处建水县南部，东邻个旧市，南临元阳县，隶属于云南红河哈尼族彝族自治州建水县坡头乡白显村。芦寨矿段是云南省建水县白显锰矿的3个矿段(平台、芦寨、清甘)中的1个矿段。

由于多方面原因，开采初期矿区范围内有多家业主开采，没有正规设计，且乱采滥挖，各自为政，采富弃贫，露采、坑采一起上，对矿区资源综合回收利用率十分不利。近年来，随着国家对矿山行业的规范整顿，矿区开采逐步走上正轨。为理顺芦寨矿段开采关系，确保矿山安全生产，公司于2010年委托设计单位编制了《云南省建水县锰业有限责任公司白显矿区芦寨矿段Ⅴ1矿体1 100～900 m中段开采工程初步设计》，对矿段的开采进行规范。在充分尊重客观事实前提下，对矿山开采进行设计，以指导矿区规范化开采与安全生产。

1 设计采矿方法

1.1 开采技术条件

芦寨矿段Ⅴ1矿体走向近东西—西北，长约1 300 m，呈层状产出，倾向南西与坡向一致，倾角30(°)～60(°)，埋藏较浅。顶板为中至薄层灰岩、含硅质灰岩，抗压强度 74.53 ～179.06 MPa，属稳固岩层。直接底板为厚层状灰质白云岩，抗压强度59.13 ～ 169.95 MPa，亦属稳固岩层。矿体厚 1.14～2.63 m，平均1.98 m。矿层倾角30(°)～60(°)，平均约48(°)，抗压强度 37.76 ～44.03 MPa。矿石松散系数 1.21 ～1.69，安息角 38.5(°)。矿石密度2.43 kg/m3，围岩密度 2.6 ～2.9 kg/m3。

1.2 采矿方法

矿段范围内矿体较薄且变化较平稳，矿体倾角变化较大，从缓倾斜到急倾斜都存在。依据矿体倾角不同，采用3种采矿方法，即缓倾斜矿体采用分段矿房采矿法、倾斜矿体采用电耙出矿浅孔留矿全面法、急倾斜矿体采用普通浅孔留矿法等。

针对缓倾斜矿体设计采用分段矿房采矿法，结合该矿生产实践，对未详细设计的有关内容进行调整。

1.3 采矿要素及采切工程布置

矿块沿走向长50 m，斜长99 m，阶段高50 m，中间设置副中段。沿倾向划分4个分段(含副中段，掘进分段平巷)，沿走向每25 m开凿耙矿上山(矿块边界为人行通风上山)，将矿块分成8个回采单元，每个单元即为1个矿房。

上、下阶段(中段)之间一般留有3 m厚的连续底柱(或规则点柱)，矿块之间一般不留或留有少量规则点柱。当连续2～3个矿块成一体时，边界留2～3 m的连续矿柱(或条形间柱)。矿房之间一般不留或留少量点柱。

阶段平巷沿矿体下盘走向布置，距矿体水平距离约12 m。向下部(分段切割)平巷掘漏斗溜子与耙运上山下口相接，担负下中段矿石出口任务。副中段的耙矿上山下口，用放矿溜井与阶段水平的装车平巷(或穿脉)连接，阶段运输平巷作为上中段矿石出口。

在每个矿块边界附近掘进1条人行通风联络道与边界的人行通风上山相通，见图1。

图1 分段矿房采矿法矿块布置

2 回采矿房点柱留设

矿山地质条件较为复杂，断层、节理、裂隙发育。如果采空区顶板暴露面积大、时间长，易发生冒顶片帮事故。因此，为保证作业人员及生产设备安全，必须采取有效防范措施预防控制冒顶片帮事故发生。

设计中，矿房内回采单元的尺寸为25 m×24.5 m，顶板暴露面积达612.5 m2，而采矿方法设计中，矿房(块)之间一般不留或留少量点柱，不给出点柱的布置与具体尺寸。在实际生产过程中，为防止因顶板暴露面积大、时间长而发生冒顶片帮事故，应考虑在矿房中留设矿柱，合理布置矿柱可以对顶板起有效支撑的作用。

2.1 点柱布置

在回采单元中预留3 m直径点柱，点柱间距为6.5 m，平面布置见图 2［1－3］。

图2 回采单元点柱平面布置

2.2 点柱尺寸验算

矿段内矿层抗压强度为 37.76～44.03 MPa。矿层顶板为中至薄层灰岩、含硅质灰岩，抗压强度74.53 ～179.06 MPa。以37.76 ～44.03 MPa饱和抗压强度验算预留矿柱直径。

预留矿柱直径为3.0 m，间距6.5 m，采用静压法进行承载力验算:

式中 σ——单根矿柱承载力，MPa;

S——矿柱间采空区面积，m2;

H——矿层埋深，取最大值480 m;

ρ——围岩密度，kg/m3;

S'——预留矿柱面积，m2。

安全系数取1.3，从计算结果可以看出，采用静压法计算的单根矿柱承载力为37.76 MPa，小于矿层抗压强度37.76～44.03 MPa。因此，所留矿柱能承受上覆地层静压力。

3 采空区安全技术对策

经过多年无序开采，白显锰矿芦寨矿段上部已经形成了一定规模采空区。虽然本次设计中留有保安矿柱，但随着下部采空区暴露面积的增大，在上覆岩层的荷载下，挠度开始增加，产生拉应力集中。当加载的拉应力超过岩石自身强度后，顶板易发生断裂垮塌，从而引发事故［4］。因此，为防止灾害性事故发生，应该制定1套行之有效的空区处理措施来保证安全生产。具体措施有如下几点。

1)为防止采空区塌落时冲击波对其它生产场所的影响，对部分采空区入口以及连通巷道的适当位置，可采取封堵措施进行空区处理，保证下部采矿活动安全进行。对通往采空区巷道及废弃巷道采用厚度为2 m(破碎地段封堵厚度不少于4 m)的浆砌石墙进行密闭，且密闭墙深入巷道四壁岩体不少于0.5 m，并预留排水孔出口，以减少空区积水、防止作业人员误入与风流短路。对于矿界外其它矿区延伸至本矿区的采掘巷道，采取钢筋混凝土封堵，封堵厚度不少于1 m，强度不低于C25，密闭不留孔隙;密闭墙必须深入巷道四壁至少0.5 m。

2)严格采用所选浅孔留矿法和房柱法的采场结构参数，留足和维护好足够尺寸的顶柱、间柱与点柱，坚持合理的开采顺序。

3)根据井巷和采场所处的围岩条件稳固程度，对井巷与顶柱采取锚杆支护等措施，特别是采空区跨度＞10 m后的顶柱，不仅采用锚杆加固，还需在其下部应留足对其的支撑柱。

4)建立采场低压监测观测点，随时掌握采场低压变化情况。

5)加强人员现场巡视，及时了解采空区的安全状态。

6)加强顶底板管理，做好浮石的检查和处理工作，及时撬毛。

7)建立安全技术操作规程和作业制度，加强安全技术培训，提高职工的技术素质。

4 结语

1)在开采设计阶段或生产初期确定一个经济、有效、合理的矿柱留设方案至关重要，有利于后续采空区处理。

2)在矿柱尺寸验算中，静压法全面考虑了采空区面积、矿层埋深等因素，是判断矿柱是否满足安全要求的简洁有效的方法。

3)由于各类采空区处理方法有其适用条件，因此应在对具体矿山采空区安全论证的基础上，有针对性的对采空区提出处理措施。

［1］采矿手册编委.采矿工程设计手册(上册)［M］.北京:煤炭出版社，1986:993－1148.

［2］采矿手册编委.采矿设计手册(矿床开采下卷)［M］.北京:中国建筑工业出版社，1990:1127－1137.

［3］解世俊.金属矿床地下开采［M］.北京:冶金工业出版社，1989:65－70.

［4］罗毅莎，姚振巩.采空区安全处理的对策措施研究［J］.采矿技术，2010，10(4):65 －67.