房柱法顶板管理的实践与认识

蔡锦仙

（江西彭山锡矿,江西德安 330408）

房柱法顶板管理的实践与认识

蔡锦仙

（江西彭山锡矿,江西德安 330408）

矿柱和顶板暴露面积是房柱采矿法的两个重要因素,以某矿为例，介绍了该矿矿柱直径的计算及顶板允许暴露面积的确定方法,将计算所得数据运用到实践中,并按矿柱留取方法和顶板控制技术进行施工,既经济又安全,为矿山安全与环保提供了实质性的保障。

房柱采矿法；矿柱；顶板暴露面积；顶板管理

某矿属20世纪80年代初期开采的国营老矿山,共有3个具有工业开采规模的矿体：Ⅳ-1矿体,平均厚度2.56 m;Ⅵ-1矿体,平均厚度6.19 m;Ⅶ-1矿体,平均厚度7.33 m。3个矿体均呈层状、似层状产出,倾角在15°～25°之间,平均23°,围岩和矿体较稳定,符合房柱采矿法[1]的开采条件,因此该矿设计时采用的是房柱采矿法,但设计说明书未对矿柱大小选取计算依据和顶板允许暴露面积的确定因素加以论述。矿柱直径过小,顶板暴露面积过大,存在安全隐患;矿柱直径选取过大,顶板暴露面积过小,虽然安全,但矿块的回采率降低,浪费资源。因此合理的选择矿柱直径大小和确定顶板暴露面积具有十分重要的意义。

1 矿区地质

1.1 围岩性质

矿区矿床成因类型属岩浆期后汽化—热液锡石硫化物矽卡岩(云英岩)型矿床。Ⅳ-1、Ⅵ-1、Ⅶ-1 3个主矿体的顶底板岩石见表1所示。

表1 主矿体顶、底板岩石

矿区断裂构造不太发育,仅有一条曾家垅断裂（FA2）沿北东向贯穿矿区,对矿床开采影响不大,矿区主要含水层是陡山沱组灰岩,地下水补给以大气降雨为主,水文地质属简单类型,围岩坚固性系数f1= 8～12。

1.2 矿体特征

Ⅳ-1、Ⅵ-1、Ⅶ-1锡矿体为3个主矿体。矿体形态总体较简单,以层状或似层状产出,矿体产状与地层产状平行,矿体均为隐伏的盲矿体,一般距地表50～200 m,地表为经济林木,不允许塌陷。矿体赋存标高为+16 m～+225 m,总体倾向北西320°～340°,倾角13°～25°,平均23°,矿体未受大型后期断裂的破坏,连续性较好。

1.3 矿石物质组成

主要矿石矿物的含量比例为：锡石约占矿石中金属矿物含量的5%,磁黄铁矿为50%,磁铁矿为20%～25%,黄铁矿为5%～10%,闪锌矿为10%,黄铜矿为2%～3%,毒砂占金属矿物含量的2%～5%。

1.4 矿石的结构构造

矿石结构有自形、半自形和它形晶粒结构、交代溶蚀和交代残留结构、包含结构、固溶体分离结构、胶状及偏胶结构;矿石构造有浸染状、块状、条带状、细脉状、角砾状构造,基本上未经风化破碎,坚固性系数f2=8～12。

2 矿柱的确定

矿柱的形状、大小、间距、排列形式直接关系到施工安全、开采工艺、矿块回采率、采空区管理、地表塌陷等问题[2]。实际表明：矿柱的形状以圆柱形最佳,如采用方形等其他形状,边角处经过一段时间后会产生局部应力集中作用而脱落,矿柱直径因此变小,从而影响顶板稳固性。

2.1 矿柱直径计算公式

矿柱直径计算公式如下：

式中：h为矿体厚度(真厚度),m；f2为矿石坚固性系数,它对确定矿柱尺寸大小最为关键。f2系数越大,矿石节理裂隙越不发育,风化程度越小,则矿柱直径可留得小些；反之则要加大矿柱直径大小。对节理裂隙不太发育的Ⅶ-1矿体,取样做抗压试验,f2=11.2～11.6,以Ⅶ-1矿体为例,取平均值f2=11.4,得出矿柱直径随矿体厚度变化的一组数据,见表2所示。

表2 矿柱直径随矿体厚度变化的数据 m

2.2 矿柱的留取方法[3]

接近矿柱时,由技术人员将矿柱的边界位置标至矿体上,并向操作人员技术交底。为了使所留矿柱达到设计要求,接近矿柱时的凿岩爆破至关重要,要做到：1)接近矿柱的最后一排炮眼距矿柱边沿距离控制在15～20 cm之间;2)眼深控制在1.0～1.5 m之间;3)装药系数为0.4左右;4)炮泥填塞长度≥50 cm; 5)采用≥6个段别的毫秒导爆管雷管微差爆破技术; 6)矿柱上下大小近似一致,避免形成上大下小或上小下大的矿柱。

2.3 矿柱的排列形式

为了提高电耙的出矿效率,矿柱采用方形排列形式,如图1所示。矿房尺寸及矿柱的间距由顶板允许暴露面积所决定。

图1 矿柱排列形式

3 顶板允许暴露面积确定

3.1 顶板允许暴露面积计算公式

顶板允许暴露面积计算公式如下：

式中：n为单位面积内锚杆支护根数；f1为顶板围岩坚固性系数；L为管缝式锚杆支护长度,m；d为暴露在采空区的第一层围岩厚度,m。

3.2 顶板允许暴露面积计算

以Ⅶ-1矿体顶板为例,根据顶板围岩节理裂隙发育情况,管缝式锚杆支护网度为(0.8～1.0)m×(0.8～1.0)m[4],则1 m2锚杆支护根数为2.5根。做抗压试验测得：f1=11.3,锚杆支护长度为2.2 m,第1层围岩厚度为2.08 m,则顶板允许暴露面积为S=2.5×11.3× 2.2×2.08=129.27 m2,加上矿柱占据的面积为9.07 m2,则每个矿房宽度：S1/2=11.76 m,漏斗间距为11.76 m。

3.3 顶板控制技术[5]

顶板的形状、锚杆支护技术等都是顶板管理中的最重要的安全因素,一般采取以下措施：1)接近顶板的炮眼深度不超过1.0 m,装药系数为0.4；2)炮眼加密,采用光面爆破技术,使顶板暴露面光滑呈微拱形；3)选购的管缝式锚杆材质优良,各项技术指标符合要求；4)锚杆垂直围岩层面,与节理裂隙的角度＞45°。

4 结语

矿柱尺寸的选取和顶板暴露面积的确定是房柱采矿法的关键所在,无论是对施工安全、采空区的安全管理都具有十分重要意义。该矿在20多年的开采过程中,对矿柱和顶板暴露面积的要求相当严格,不仅总结出在不同条件下矿柱和顶板暴露面积的计算公式,而且在实际中付诸实施,既保证了采矿作业安全，强化了顶板安全管理,还提高了矿块回采率,达到了国家的“三率”指标,为持续安全生产提供了技术保障。

[1] GB16423-2006,金属非金属矿山安全规程[S].

[2] 尹升华.缓倾斜中厚矿体采矿方法现状及发展趋势[J].金属矿山, 2007(12)：59-62.

[3] 于亚伦.工程爆破理论与技术[M].北京：冶金工业出版社,2004.

[4] 王洪武.基于GA-模糊可靠度的采场结构参数优化设计[J].武汉理工大学学报,2010(9)：28-31.

[5] 周麟.房柱采矿法采场顶板的可靠性分析[J].金属矿山,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

蔡锦仙(1964—),男,工程师,从事采矿工程设计和技术管理工作。