人工柱锚杆房柱法采场地压控制监测

杨寿江

(云南省鹤庆锰业有限责任公司，云南 鹤庆　671500)

人工柱锚杆房柱法采场地压控制监测

杨寿江

(云南省鹤庆锰业有限责任公司，云南 鹤庆671500)

摘要：根据采场、巷道地压的监测，可以研究围岩的地压活动规律，为巷道的维护，采场作业安全，采空区的放顶安全管理等工作提供可靠的依据。介绍了云南省鹤庆锰业有限责任公司小天井矿区人工柱锚杆房柱法采场安全监测与控制措施。

关键词：采掘；地压；监测

房柱法采矿中，矿房回采安全取决于矿房在回采过程中对顶板的管理情况，整个采区的安全取决于采区的地压活动规律。因此在采矿过程中，采取锚杆网护顶，现场人工柱受压系统观测，地表沉降观测等地压控制监测工作。

系统地研究认识采区的地压活动规律，从而指导矿体回采，巷道的维护，采空区的放顶安全管理[1]，为矿山安全生产提供参考依据。

1人工柱锚杆房柱法简介

小天井矿床属浅海沉积矿床，矿体呈层状产出，矿体东缓西陡，东部倾角23(°)~34(°)，西部倾角55(°)~65(°)。矿区地质构造复杂，断层、褶皱发育，矿岩界线明显。矿体顶板岩层为硅钙质薄层灰岩，底板为钙质灰岩和粉砂质泥岩[2]。人工柱锚杆房柱采矿法是回采缓倾斜中厚矿体的主要方法，目前在云南省鹤庆锰业有限责任公司小天井矿区约占矿山总采出矿量的40%。

1.1　采场布置与结构参数

采场布置如图1所示，中段运输平巷在下盘脉外，每1个矿房布置1个放矿漏斗，一般布置于矿柱与矿房相交部位，作为切割上山和矿房落矿的共同出矿口，漏斗口的中心距一般为8~9 m。切割上山应和上中段贯通，作为人行、通风、材料运输使用。

采场结构参数：矿体倾角在20(°)~40(°)之间，矿房净跨度6~8 m，矿房斜长30~60 m，垂高(上下中段高差)20 m。

1 安全出口；2 上中段巷道；3 矿房矿体； 4 人工柱；5 下中段巷道；6 溜子口； 7 锚杆

图1人工柱锚杆房柱法布置

1.2　人工柱及回采工艺

人工柱是用片石(石灰岩)在采场砌筑的岩石柱，在缓倾斜中厚矿体矿房回采前砌筑人工柱来代替矿石柱。人工柱砌筑于矿房两侧，以支撑顶板压力，其布置随矿体倾角的大小而不同，当倾角<30(°)时，采用间隔式布置，倾角>35(°)时可采用连续式布置[3]。人工柱的高度根据矿体厚度而定，有时可达6~7 m，一般约为4 m。

回采工艺：首先在矿房两侧掘进切割上山，上山贯通上中段后砌筑人工柱，之后回采矿房，及时在顶板上安装锚杆金属网护顶。当回采至第3个矿房时崩落第1个采空矿房，进行放顶。

2人工柱压力观测系统

2.1　压力枕平面布置

为了探索人工柱承压性，在监测中采用液压压力枕为传感元件的人工柱受压观测系统。压力枕具有结构简单、价格便宜、观测方便、性能稳定等优点。布置压力枕的采场为小天井矿区2490中段和2510中段，8号至9号勘探之间的5815、5814、5813、5812和5811共5个矿房，6条人工柱。在人工柱上使用了10只压力枕，压力枕最大量程为16 MPa。由于采场人工柱受压一般为中下部较大，故压力枕大部分埋设在矿柱中下部位置。压力枕枕面尽量呈水平放置。采场回采顺序从5815矿房起，由南往北推进。如图2。

2.2　压力枕安装

压力枕监测数据为顶板与人工柱的接触压力，故安装位置应尽量靠人工柱上部与顶板之间。同时为保护压力枕并使其与人工柱呈面接触，需加工厚度为6 mm的钢质夹板。为防止回采时下落矿石破坏压力表，将传感压力管及压力表埋在预留的沟槽内，如图3。

3采场地压观测及显现规律

3.1　压力监测

在安装完压力枕之后，为了观测矿房采矿过程中采场各部位的压力变化，采用相同频率观测。压力枕安装2 d之后观测1次，人工柱承受地压以后每3 d观测1次，并进行数据记录。在布置安装的10个压力枕中，其中66号受损没有数据记录，60、61、65号记录没有规律，故未作为分析依据。在2011年4-9月间，对人工柱上的62、63、64、67、68、69号压力枕在同一时间段进行观测，取得了6个压力枕60 d的观测数据。

3.2　压力显现规律

矿房回采之前，各压力表没有数据显示，表明没有压力产生。4月15日开始回采第1个5815矿房，4月23日67号压力枕已有压力数据显示，表明人工柱开始承受地压。根据各个压力枕观测的压力数据绘制成“压力—时间”曲线图，从曲线图上可直观地看到，在矿房回采过程中各个观测点地压的变化情况，以此分析地压显现规律。

3.2.1回采初期人工柱压力变化

观测数据统计，5815矿房和5814矿房之间的67号压力枕受压变化“压力—时间(P-t)”曲线见图4。

由图4可以看出，仅1个矿房回采时人工柱压力相对较弱，5815矿房在4月23日切顶结束后，压力才逐渐显出。这表明只有当人工柱两侧临空后，人工柱才开始承受压力。从变化趋势看，回采期间压力上升缓慢，当采场上部垮顶时压力才迅速上升。在上升趋势中5月14日压力突然下降，然后又恢复上升趋势。

3.2.2形成多个采空区时人工柱压力变化

5814矿房和5813矿房之间的63、68号压力枕受压变化“压力—时间”曲线见图5～6。

5813矿房5月26日开始切顶，压力枕显示读数，表明由5813矿房有矿体支承的压力转移到人工柱上。6月6日，5815矿房、5814矿房中上部自然冒落，表明采场垮顶前必然有一压力上升过程，垮顶之后压力释放；空区垮落后，应力拱移动应力升降区也随之变化，邻近冒落区采场处于应力降低区，即采场在免压拱下回采安全系数在提高。

3.2.3相邻采场回采时人工柱压力变化

5811矿房至5813矿房之间的62、64、69号压力枕受压变化“压力—时间(P-t)”曲线见图7～9。

5814、5815矿房垮落，5813矿房空场形成，5811

矿房未动，5812矿房回采条件下以及5814矿房、5812矿房自然冒落情况下，62、64、69号压力枕受压变化。现场5815、5814矿房自然冒落部位在中上部，因此当5812矿房切顶初期采场下部在走向方向空区暴露范围为5814、5813矿房两个空场。5813矿房回采时，5815、5814矿房已是2个空区，他们并未维持到5813矿房回采结束就提前冒落，表明此条件下的极限跨距为25～30 m左右。自然冒落使5813矿房在应力降低区下回采是安全的。5812矿房回采时曾出现5814矿房下部及5813矿房自然冒落，但5812矿房应力并未降低，只是短暂的下降之后又继续回升并超过原来的数值。这一现象揭示了两个问题：该处虽然冒落，但不充分；回采的采场附近不允许有沿走向较大的空区存在。结合5813矿房回采时得出的走向极限跨度，为保证回采安全，必须对附近的空区走向长度加以限制，即当出现两个空场时，在回采第3个矿房时，必须放掉第1个采场。即实行“采二放一”。

以上对压力观测数据的分析，基本揭示了矿房回采过程中采区地压活动规律，对采掘施工安全有着指导作用。另外，实际观察人工柱与矿石柱承压，直观观测是人工柱承压弱于矿石柱，但承压时间相对较长。

4结论

1) 人工柱承压能力低于矿石柱的承压能力，但人工柱具有良好的让压特性。

2) 矿厚4~6 m，倾角20(°)~40(°)，人工片石柱，矿房跨度6~8 m条件下，采用“采二放一”的方法能够保证矿房回采的安全。

3) 压力枕对于采场压力显现具有直观、适时和方便的特点，并能预报大的压力。适合于人工柱锚杆房柱法采矿过程中采场的地压监测与安全管理，是可以推广应用的方法。

4) 经过实践，当矿体倾角变陡，布置连续人工柱时，采场地压呈现规律不同于点柱和缓倾斜时的采场地压显现规律，前者地压强度较小。

参考文献：

[1]国家安全生产监督管理总局. 安全评价(第3版)[M]. 北京: 煤炭工业出版社, 2005.

[2]西南有色地质勘探公司三一O地质队,云南省鹤庆县鹤庆锰矿小天井矿段地质详查报告[R]. 云南：大理，1989.

[3]冶金部马鞍山矿山研究院, 鹤庆县锰矿, 大理州矿冶开发研究所. 鹤庆县锰矿人工柱锚杆房柱法和地压活动规律研究报告[R]. 云南：大理，1992.

Ground Pressure Control Monitoring of Artificial Column

Anchor Room-and-pillar Method

YANG Shoujiang

(YunnanHeqingManganeseIndustryCo.,Ltd,Heqing,Yunnan671500,china)

Abstract:Based on the monitoring of stope roadway, you can make a research of ground pressure regularity of surrounding rock for the maintenance of roadway, including stope safety and GOB roof safety management to provide a reliable basis for the work. It introduces small patio artificial column anchor room-and-pillar method of Yunnan Heqing Manganese Industry Co ., Ltd in stope safety monitoring and control measures.

Key words:Extractive; Ground pressure; Monitoring

中图分类号：TD173

文献标识码：B

doi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2015.01.012

作者简介：杨寿江(1964-)，男(白族)，云南大理人，工程师，研究方向：矿山测量，手机：13988567382，E-mail：yndlhqysj@163.com.

收稿日期：2014-10-11