宜昌夷陵区磷矿山顶板管理和采空区治理探析

李 卫，陈广甫，安宇琪

(宜昌市夷陵区安全生产执法大队，湖北 宜昌 443100)

宜昌夷陵区磷矿山顶板管理和采空区治理探析

李 卫，陈广甫，安宇琪

(宜昌市夷陵区安全生产执法大队，湖北 宜昌 443100)

针对宜昌磷矿矿山企业存在的顶板管理和采空区治理难题，结合夷陵区杉树垭磷矿顶板管理和湖北柳树沟丁西磷矿采空区治理实践经验，从安全监管的角度提出了制定顶板管理规程、改进采矿工艺、监控与充填空区等综合治理措施。实践表明，杉树垭磷矿和丁西磷矿近3年来顶板事故下降50%，采空区未发生大面积冒落，为同类矿山安全生产管理提供了借鉴范例。

磷矿矿山；顶板管理；采空区治理

宜昌磷矿为全国大型磷矿区之一，矿区主要分布在夷陵区、远安县、兴山县3县区交界处，矿区东西宽36 km，南北长73 km，矿区面积300 km2。累计探明地质储量13.4 亿t，保有储量9.53亿t(P2O5平均含量23%)，占全省保有储量的57.17%，占全国的13.36%[1-2]。主要集中于黄陵背斜东、北翼，绕背斜核部东、北缘作北西—南东向弧形分布，自南向北划分为晓峰、交战垭、盐池河、殷家沟、桃坪河、丁家河、樟村坪、店子坪、殷家坪、栗林河、树崆坪及董家河等12个矿区。

1 磷矿矿山顶板管理

1.1 顶板管理简介

宜昌磷矿顶板岩石强度较高，层面节理发育,底板特别是直接底(黑色含钾页岩)，强度较低，易风化、泥化[2]。磷矿顶板管理主要分为巷道顶板管理以及采场顶板管理两大类，因其特点和功能存在明显区别，其支护和管理要点差别较为明显，由于巷道使用周期长，形态一致，其支护方式选择较多。而采场具有动态性及临时性等特点，形态多变，支护方式较为单一。巷道或采场顶板管理不当，极易引起冒顶片帮事故。例如采场布置方式与矿床地质条件不适应，采场阶段过高，矿块过长，顶帮暴露面积过大，时间过长，加之顶板支护方式选择不当，都易导致冒顶事故。相关统计数据表明：我省地下矿山冒顶片帮事故比重为40%，已成为威胁矿山安全生产的重要因素。因此，必须有效认识顶板管理的重要性并做好相应应对措施。

1.2 应对措施

针对宜昌磷矿实际条件，提出了以下顶板管理措施。

1) 合理选择采矿方法

根据宜昌磷矿的地质赋存状况，避免在地质构造线、断层、节理、层里破碎带、泥化夹层等地质构造软弱面附近布置井巷工程。合理确定相邻两组矿脉回采顺序，严格控制采场暴露面积和采空区高度等技术指标，确保采场在地应力稳定期间回采结束。

2) 选择有效支护方式

对于相对稳定暂不做处理的顶板要进行临时支护，对于松软破碎岩层要进行超前支护，动压巷道应采用喷锚与金属网联合支护方式，并进行针对性设计。围岩稳定性差且易变性的巷道，应采用钢拱架或钢筋混凝土浇筑支护等支护方式，应尽可能采用光面爆破等爆破，以减轻对顶板扰动影响，维持顶板稳定性。

3) 落实敲帮问顶规程

地下矿山要针对本矿山实际情况，制定有效顶板管理规程，在锚杆支护作业过程中，应落实“二次撬锚”作业规程以及顶板分级管理制度，同时做好顶板鉴定与分级管理工作，对确定需重点监控的顶板区域，应及时告知相关人员。

1.3 企业应用实践

湖北杉树垭矿业有限公司杉树垭磷矿为夷陵区第1个开采的中磷层矿山，其顶板为薄层状泥质白云岩，稳固性差，矿区构造多且次生断层带分布较宽，对顶板切割、挤压破坏区域大，对该矿巷道和采矿顶板管理的研究及措施应对具有典型性。

1.3.1 巷道顶板管理

合理选择巷道参数和施工方法，减少对顶板的破坏，并对顶板进行事前管理。巷道参数选择时根据巷道的功能和围岩特点科学设计参数，沿脉巷道设计成梯形拱，而脉外巷道成三心拱，切割巷道在遇断层之前适当可缩窄段面尺寸。采用巷道二次开口法，即离作业面退后开口，先窄开口，再刷帮形成车场，避免巷道开口引起的顶板脱层和突然遇到构造。易偏帮区域采用直眼掏槽光面爆破、顶板预留矿石护顶等措施。选择合理支护方式对顶板的事中控制。巷道支护方式为锚杆和锚网喷形式，复杂地段采用钢拱架和混凝土支护或直径89 mm的超前导管支护。锚杆为管缝式锚杆，长2 m，网片主要用直径4 mm的钢编网，即可对后期顶板加固，还可保证锚杆施工过程安全。加强对顶板的事后管理，采取对原始巷道分解到班组及安全员，每旬检查清理一次，并对相对危险变化的区域建立重点危险源台帐，每日检查，或用机械台车专业的设备进行清理，防止巷道过高引发事故。

1.3.2 采场顶板管理

采场顶板由于易受地压影响，顶板条件较为复杂。根据已揭露的顶板信息，应首先选择合理的采矿方法，除应用充填采矿外，针对顶板稳固性好的区域，采用盘区房柱法。对于顶板差、断层带采取阶段采矿法，通过短回采线、即打即采提高回采速度，减少顶板暴露时间。采矿方法确定后，应科学设计矿房参数和回采通道及回采线，严格执行并及时修正。采场的支护有很大的局限性，由于空场面积大且不规则，采用锚杆或锚网喷加锚索对采场顶板管理的办法，可大幅提高安全可靠性。地压对顶板的影响及控制，杉树垭矿石强度低且顶板层状薄，采矿过程中空区地压对临近采场顶板破坏较大，采用充填采矿方法，其分为干料充填和胶结充填两种，薄矿体以干料充填为主，用干料将易碎的矿柱包裹，保证矿柱完好使其增强支撑力，减少顶板空间距离。厚矿体以胶结充填为主，采用厢式充填工艺，胶结充填面积占40%，其余用干料回填。

杉树垭磷矿自2015年初推行新的顶板管理办法以来，杜绝了重伤以上顶板事故，与2014年相比，2016年的轻伤、轻微伤事故起数由6起下降至3起，事故率下降了50%。

2 磷矿矿山采空区治理

2.1 采空区治理措施

采矿回采矿房初期阶段为采场作业，多个采场凿岩、出矿、清收结束，矿房回采结束后所形成的大面积空场称为采空区。随着时间的延续和回采的推进，顶板上覆岩层不断跨落，压实采空区，对未冒落的大面积采空区矿山的安全生产构成重大威胁。该处顶板岩层区如大面积自然崩落，冲击波能量巨大，不仅威胁周边采场作业人员、机械设备的安全，还可能产生矿震引发地表地质灾害，造成次生灾害，对社会影响极大。针对上述原因制定了以下采空区管理措施。

1) 准确客观掌握采空区情况

本矿井和相邻矿井的采空区主要参数及特征应随生产情况及时进行更新，健全采掘工程平面图和井上井下对照图，合理布置井上、下地压变化观测网及观测人员，并对采空区进行分类管理。采空区上方无含水层或极弱含水层，顶板坚硬整体性好，对采后长时间(8～24月)不冒落，易发生大面积垮落区域，应进行封闭，且封闭程度应安全可靠，符合规程要求。

2) 强化采空区监控监测制度

建立并严格执行采空区监测预报制度、定期巡查制度和连续观测制度，利用信号柱，木滑尺和地压仪等方法，定人、定时、定范围、定职责、定措施，进行严密监测，做好监测记录，定期对监测结果进行分析、评估，发现情况及时报告并紧急处理。

3) 按设计保留保安矿柱

严格按设计要求留足矿柱，在地质条件变化区域多增设矿柱，在掘巷和矿房放矿时采用控制放炮、光面爆破等措施，保护矿柱。保安矿柱一经留设严禁开采。

4) 制定应急预案并开展演练

科学制订预防采空区事故的应急救援预案，明确采空区灾害的发现、预防、处理及救援处置措施和方案，定期进行采空区应急救援演练。发现采空区有塌陷征兆，要立即启动预案，及时撤出所有井下人员和设备。

2.2 企业应用实践

湖北柳树沟丁西磷矿有限公司丁西磷矿是夷陵区开采多年的老磷矿矿山企业，采空区面积较大，在实际治理过程中，从采矿工艺、监测技术、综合管理等方面综合应用施策，做到综合治理，防治结合。

1) 采矿工艺技术

根据开采设计方案和房柱采矿法，合理确定采场结构参数，矿柱参数，根据特殊地质结构、应力方位灵活调整矿柱位置。控制矿块顶板最大跨度极限，根据矿体走向、倾角、中段深度适留一定厚度的间断矿壁，缓解顶板压力位移。制定合理中段回采顺序，并根据发展趋势及时做出调整，控制顶板应力的变化。从采矿学的角度考虑采空区管理，改事后预防为事前预防，保证安全管理的前提下，回采一块，冒落一块，老顶泄压一块。

2) 监测监控技术

采用多种监测手段对采空区进行监测，其一是利用木滑尺在新形成的采空区监测，观测作业区域顶板的应力变化，顶底板沉降速度等数据，分析作业面顶板应力的变化情况。其二是利用顶板位移电子监测滑尺，对老采空区进行布点监测顶板下沉量、位移变化的信息收集，通过计算机远程监测变化情况，减少人员进入采空区的风险。利用地音仪监测设备，辅助监测老顶深部岩体位移情况，建立采空区顶板位移信息数据库，分析变化原因，变化区域，找出变化、崩落前的预兆及规律。

丁西磷矿采空区治理措施如下：

Ⅰ采区矿层厚度在2.8 m以上，断层裂隙发育，赋存深度在150 m以下。对原南岭磷矿时期形成的老采空区进行了封堵隔离，对新形成的采空区“边采边治”，使用尾渣进行充填治理，充填治理采空区面积约为45 502 m2，同时试验胶结充填治理采空区面积2 074 m2。

Ⅱ采区为中等稳固顶板类型，矿层平均厚度2.58 m，产状平缓。沿矿层走向每水平100～120 m,利用采场内选出的废石充填形成隔离带，长度沿中段方向80～100 m，宽度依矿房的宽度而定，依据矿层的高度直至结顶，将采空区划分为(100～120 m)·xm的分散小面积单元进行治理。

治理效果：减少了冒落冲击波带来的危及人员的事故及引起地表的崩落和塌陷。

3) 应用充填法采矿技术

利用废石进行干式充填，对受力集中区域，矿房回采结束后，立即组织人员将生产中产生的废石进行干式充填，在老顶初次来压前用充填料保护矿柱受压不破裂，稳定直接顶板不破坏，老顶周期来压时，直接顶板与充填料联合受力，老顶应力重新分布并形成新的稳定阶段。利用废石对采空区进行封堵隔离，一般沿中段倾角上下充填，作业面与采空区形成隔离带，在封堵施工的过程中重视干砌与浆砌相结合，保证封堵的隔离体在5 m厚以上。能够改变并阻止地应力随着回采而转移至作业面，破坏作业面顶板完整性，进而增加安全管理难度的现状，同时即使局部采空区顶板出现冒落，也可以起到阻挡冲击波的作用。在回采的过程中，边回采边有计划的进行隔离，在隔离采空区的同时保证了通风巷道的完整，确保采场空气质量。

3 结 语

1) 部分企业在实际应用过程中取得了较为良好的效果，杉树垭磷矿自2015年初推行新的顶板管理办法以来，杜绝了重伤以上顶板事故，轻伤、轻微伤事故起数与2014年相比由6起下降至3起，事故率下降了50%。

2) 丁西磷矿通过对采空区综合治理，采空区顶板大面积冒落灾害明显减少，防止冒落冲击波带来的危害事故，对控制围岩应力起到一定作用，地压变化得到有效控制，通过充填体的支撑，新形成空区未发生大面积冒落。

3) 矿山安全生产是动态开采、有效分析并及时应对的过程，对同类条件矿山巷道、采场顶板以及采空区的管理提供了参考，通过安全管理实现矿山企业效益。

[1] 王红汉, 董小明. 磷矿矿山顶板稳定性分级方法[J]. 工业安全与环保, 2006(4): 54-56.

[2] 黄银海, 严韬. 宜昌磷矿采空区治理对策探讨[J]. 采矿技术, 2009(6): 55-56.

An Analysis on Roof-control Management of Phosphate Mine in Yiling District of Yichang

sLI Wei, CHEN Guangfu, AN Yuqi

(YichangYilingSafetyProductionLawEnforcementBrigade,Yichang,Hubei443100,China)

Aiming at the existing roof management in Yichang phosphate mine enterprises and goaf governance problems, we have made an analysis of the roof management in Shashuya phosphate and Goaf Management experience in Hubei Liushugou Dixi Phosphate Mine. In safety supervision to develop roof management procedures, we will improve integrated management of mining technology in monitoring and filling area. Our practice shows that, in the past 3 years, the roof accidents in the area of west Liaoning Province and west of Yunnan Province have dropped by about 50%. And there is no large area caving in the goaf.

Phosphate Mine; Roof management; Goaf management

2017-04-06

李卫(1982-)，男，湖北恩施人，工程师，研究方向：矿山监管和研究，手机：13997732257，E-mail：lee689@163.com.

TD327.2

C

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.028