组合凿岩嗣后充填采矿法采场地压管理实践

邵明伟，徐要森，姜 凤

（1.紫金矿业建设有限公司，福建 厦门 361000；2.多宝山铜业股份有限公司，黑龙江 嫩江 161400)

黄牛岭铁矿-140m至-210m中段为目前黄牛岭铁矿主采中段，主采中段下部为-280m至-210m中段的采空区，并且已经充填完毕、但是充填体未接顶至主采中段的底板，导致顶板全暴露，另外空区暴露面积大、空区空置时间长、岩石条件较差的采场地压活动更加明显。-140m中段凿岩巷道内普遍存在不同程度的地压活动现象或迹象，凿岩巷道顶板3m-8m范围内地压活动相对明显，严重影响黄牛岭铁矿安全生产。

1 组合凿岩嗣后充填采矿法简介

黄牛岭铁矿采用组合凿岩嗣后充填采矿法，-280m中段高度为70m，矿房下部23m采用上向扇形中深孔爆破落矿，上部47米采用深孔爆破落矿，铲运机在矿房底部集中出矿，即采用组合凿岩嗣后充填采矿方法采矿，组合凿岩嗣后充填采矿方法参见图1。

图1 组合凿岩嗣后充填采矿方法图

组合凿岩嗣后充填采矿方法要求在矿房底部进行中深孔凿岩、中深孔装药爆破落矿、铲运机出矿等工作。-140m中段顶部是组合凿岩嗣后充填采矿法矿房的凿岩硐室，用于深孔凿岩作业，凿岩硐室布置图见图2。

图2 上部凿岩硐室布置图

2 采场主要地压活动现状及原因分析

2.1 采场的地压活动范围主要集中在-140m中段采场底部区

黄牛岭铁矿-140m中段下部中段为-210m中段，该分段采用组合凿岩嗣后充填采矿方法开采，是黄牛岭铁矿的首采中段。由于当时充填站建设滞后于采矿生产，充填能力不足，导致-210m中段大量矿房回采后未能及时充填，形成空区的矿房搁置时间长达1年至4年。由于空顶面积大，加之爆破震动、地下水等因素的影响，因此地压活动频繁，大量矿房顶帮坍塌冒落。

2.2 矿岩条件较差的地域地压活动相对明显

黄牛岭铁矿床为泰山岩群山草峪组黑云变粒岩、黑云角闪片岩，岩石硬度系数f=7～18；矿体岩石为磁铁角闪石英岩，矿石硬度系数f=7～12。矿体顶板及矿体岩石质量指标RQD值平均83%，岩体完整性中等。矿体底板岩石质量指标RQD值平均84%，岩体较完整，稳定性较好，坑道掘进一般不需要支护。但由于位于矿体上盘有一层黑云角闪片岩，岩体中等完整，局部较破碎，片理较发育，易造成坑道片帮现象。现场揭露情况也发现部分矿房节理较为发育，暴露后在爆破震动等外界因素的影响下，岩体容易顺着节理面张开与拆断，局部产生冒落等失稳现象。

2.3 同一中段内，后期回采的矿房地压活动更明显

矿房爆破后形成的采空区采用废石与尾砂非胶结充填，由于非胶结充填体属于松散状态，不仅限制岩移能力差，而且充填后一段时间存在自然沉降，同时在较大空区内受外力的作用下不可避免会产生蠕动。充填的蠕动对周边充填体及围岩容易较为明显的次生应力，次生应力的作用加剧了区域地压活动。

3 采场地压活动控制方法

3.1 及时采用胶结尾砂充实采场底部空置空区

（1）对尚未充填的矿房，及时用水泥：尾沙为1∶12至20的胶结尾砂充实采场底部空置空区，减小空顶面积和空区体积。

（2）对于已充填的矿房，空顶面积大的。①空顶面积大于1000m2且空顶高度大于10m，施工浇筑混凝土充填挡墙将空区全部封闭，在上水平钻凿充填钻孔，利用充填钻孔对整个空区进行胶结充填。②800m2≦S空顶面积≦1000m2且空顶高度小于10m，在矿房下部中段凿岩道口两侧堆砌围堰胶结充填接顶。

3.2 加强采场底部出矿巷工程支护和采场生产期的维护工作

采用锚杆、锚网、锚网喷、锚索、浇砌砼墙砼柱等支护形式进行支护。

（1）对于顶帮局部破碎的情况，采用锚杆、锚杆加金属网、锚杆加金属网加喷砼等支护形式进行支护。

（2）对于空顶面积大的情况，主要采用对空区进行围堰胶结充填的办法使空区的空顶面积减小，辅之以锚、网、喷、锚索（4m至6m长）、液压支柱等形式的支护。

（3）对于空顶面积大、存在断层破碎带、顶板及矿柱有大面积垮塌的情况，除采用（1）、（2）中的办法进行控制外，再采用支模浇筑混凝土墩（柱）支撑的办法进行支护。

3.3 合理调整矿房回采顺序

（1）采取由矿体中央向两翼的回采顺序。采取由矿体中央向两翼的回采顺序，有利于采空区形成拱形或似拱形状，也有利于在开采过程中应力逐渐向两翼转移而不产生明显的应力集中，降低区域的地压活动。

（2）采取优先回采矿岩条件差的采场。岩石条件差构造发育，尤其是断裂与层间弱面构造是造成地压活动的一个主要因素。断裂构造不仅使得原岩应力转移，引起局部岩体应力集中；而且岩体本身被切割，也破坏了岩体的完整性，使岩体的承载能力下降。

3.4 推进减震爆破

黄牛岭采场相对密集、生产规模大，采场崩矿量大、频次高，应避免采场崩矿同时进行，尽可能拉长采场间隔崩矿时间；同时控制同次和同段爆破的规模和炸药量，适当加大雷管段差，避免爆破效能的叠加，以降低爆破作业对周边的影响。

3.5 合理留设永久矿柱和临时矿柱

就黄牛岭采区实际考虑，加大采场永久间柱厚度，或留部分采场暂时不采，并在-270m水平设置阶段矿柱。即采场间柱由原来的6m～8m调整到8m～10m，-140m中段部分风险较大采场暂时不采，兼作支撑矿柱；同时在-270m水平下方设置厚20m连续或不连续的阶段隔离矿柱，以削弱下部中段地压活动对上中段的影响。

3.6 建立地压监测系统

建立采区地压活动的日常监测系统，及时掌握地压活动的变化情况，以及时并具针对性地采取措施，防止地压灾害的发生。

基于黄牛岭采区的岩性和开采特点，主要是以监测岩体位移为主，即采取应力和位移相结合方式进行。位移的测试方式可采取滑尺和全占仪进行。单一的木滑尺是测试某一点的位移，要求布设在采场进出口岩体完整性完好的地段；而全占仪布点监测一个区域内的位移，可布设在采场底部空区密集的周边，测试的周期可根据矿区的实际而定，一天一测，并建立地压监测台帐。

表1 采场风险等级划分标准及控制措施表

3.7 加强充填采场滤水与采区的排水管理

地压活动显现与水关系密切，地下水引起地压活动的主要原因有：一是水能软化断层、节理中的泥质物，降低岩体的C、Φ值，从而降低抗载能力；二是断裂结构充满水后会产生静压，使岩层间的摩擦阻力降低，容易发生坍塌和岩移；三是地下水的渗流作用还会冲刷岩层间的泥质物和碎石，加大岩体间隙破坏岩体的完整性，使岩体容易失稳；四是加剧风化岩体的作用，同时侵蚀地下工程支护物体，从而降低围岩与支护物的强度。

因此，水的作用不仅削弱了岩体与支护体的强度，而且还激活了区域的地压活动。

黄牛岭铁矿坑内涌水主要来源于采空区尾砂充填的富余水，首先加强充填采场排水，完善采场滤水排水设施，其次要加强采场以外水的管理，修复各中段主要巷道及排水沟，并定时进行清理，保证水沟的畅通，尽可能不造成井下积水现象。

3.8 对采场底部冒落高度大或极其破碎的情况，采用全中段深孔侧向崩矿的方法进行回采

由于-140m水平部分采场冒落高度大或顶板极其破碎，组合凿岩嗣后充填采矿方法需要在采场底部进行中深孔凿岩、装药爆破、支护等工作，无法保证安全生产，为确保安全可将组合凿岩嗣后充填采矿方法改进为全中段深孔侧向崩矿采矿法。

该方法采用KQG-150高气压环形潜孔钻机在采场上部凿岩硐室内钻凿70m全中段深孔，深孔孔径有Φ115mm和Φ165mm两种；孔径Φ115mm炮孔采用连续装药结构、孔径Φ165mm采用间隔装药结构，使用的炸药有粉状乳化炸药、膨化硝铵炸药、改性铵油炸药等，炮孔内敷设导爆索，毫秒导爆管雷管起爆，单孔单响。

4 建立采场地压进行风险分级管理表

地压活动是有规律性的，是可以认识的，也可以控制的。因此，应加强矿山管理与施工人员对地压的认识，尤其是一线管理、设计和施工人员的矿山地压的认识。以形成从设计到施工等各个环节来控制地压，从源头上以控制地压，形成由事后处理为主转为事前控制为主，由被动变主动的格局，使地压活动所造成的危害减小到最低程度。

为便于地压管理，根据现场地压活动情况，按风险程度由高到低将采场划分为一、二、三、四共四个风险等级，对不同的风险等级制定相应的地压管理措施，然后根据各采场地压风险等级、地压治理的轻重缓急、生产计划等，制定地压管理实施方案。

采场风险等级采取动态划分，根据现场地压活动情况每月进行更新，较高风险等级的采场经过充填或支护等治理后，经评估可以降为较低风险等级，较低风险等级的采场出现剧烈地压活动时也将及时将其调整为高风险等级，根据以上原则和工程实践，建立了采场风险等级划分标准及控制措施表。

5 结论

（1）嗣后充填采矿法及时充填接顶是控制地压显现的重要手段。

（2）地压显现的矿房应采用多种措施进行治理。

（3）根据工程实践，建立的采场风险等级划分标准及控制措施表，此表能够很好的治理采场地压显现。

（4）地压显现是有规律的，是可以认识和治理的。