采场顶板岩移控制及安全监测与预报技术研究

李小兵

（锡矿山闪星锑业有限责任公司，湖南 冷水江 417500）

【摘要】本文扼要地阐述了锡矿山锑矿的采场顶板控制技术研究与应用状况，提出了主动利用人工支护，开展顶板岩移监测预报工作，回采后及时充填，有效地控制顶板围岩的变形，防止其坍塌的技术措施，大大地改善采场回采安全生产条件，降低矿石损失贫化，保证了生产安全。

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关键词 采场顶板；岩体移动；监测；安全预报

为了把矿石从地下深处采掘出来，必须在岩体中开掘井巷、硐室、采场等采矿工程，而采场是地下采矿工作的主要场地，一旦开掘之后，必然破坏岩体原有的相对平衡状态，使采场周围那部分岩体（围岩）的应力重新分布，引起围岩的变形、破坏和坍塌，严重的地压现象又必然会影响采矿工作的正常进行，甚至危及人们的生命安全。

为了控制采场地压，稳定采场顶板，保证正常进行生产，我们必须掌握采场围岩应力状态、变形、移动和破坏的规律，采取采场支护、空区处理、采场顶板安全监测与预报等措施，以达到控制采场顶板，保护采场顶板安全的目的。

1　采场顶板支护

锡矿山锑矿目前采用的采矿方法有胶结充填法（亦称人工壁柱房柱法）、普通房柱法、杆柱砂浆充填法、杆柱房柱法。中厚以上矿体视品位高低和地表需要保护程度分别采用胶结充填法和普通房柱法开采，薄矿体亦视品位高低和地表需要保护程度采用杆柱砂浆充填法和杆柱房桩法开采。

各种采矿方法的矿块垂直走向布置，长为60m左右，矿房跨度6～15m。其采矿方法的显著特征是采用空场法回采，嗣后用胶结充填料或块石与分级尾矿充填处理采空区。

胶结充填法矿块沿走向划分为矿壁和矿房，矿壁跨度为8m，矿房跨度为8～10m，用空场法先回采矿壁，嗣后用胶结充填料充填，待充填体达到一定的抗压强度后，再回采矿房，采空区用块石或分级尾矿充填。回采过程中，当采场顶板不稳固时，留0.8～1.2m的矿石护顶层。如局部不慎破坏了矿石护顶，暴露的炭质页岩（Ⅳ级围岩）设置2.0m长的快硬水泥卷锚杆，网度1×1m2，喷射100～150mm厚钢筋网混凝土。F75、F3、F219等大断裂层（Ⅴ级围岩）如局部暴露，则设置2.5m长的快硬水泥卷锚杆，网度1×0.8m，喷射150～200mm厚钢筋混凝土保护。普通房柱法采场支护与胶结充填法相同。

杆柱砂浆充填法矿块沿走向划分为矿壁和矿房，跨度均为6m,因矿体厚度薄，采场顶板不留矿石护顶，直接采到页岩层，顶板保护设置2.0m长的快硬水泥卷锚杆，网度1×1m2。杆柱房柱法采场支护与杆柱砂浆充填法相同。

1．1　快硬水泥卷锚杆支护

应用杆柱砂浆充填法和杆柱房柱法开采顶板不稳固的缓倾斜薄矿体时，采场顶板不留矿石护顶层保护，采用快硬水泥卷锚杆支护，该锚杆由螺纹钢、速凝水泥卷、垫板组成，水泥卷长230mm，直径32mm,每卷重185g，螺纹钢直径16mm,长2m,垫板规格为150mm×150mm×6mm.。

锚杆安装可以与工作面凿岩同时进行，用直径为36mm~38mm的钻头钻孔，孔深2m,每个钻孔使用药卷9～10个，打完孔后紧接着进行锚杆安装，将水泥卷每隔20s依次放于水桶中浸泡，浸水30s～100s（按水泥卷出厂说明书当批所标浸水时间）后将水泥卷拿出立即用炮棍送入孔内，装水泥卷时要稍用力，以防水泥卷滑落，水泥卷装好后用手将螺纹钢插入孔底，若未到位时，可套上冲杆和导筒用钻机顶紧。如需要安装垫板，应采用下端焊有挡环的螺纹钢，并事先把垫板套在螺纹钢上。

水泥药卷锚杆从锚固功能来看：属全长度粘结岩体，具有和砂浆锚杆一样的作用。但作用时间比砂浆锚杆要快。60min后锚固力可达到6～9吨，对岩石的适应性很强，对于阻止围岩位移方面的效果要比点锚固锚杆好，除了极为破碎的岩石不太适用外，一般都能适应。

1．2　喷浆与喷锚护顶

用普通房柱法和胶结充填法开采的采场，顶板留以0.8～1.2m厚的矿石保护。若开采高度超过10m，顶板比较稳定时，采场实行纯喷浆加固，当顶板暴露页岩时，采用喷锚联合支护，喷浆厚度50mm，锚杆网度1×1m时，杆长1.8～2m。

喷浆采用2Hp—2型转盘式喷浆机。400#硅酸盐水泥，中或粗粒河沙并添加一定比例的速凝剂，灰砂比为1：3～1：4，设备一般置于采场上端的通风或充填平巷内，混凝土经塑料管用风力送到采场。

2　空区处理

在通常情况下，开采深度不太大时，尽管地压随着深度增加而增加，但表现不明显，随着开采深度较大，空区范围超过一定界限时，常常引起大规模的地压活动，致使巷道和空区发生自然崩落出现，矿柱突然破坏、岩层移动、地表下沉，塌落等地压现象。对此，矿山一般采用“崩”或“充”等手段来消除空场，达到在全矿山控制和管理地压的目的。

锡矿山南矿曾采用正规的房柱采矿法开采，空区体积日益增大，许多采空区连成一大片未及时处理，以致先后三次发生大面积地压活动。为了及时消除地压带来的危害，对于地表分布有大量工业厂房、民用建筑物及河流而需要保护的中西部空区，选用矸石及尾砂充填处理，对于地表不需要保护的东部大冒落区边缘的一些采空区，采用深孔强制崩落。

为了从根本上控制采场地压活动的发生，我公司与长沙矿山研究院等单位开展了新的采矿方法研究，逐步采用胶结充填采矿法开采，大大地降低了矿石损失贫化，维护了采场顶板的安全。

3　采场顶板监测

采用房柱采矿法或胶结充填采矿法，都是嗣后一次充填采空区处理，空区顶板暴露周期较长，开展采场顶板监测工作对于采场开采和空区安全具有极其重要的意义。

采场顶板监测方法可分为人工宏观调查分析和仪器微观测试预报两大类，以工作地点而论，有现场监控和远距离遥控。

3.1　人工监控

人工监控的主要工作是去井下现场做宏观调查，统计类比分析，主要是通过人工看岩变、量裂缝、涂黄泥、打木、听岩声等而实现预测预报。

3.2　仪器测试

应用光、电、声、机四类数十种测试仪器和研究设备进行测试，直接用于顶板监控测试的仪器有弹簧沉降器、挂顶压力计、橡胶垫、裂缝计、对顶观测器、脱层仪、顶板测力计、顶板压力仪、地音仪、杆柱量测器、水准仪、经纬仪等。

测试内容包括顶板的沉降、平移、压力、磁电势、高频等；柱的承压状况、应力变化、周围巷道特别是巷道顶板岩变。

观测网布置，一般是沿矿层走向布设主轴线，每隔50m-150m垂直于主轴线布设短轴线。巷道测点应布在顶板轴线部位和两壁的中部，矿柱测点应布设在侧向中部和距采场顶板0.5m～0.8m部位，采场顶板点一般固定或布在杆柱尾端处；基点一定要布设在基岩很稳定且能通视的地方。

3.3　安全预报

采后的空区顶板在覆盖岩层的压力作用下，将产生弯曲变形，其下沉量的大小与岩石性质、采场的几何形状、边界情况及空区空顶时间长短因素有关。开采初期下沉量小，随后逐渐增大。当顶板下沉量W=150-170mm，下沉速度V≥1.5-5mm/天，下沉曲率K≥2×10-3时，空区顶板处于冒落前的临界状态。

在直接顶板弯曲变形和破坏的过程中，顶板上覆岩层也出现较少的变形（下沉和错动），其量随时间的增加而加大，离直接顶板越远，下沉量越小，在顶板离层的同时，常伴有水平错动，离层带的高度一般等于采高的2~3倍。

4　结论

采场顶板控制管理工作是矿山生产的重要环节，矿山已普遍引起重视，并花费了较大的气力进行探索。现在已改变了过去单纯利用岩石稳固性自然支撑顶板的被动状态，主动地利用人工支护，积极地开展顶板岩移监测与预报工作，回采后及时充填空区，有效地控制了顶板围岩的变形，防止其坍塌，大大地改善了回采安全生产条件，降低了矿石损失贫化，提高了回采强度，为矿山正规开采，提高经济效益做出了贡献。

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参考文献

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［责任编辑：薛俊歌］