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浅谈非煤矿山采空区治理技术

分类:采煤塌陷地 时间:2024-07-02 03:07:00 浏览:44次 评论:0
摘要:矿山开采必然形成采空区,而采空区的形成,使周边一定范围的岩体应力重新分布,导致岩石变形、破坏和移动,成为生产的安全隐患。为了减少岩石和地表移动幅度,减慢其移动的发生和发展,防止大面积的地压活动,必须对采空区进行处理。对于矿山的采空区,处理方法通常有封闭、崩落、加固和充填几种。但由于各个矿山的具体条件不同,各个采空区位置、形态特征各异,对每个采空区的治理方法,...
关键字: 非煤矿山 采空区

矿山开采必然形成采空区,而采空区的形成,使周边一定范围的岩体应力重新分布,导致岩石变形、破坏和移动,成为生产的安全隐患。为了减少岩石和地表移动幅度,减慢其移动的发生和发展,防止大面积的地压活动,必须对采空区进行处理。对于矿山的采空区,处理方法通常有封闭、崩落、加固和充填几种。但由于各个矿山的具体条件不同,各个采空区位置、形态特征各异,对每个采空区的治理方法,常常不尽相同。如何针对采空区的特点和条件,综合考虑影响其处理方法决策的各种因素,并应用先进的手段和治理技术,是多采空区非煤矿山生产的重要环节。

一、采空区的治理形式

一般治理方法根据不同采空区的特征,其处理方法有以下几种:

1、强制崩落围岩,使地表陷落消除空区,或者强制崩落部分围岩使之形成废石垫层,将作业区段隔开。

2、围岩自然崩落充填空区。

3、用矿石垫层将作业区段与采空区隔开。

4、用各种材料,包括掘进废石、选矿尾砂或尾砂加其它胶结材料充填空区。

5、留永久矿柱支撑空区。

6、矿柱支撑和充填联合处理采空区。

7、疏通空区与密闭空区。

8、以上2种或几种不同方法联合处理空区。

在以上多种采空区治理技术中,又可以归纳为:充、崩、撑、封等4种具体使用方法。各种形式都有一定的适用条件和局限性。

二、采空区的一般治理技术

1、充填法治理采空区

充填治理采空区可以减小岩石和地表移动的幅度,并减慢上述移动的发生和发展过程,防止大面积地压活动,并有助于解决尾矿和采掘废石的堆放问题。和其他处理方法比较,充填法处理空区一般建设投资较大,费用较高,工艺较复杂。主要在下列情况下应用:一是地表需要保护;二是为控制岩石移动对井下设施或作业区的有害影响,采用其他方法处理达不到目的或不合理;三是尽管充填设施投资较大,但因充填量大,所以在经济上也合理。处理空区主要采用废石干式充填和尾砂、碎石水力充填。

废石干式充填空区的优点是:充填系统及输送简单,材料来源较易,充填成本低。缺点是:充填体沉降率较大,难于接顶,废石人工充填效率低,有时需从地表采石,增加充填成本。

尾砂、碎石水力充填空区优点:充填较致密,接顶程度好,可更好地控制顶板岩层移动和崩落,保护地表安全,提高矿石回收率;用尾砂充填,更可改善地表环境,减少尾矿坝库容;充填料用管道输送的效率高,能力大,充填机动灵活。缺点是,建立尾砂分级、碎石破碎、充填输送系统等设施的一次投资大;充填工艺技术管理要求严格。

采空区充填和回采工作应协调进行。应根据开采顺序、矿块开采强度,充填准备时间和充填速度、岩石性质、地质构造弱面状况、允许暴露面积和时间等因素确定合理的充采周期,以提高充填效果和顶板管理效果。如果空区充填过分滞后于回采,导致空区顶板冒落、矿柱变形、破坏,给空区充填工作带来困难,作业区的地压也将激增。对已经形成的大量空区,往往充填难于同时全面展开,应根据采掘现状,空区分布状况,地质构造弱面分布,按首先充关键部位的原则确定充填部位和顺序。

2、崩落围岩治理采空区

崩落空区上部和周围的岩石来充填空区。以解除空区周围的应力集中,并形成缓冲层,以防止在伯婆上部岩层时引起的空气冲击波对巷道、设备和人身的危害,并根据具体情况,在有关地点设置隔离墙与采空区隔绝。它适用于:(1)地表允许崩落时。如果地表需要保护,则矿体埋藏很深。(2)回采矿柱和处理空区同时进行时。但矿石损贫指标高,适用于价值或品位不高的矿体开采。(3)各种稳定性围岩。但用强制崩落时,其稳定性应能保证放顶工程稳定和作业安全。

崩落围岩的方法有强制崩落和自然崩落两种或两种相结合。前者需要投人工程和增加处理成本,而后者要有合适的围岩自然崩落条件,且效果不易控制。此法和充填法比较,简单易行,成本较低。

3、以永久性矿柱或人工矿柱支护采空区

借永久矿柱支撑空区顶板,是一种简单而有效的处理方法。矿柱包括规则的与不规则的矿柱;顶底柱和间柱;为控制岩层移动专门保留的安全矿柱或隔离矿柱。在满足采空区要求的条件下,永久矿柱应尽量保留在贫矿带或非工业矿带。此法适用于:水平及缓倾斜中厚以下矿体;矿岩稳固与结构面少;矿石品位不高,价值不大或专门留下贫矿石矿柱;采空区规模不大或地表有重要建筑物等情况。

此法技术简单,空区处理费用低。采用此法时常牺牲部分表外或表内矿石,一要开展岩体移动观测;二要封闭部分采空区,避免与生产区段相通,防止气浪冲击破坏。

4、封闭和隔离空区

封闭和隔离空区就是把空区通向生产区域的通道密闭或隔离,以防止空区周围岩石突然冒落时发生的空气冲击波对生产区域的危害。此法主要用于边远的孤立空区,既可独立使用,也可以与其它方法联合使用。隔离措施是:封闭空区至所有生产区的通道:在适当地方使空区与地表相通;在适当位置留下矿柱隔离空区;留足够厚的矿石垫层与其下部生产区段隔离等。密闭空区的方法有岩石阻波墙、混凝土阻波墙、齿状阻波墙和缓冲型阻波墙等。隔离墙厚度根据采空区大小具体确定。

三、新型采空区治理技术

1、类框架结构支撑采空区

类框架结构采空区治理技术主要是利用表外矿石柱,或部分低于经济开采条件的表内矿石柱并结合富矿体开采使用人工矿柱,在水平与垂直方向不规则地分隔采空区,使连续空区变为独立空区,变大空区为小空区,让其自然片落围岩充填空区而与生产矿段隔离。这种空区处理方法的适用条件为:矿石量不大、矿体连续性差、矿床开采深度不大及原岩残余地应力不大的矿区。封、充、崩的采空区处理方法都要付出一定的经济代价,增加作业时间,消耗人力物力,而类框架结构采空区处理技术是成本相对较低而且有效的方法。其主要技术特点是:(1)该技术属矿柱支撑空区范畴,而与矿山生产同步进行,不像嗣后充填或崩落那样,需另投入工程与耗费时间;(2)它所形成的人工矿柱既是回采富矿的正常生产投入,费用已由采出高品位矿石补偿,又是类框架结构的组成部分;(3)它既贯彻矿床开采四项原则,又需损失部分表外矿石或低于当前开采经济条件的表内矿石;(4)中段探清矿体规划设计先行,施工设计后行,人工矿柱先构筑,矿房回采后进行,干式充填采矿法先回采,浅孔留矿采矿法后实施。

在应用类框架结构采空区处理新技术时,需注意下述问题:(1)要搞好探清矿体规划设计。由权威技术人员提出中段矿体总体规划设计意见,然后组织地、测、采技术人员与其它管理人员共同讨论,通过探讨研究而形成共识,群策群力,将采空区处理技术落实于矿体开采之前。(2)矿区存窿矿石量不宜太多。一般为月出矿量的1.5倍~2.0倍,即是说最好在主要矿体采用三强作业技术,缩短矿房出矿时间。(3)采场回采过程中如遇破碎或不稳岩层,应加强采场支护工作,采用锚杆、锚网、锚索等支护手段,减少采矿及出矿的矿石贫化。(4)每个中段的矿体回采,在市场经济条件下,先富后贫先大后小,但应把所有探清矿体一并回收,绝不能创造矿体二次回采条件。

2、隔绝封闭和充填联合法

隔绝封闭和嗣后废石充填形成岩石垫层治理采空区的方法,是一种简便而经济的采空区处理方法,它通过封闭隔离层的隔离与支护作用,既能缓解生产中段的应力集中,提高围岩的稳固性,又能把上部采空区及覆盖松散岩石与生产中段隔离开来,避免在覆盖岩石下放矿,从而大大降低了采矿综合贫化率和损失率。同时,结合人工混凝土底板浅孔留矿采矿法形成人工混凝土隔离底柱,可大幅度减少矿柱矿量,提高矿石回收率,有利于矿块矿量的及早回采,并缓解了矿山三级矿量的紧张状态。此方法不仅在技术上可行,而且经济上合理。

来源: 地大华睿工程检测

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