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采掘顶板的安全管理措施

2011-02-24   来源:安全文化网    热度:   收藏   发表评论 0

  矿山的安全问题随着矿山生产的产生而产生,随着开采深度的发展而发展。在矿山的开采过程中,由于受到人的不安全行为,物的不安全状态和环境的不安全因素的影响和限制,导致伤、亡事故的频频发生,已经引起人们的广泛关注。

  矿山安全生产管理的重点和难点是井下的采掘顶帮的安全管理工作。深入现场作业及服务的人员越来越想有一个良好的安全环境,消除顶板的不安全状态。

  一、 顶板安全管理的制约

  1、地质状况

  矿体走向为NE30°~40°w 左右,倾向NW,倾角25°~45°左右,主断层有5~20cm的断层泥,遇水极易软化坍塌,断层上盘为蚀变极为强烈的绢英岩化花岗岩,其岩石极为破碎,且含有泥质和裂隙水,对下盘矿石开采极为不利;位于主断层下盘的矿体节理裂隙极为发育、构造节理面纵横交错,且节理面内多有泥质充填,稳固性较差;矿体下盘的围岩破碎、稳定性差,赋存于黄铁娟英质碎裂岩及硅化花岗岩蚀变带碎裂岩中,构造裂隙极其发育。黄铁娟英质碎裂岩f=6~8,上盘岩石f=4~6;其抗拉强度仅为单轴抗压强度的1/9~1/19,垂直于结构面的抗拉强度趋近于0。这种矿岩条件直接制约着采掘顶板的安全管理。

  2、破碎岩体给顶帮管理带来的限制

  其一,极易受爆破震动的影响发生微观结构上的破坏,使岩体发生变化,当结构面上的滑移超过其位移的极限值时,岩体结构解体崩溃,往往无明显变形而突然冒落。

  其二,对于采掘工程在施工过程中,由于岩体的抗拉强度较小,顶板自撑拱形之内的岩体重量就变成了岩体的抗拉强度,在一定的暴露面积和一定的时间内,当顶板承受的拉应力(岩体的自身重量)超过岩体本身的抗拉强度时,便使顶板在拱顶范围内的岩石发生冒落。因此这种矿岩条件给顶帮的安全管理工作带来了极大的难度。

  二、顶板安全管理的措施

  1、不断改善采矿方法,逐步改变顶板的暴露面积和暴露形式

  安全上可靠,技术上先进,经济上合理是应用采矿方法的三个必要的条件,但首要的因素就是安全上可靠,如果安全上不可靠,其他条件再好也经不住历史的考验,不能成为采矿生产的好方法。

  1)顶板暴露面积的改善

  采用上向水平分层充填采矿法,其采场空顶跨度在8米左右,长度为矿体的水平厚度,并且分一、二步回采,二步采难度更大,采取了锚杆支护顶板,经常出现塌方冒顶现象,并且非常严重,直接威胁着作业人员的安全。

  采场采用了巷道掘进式进路采矿,进路空顶的跨度保持在3m左右,使顶板暴露跨度比原来缩小了60%以上,暴露面积的缩小,拱顶内岩石重量随之减少,增加了岩体的稳定,顶板的冒落现象有了明显的减少,使顶板的安全管理有了进一步的改善。

  顶板暴露的跨度进行了进一步的研究,对于三类岩石为中等破碎岩石,跨度在3~5m,顶板暴露时间在一个周之内,四类岩石为特别破碎岩石,顶板跨度在2.5m暴露时间只有10小时,便会出现塌方;随着开采深度的加深,岩石的应力将会进一步的加大。

  2)暴露形式的改变

  采用上向进路开采,虽然顶板的跨度只有3m,但是顶板仍然为不断变化的岩石,对于极其破碎、泥质构造较多且淋水的地点,即使采取较密的锚杆支护及其他支护也不能保证其安全,也经常出现塌方,仍然威胁着作业人员的安全;采场进行生产顶板暴露跨度只有3.0m左右,顶板是钢筋混凝土假底像楼板一样,只要假底严格按照设计要求进行施工,顶板一般不会变化。从而改善了破碎地点的顶板状况。

  2、采用合理的施工工艺,减少对顶板的破坏

  采掘工程顶板的跨度暴露在巷道规格的范围内,如果不采用合理的施工工艺和爆破参数,也会加剧对顶板的破坏或增大暴露面积,不利于顶板的安全管理。合理的施工工艺和爆破参数,能够减少对顶板的爆破震动和破坏,从而达到顶板安全管理的目的。

  1)合理布置采掘工程和施工循序

  断层构造带与矿体走向基本一直,施工工程沿着构造方向布置,那么顶板受构造控制就难以形成设计的轮廓,并且将构造直接暴露出来,在顶板形成大的构造及断裂面,不利于顶板的安全管理;与构造方向垂直布置工程,暴露构造较小,便于顶板的安全管理。因此布置工程特别是采矿工程时,应尽量与构造面垂直布置。

  后退式顺序回采,特别是相临进路一帮为充填体,一帮为岩石实帮,一旦充填体一侧不接顶,采取适当的措施将不接顶充填体进行木垛接顶,顶板暴露面积也能保证在设计的范围内,有利于顶板的安全管理。凿眼爆破的顺序也决定顶板的暴露面积,进路采矿掏槽布置在进路的中间能避免充填体一侧的爆破破坏,减少尾砂的塌落,关键是爆破顺序和装药量。

  2)顶板控制爆破是解决采掘工程顶板最有效、主动的顶板管理方式

  对于掘进工程和进路采矿工程要求的顶板形状是不一样的,掘进工程顶板形状要求为三心拱形,这种顶板形状符合岩石的受力情况。而采矿工程是进路采矿,顶板要求平整,以减少矿石的损失与贫化,但这种顶板的平整不利于顶板的安全管理,因此要求形成一个微拱形,既能保证顶板的安全又能确保少损失矿。

  顶板的控制爆破参数必须达到如下要求:顶板眼距保持在70~80cm左右,超过100cm就不能达到控制的目的,顶板眼与上辅助之间的距离应80cm左右;一般3m宽的规格:三心拱应为6个顶眼,进路要求平整,但也要求有个微拱形,顶眼应为5个;顶板眼必须要求平直,并且必须保证中间的顶眼要比两帮的顶眼要低。对于装药必须严格按照空气间隔或空气柱间隔进行装药,装药量不能过大,一般对于2.0m深的顶眼较硬的南翼岩石装药量不得超过3支普通药卷,里面2支中间一支,破碎一点的岩石装药量应控制在一支到2支药卷之内,达到里面一支中间不放或一支;只有药量减少,才能减少对顶板的爆破震动破坏,只要严格按照控制爆破的要求去施工,无论顶板岩石如何,肯定能够减少对顶板的破坏,否则装药量过大,造成顶板的加剧破坏。从近几年的爆破实践情况来看,主要就是存在两个问题,一个是顶眼间距过大,职工为了少打一个眼,再一个是顶眼药量过大,有的一个顶眼药装达5~6卷,对顶板加剧了震动。

  为了更加深入的推广顶板控制爆破技术,确保顶板的安全管理,准备试验采用劈裂管光面爆破技术,顶板使用的炸药为小直径或药卷上部为非爆破材料、药卷下部为爆破材料。目的是在爆破时炸药只对下部岩石产生破坏,对上部顶板岩石起到保护和缓冲作用。

  3、预防为主,强化对顶帮的支护

  对于顶板虽然采用了小的规格进行施工,也采用了控制爆破技术,那些都是主动的保护顶板;但是顶板岩石比较破碎,必须采用严格的支护,对顶板的支护形式多种多样,最根本的目的是保证顶板岩石不塌落。

  管缝锚杆是我矿最主要的一种支护形式,锚杆长度为1.8m,现采用的网度为1.0×1.0m2一根,这种支护的网度符合锚杆间距为锚杆长度一半的要求,已在我矿的进路采矿与掘进工程中起到了一定的作用。

  锚杆均应垂直构造,对于30°倾角的构造,锚杆的角度60°左右最为合适,进路采矿均是向主断层方向所施工,锚杆随着进路施工的方向施工在50°~70°能够满足锚固要求,并且应向两帮方向倾斜;沿走向的工程,锚杆必须有个合适的角度,杜绝沿滑面或节理构造而施工的现象,否则不但起不到支护作用,反而会对顶板造成破坏。对于顶板比较光滑的也必须采用合理的锚杆支护,因为顶板存在倒三角节理,即使控制的再好,顶板也有构造节理,节理面中有泥质,也极易随震动或淋水而造成冒落。在施工锚杆时,不仅仅是垂直于节理面,必须将锚杆穿透三角节理,使危岩被锚固在好的岩体中或相临进路的顶板上方。

  破碎的掘进巷道,应当采用喷锚支护,甚至需要喷锚网支护。-110m中段四分段巷采用了喷锚支护,由于岩石的破碎,受爆破震动的影响,出现喷浆层脱落,顶帮又出现了新的隐患,对部分顶帮进行金属网支护再喷浆后,顶帮很牢固,胜于混凝土整体发碹支护。在主斜坡道-30m水平以下、-255m水平以下部分地段采用这种支护效果较好,金属网必须被喷浆体全部覆盖才能起到真正的作用。

  木支护是采掘顶板管理的一种有效方法,在破碎的采掘岩石中,作为一种临时的支护形式,采用木立柱或木棚支护,起到了有效的支护作用,但必须合格有效。

  4、严格管理减少顶帮隐患

  w顶帮控制的再好、采取的措施再得当,虽然不能出现大的塌方,但如果人存在着各种侥幸心理和不安全行为,仍然会被浮石所伤害。特别是采掘迎头范围内的没有进行喷锚支护的工程,顶帮的岩石是一个不稳定状态,每时每刻都在发生变化,有时一些倒三角岩石没有发现,或撬帮问顶不细,当自身的粘结力不足,便冒落,如果及时发现处理下来,会避免伤害。因此必须认识到顶板的不安全状态,严格管理,才能杜绝带浮石作业现象,将事故隐患消灭在萌芽状态。