正文

1.2 深井開采技術(shù)研究狀況(2)

深井礦山充填理論與管道輸送技術(shù) 作者:王新民


在印度,最具代表性的巖爆礦山為Karnataka州的kolar金礦,該礦早在1900年就出現(xiàn)了嚴(yán)重的巖爆問題,震度達(dá)到幾乎可以破壞地表建筑物的程度,其釋放能量高達(dá)106MJ。

在日本,巖爆是煤礦安全的嚴(yán)重問題之一。昭和24年(1949年)以來,北海道的奔別煤礦和美唄煤礦、九州的三池煤礦以及赤平煤礦都發(fā)生過巖爆。日本的金屬礦也發(fā)生過巖爆,如愛媛別子銅礦埋深約為1000m,800~950m處為巖爆多發(fā)區(qū),兵倉生野多金屬礦銅礦床也在埋深860m處發(fā)生過巖爆。

我國最早記載的巖爆發(fā)生在1933年撫順勝利煤礦,當(dāng)時(shí)的開采深度僅有200m左右,造成80余人傷亡。之后,撫順礦務(wù)局的龍鳳礦和老虎臺礦也先后產(chǎn)生了沖擊地壓,并隨開采深度和開采范圍的增加而增大。我國金屬礦較早發(fā)生巖爆的有湖南的錫礦山、江西的盤古山、東北的楊杖子、石嘴銅礦,以及后來的金川二礦區(qū)、紅透山銅礦、銅陵的冬瓜山銅礦等。最近紅透山銅礦分別于1999年5月18日和同年6月20日發(fā)生了兩次較大規(guī)模的巖爆,兩次巖爆地點(diǎn)均在-467m的9#采場附近,巖爆后采場斜坡道和二、三平巷有幾十米遭到破壞,巷道邊壁呈薄片狀彈射出來,最大片落厚度達(dá)1m。

能量釋放(或耗散)速率(ERR)被用來作為評價(jià)巖爆危險(xiǎn)程度的指標(biāo)。南非Elandsrand金礦深部礦體(距地表1700~2200m)采礦方法選擇時(shí),通過不同方法EERR值的比較,最終確定采用V形梯段式房柱采礦法。南非采礦研究協(xié)會(COMRO)開發(fā)了一套便攜式巖爆地震監(jiān)測系統(tǒng),監(jiān)測地震強(qiáng)度2以上的事件,該系統(tǒng)可準(zhǔn)確地提供地震位置。

針對深井開采出現(xiàn)的巖爆問題,控制技術(shù)措施主要有兩個(gè)大方面:第一,區(qū)域性防治措施。該措施的基本原理是盡可能避免采礦工作區(qū)域大范圍應(yīng)力(或應(yīng)變能)集中,使巖體內(nèi)的應(yīng)力(或能量)處于極限平衡狀態(tài)以下,從而達(dá)到控制巖爆的目的;第二是局部解危措施。

區(qū)域性措施包括:①合理布置礦山開拓系統(tǒng),優(yōu)化采場、硐室和巷道的結(jié)構(gòu)參數(shù),確定最佳回采順序,防止大范圍應(yīng)力長期過載。②巖層預(yù)注水,降低巖體強(qiáng)度,增加巖體塑性變形比例,使巖體內(nèi)聚力能多次小規(guī)模釋放,防止應(yīng)變能集中釋放。③開采巖體保護(hù)層,先將大規(guī)模開采礦體上方或下方的巖層采掉,使礦體大部分落入到卸壓帶內(nèi),降低礦體大面積回采時(shí)區(qū)域應(yīng)力。④充填采空區(qū),降低采場彈塑性變形和平均能量釋放率,實(shí)現(xiàn)減少巖爆發(fā)生次數(shù)(特別是破壞性巖爆)和降低巖爆強(qiáng)度的目的。⑤及時(shí)放頂,用崩落法回采有巖爆危害礦床時(shí),處于崩落范圍內(nèi)的巖體的崩落經(jīng)常會引發(fā)強(qiáng)烈?guī)r爆,因此,如果采空區(qū)頂板不能自然及時(shí)崩落,需進(jìn)行強(qiáng)制放頂,降低巖爆的危害。

局部解危和防護(hù)措施包括:①在有巖爆跡象的工作面打大孔徑鉆孔,增加工作面附近巖體塑性,降低局部巖體承壓強(qiáng)度,使工作面附近應(yīng)力峰值進(jìn)一步向原巖體內(nèi)推進(jìn),達(dá)到降低可能發(fā)生的巖爆強(qiáng)度或防止巖爆發(fā)生的目的。②采用松動爆破降低采場工作面巖體強(qiáng)度,使應(yīng)力增高區(qū)進(jìn)一步遠(yuǎn)離采場工作面,局部解除處于極限狀態(tài)巖體發(fā)生巖爆的危險(xiǎn)。③根據(jù)預(yù)計(jì)可能發(fā)生的巖爆機(jī)理和強(qiáng)度,選擇相應(yīng)的支護(hù)方法。對破壞性較小的巖爆,支護(hù)的作用是預(yù)防巖石表面剝落和破壞的發(fā)生,支撐和固定已移位的小塊巖石,一般采用噴錨網(wǎng)支護(hù)即可。對于中等強(qiáng)度的巖爆,支護(hù)系統(tǒng)內(nèi)在強(qiáng)度必須足以預(yù)防和控制巖石的膨脹和位移,這時(shí)錨桿密度要加大,并且用高強(qiáng)度、高韌性的金屬網(wǎng)和鋼纜繩增加支護(hù)強(qiáng)度。破壞性極大的巖爆,每米巷道破碎巖石的質(zhì)量可高達(dá)10t,破壞巖石的深度大于1.0m,巖石彈射最大初速度可達(dá)到10m/s,這時(shí)用任何經(jīng)濟(jì)的支護(hù)已都不現(xiàn)實(shí),對于這種巖爆的任何支護(hù)只能起到減災(zāi)的作用。④架設(shè)防沖擊擋板、格柵等保護(hù)井下作業(yè)人員和設(shè)備安全。


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