CN110017170B - 井下矿石开采地压灾害的预防控制方法 - Google Patents

井下矿石开采地压灾害的预防控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种井下矿石开采地压灾害的预防控制方法,包括以下步骤:获取井下水平采场回采矿块的位置;将回采矿块的位置与相应的卫星图片进行对比验证;根据上水平巷道和下水平巷道之间的位置关系以及对比验证结果,获取露天边坡滑移模型;根据露天边坡滑移模型确定地压作用区域;对地压作用区域采用改变矿体回采顺序,钢格栅锚支护方式,以及钢筋混凝土墙支护方式的预防方式。本发明可以有效地预防控制地压灾害,达到预期目标,保证矿石生产安全。

Description

井下矿石开采地压灾害的预防控制方法
技术领域
本发明涉及矿山开采技术领域,具体地,涉及一种井下矿石开采地压灾害的预防控制方法。
背景技术
目前,越来越多的矿山,前期露天开采后转入地下开采。前期露天开采结束后,形成的边坡高度一般都在100m以上,坡度多在40°以上,随着地下矿石开采形成的采空区或松散流动废石充填区(非充填采矿)范围的逐步扩大,露天坑边坡(尤其是上盘边坡)变形滑移随之扩大,对地下开采井巷工程形成持续的地压活动,局部区域压力集中显现,分段下盘联络巷及其附近工程部分区域出现巷道严重变形破坏,波及范围随着开采区域的推进逐步扩大,严重影响了正常生产。
地压灾害会造成诸多不利,例如:巷道底板鼓起,顶板下沉,巷道逐渐收敛,断面逐渐减小,甚至塌方将巷道堵住,导致人员和设备不能通过,将使得采场剩余未采出的矿石永久损失;减少了采场供矿能力,难以满足对产量的需要;地压日益剧增,对巷道造成破坏,严重影响井下通风效果,存在重大安全隐患。现有技术中,通过爆破松动卸压、矿井支架支护等技术来对易产生的地压灾害的预防控制,但是预防效果达不到预期的目标,且不适合正在爆破采矿的采场。
发明内容
鉴于以上问题,本发明的目的是提供一种井下矿石开采地压灾害的预防控制方法,以解决现有技术对地压灾害的预防控制难以达到预期目标,且不适合正在爆破采矿的采场的技术问题。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明所述井下矿石开采地压灾害的预防控制方法,包括以下步骤:
获取井下水平采场回采矿块的位置;将回采矿块的位置与相应的卫星图片进行对比验证;根据上水平巷道和下水平巷道之间的位置关系以及对比验证结果,获取露天边坡滑移模型;根据露天边坡滑移模型确定地压作用区域;对地压作用区域采用改变矿体回采顺序,钢格栅锚支护方式,以及钢筋混凝土墙支护方式的预防方式。
优选地,所述预防控制方法还包括:监测井下的水平巷道的变形数据,根据监测得到的变形数据确定是否回采矿石。
优选地,将回采矿块的位置与相应的卫星图片进行对比验证,包括:获取井下水平采场回采矿块的位置坐标,并将回采矿块的位置坐标映射到地面上,得到对应的地面位置坐标;根据卫星图片获取卫星图片中显示的塌陷区的位置坐标;将得到的地面位置坐标与塌陷区的位置坐标进行比对;根据比对结果确定井下回采矿块的位置与卫星图片中显示的塌陷区位置是否吻合,若吻合,则表明回采矿块的位置存在地压作用。
优选地,获取露天边坡滑移模型的步骤包括:根据上水平巷道和下水平巷道之间的位置关系确定井下的水平巷道冲击破坏范围;根据水平巷道冲击破坏范围以及卫星图片中显示的露天坑塌陷位置和塌陷形状,确定露天边坡滑移模型,得到露天边坡滑移模型的剖面图。
优选地,所述改变矿体回采顺序,包括:先开采矿体的中间部分,开采至中间部分与两翼成平行的直线时,开始开采两翼部分。
优选地,回采时,井下的每条水平巷道均匀回采,形成一条直线,其中,越落后的水平巷道,越先回采。
优选地,回采时,根据每条水平巷道的受压大小,井下的每条水平巷道呈阶梯状回采。
优选地,钢格栅锚支护包括:拱部以及柱腿,所述拱部位于所述柱腿的上方,安装在水平巷道的顶部,所述柱腿安装在所述水平巷道的两侧,并且与所述拱部焊接固定,其中,所述拱部与所述柱腿均由栅格网片制作而成。
优选地,对地压作用区域采用钢筋混凝土墙支护方式的预防方式,包括:在进路回采结束后,将钢筋混凝土墙支护设置于下水平巷道与进路交叉口。
优选地,所述露天边坡滑移模型包括:地表废渣回填区、露天边坡以及覆盖层,通过所述露天边坡模型显示水平巷道未采出矿体的受压面,确定井下的水平巷道对应的地压作用区域。
与现有技术相比,本发明具有以下优点和有益效果:
本发明所述地压灾害控制方法,通过露天边坡滑移模型确定地压作用区域,以达到预期的预防效果。并且,本发明可以很好地解决矿山开采下降速度较快,导致覆盖层流动速度快,对井下采场形成冲击地压,造成灾害的问题,以及各开采分层下盘沿脉巷与出矿进路交叉口跨度较大,自稳性差,地压作用难以控制的问题,从而将地压破坏作用对采矿安全生产的影响降低到最低限度,保证安全采矿,同时提高矿石的回收量,减少矿石资源损失,满足生产发展需求。
附图说明
图1为本发明所述地压灾害预防控制方法的流程示意图;
图2为本发明中露天边坡滑移模型剖面示意图;
图3为本发明中矿山回采平面示意图;
图4a为本发明中钢格栅锚支护的结构示意图;
图4b为本发明中钢格栅锚支护的主视示意图;
图5为本发明中钢格栅锚支护的钢格栅组成结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此,附图和描述在本质上是说明性的,而不是用于限制权利要求的保护范围。此外,在本说明书中,附图未按比例画出,并且相同的附图标记表示相同的部分。
图1为本发明所述地压灾害预防控制方法的流程示意图,如图1所示,本发明所述地压灾害预防控制方法,包括以下步骤:
步骤S1,获取井下水平采场回采矿块的位置,通过矿体坐标确定回采矿块的位置;
步骤S2,将回采矿块的位置与相应的卫星图片进行对比验证;
步骤S3,根据上水平巷道和下水平巷道之间的位置关系以及对比验证结果,获取露天边坡滑移模型,其中,将井下位于最上方和最下方的两个水平巷道分别称为上水平巷道和下水平巷道,例如,如图2中所示,+110m的水平巷道为上水平巷道,+50m的水平巷道为下水平巷道,两者之间的垂直距离相差60m;
步骤S4,根据露天边坡滑移模型确定地压作用区域;
步骤S5,对地压作用区域采用改变矿体回采顺序,钢格栅锚支护方式,以及钢筋混凝土墙支护方式的预防方式。
通过露天滑移模型可以确定井下各个水平巷道未采出矿体的受压面以及相应的地压作用区域,从而便于达到对地压灾害的预防控制目标,降低地压灾害对矿山开采的影响,提高矿石的回收量,减少矿石资源的损失浪费,且保证了采矿安全。
在井下矿石开采施工过程中,地压作用可以由多种成因,分析地压成因有助于对地压灾害采取相应的预防控制措施,例如,如图2所示,随着开采深度的下降,露天坑回填物将露天边坡压塌,随着覆盖层的下降,对+110m至+50m的水平巷道造成冲击破坏,使得水平巷道变形,从而可以得到水平巷道受到的冲击力的来源,进而采取相应的地压预防措施。
本发明的一个实施例中,所述预防控制方法还包括:监测井下的水平巷道的变形数据,根据监测得到的变形数据确定是否回采矿石。通过在井下的各个水平巷道的墙壁上布置监测点,使用全站仪对监测点进行监测,可以是定期监测分析,也可以是实时监测分析,以便于及时对监测点的移动变形数据的变化进行分析,在监测点的数据变化较大时,表明水平巷道变形、收敛遭到破坏,施工人员和设备设施等需要及时撤离现场,暂时放弃回采矿石,以确保施工安全,采取相应对策,回采剩余矿石。
优选地,将回采矿块的位置与相应的卫星图片进行对比验证的步骤包括:获取井下水平采场回采矿块的位置坐标,并将回采矿块的位置坐标映射到地面上,得到对应的地面位置坐标,即,井下回采矿石的位置坐标与地面位置坐标相对应;根据卫星图片获取卫星图片中显示的塌陷区的位置坐标,其中,卫星图片指针对矿山摄取的整体影像,其中可以显示平坦区、塌陷区等位置;将得到的地面位置坐标与塌陷区的位置坐标进行比对;根据比对结果确定井下回采矿块的位置与卫星图片中显示的塌陷区位置是否吻合,若吻合,则表明回采矿块的位置存在地压作用,属于地压作用区域的范围,需要采取相应的地压预防控制措施,以便于降低地压作用的损害。
优选地,获取露天边坡滑移模型的步骤包括:根据上水平巷道和下水平巷道之间的位置关系确定井下的水平巷道冲击破坏范围;根据水平巷道冲击破坏范围以及卫星图片中显示的露天坑塌陷位置和塌陷形状,确定露天边坡滑移模型,得到露天边坡滑移模型的剖面图。图2为本发明中露天边坡滑移模型剖面示意图,如图2所示,所述露天边坡滑移模型包括:地表废渣回填区1、露天边坡2以及覆盖层3,通过所述露天边坡模型显示水平巷道未采出矿体的受压面,确定井下的水平巷道对应的地压作用区域。根据露天边坡滑移模型可以显示出冲击力的来源,包括:冲击力来源于地表废渣回填区1的塌陷,露天边坡2的塌陷,以及覆盖层3的塌陷,从而对井下水平巷道的破坏区域及时地采用地压灾害预防方式,包括采取钢格栅锚网喷砼支护,钢筋混凝土墙支护,以及改变回采顺序,以减小地压的破坏。根据获取的露天边坡滑移模型,对井下采场其他区域巷道,在地压破坏来临之前,能够预知,便于提前做好防护,提前确定采场回采顺序,尽量在地压破坏之前回采矿石。
对于长度较短、两翼厚度较小而中间厚度较大的矿体,各个水平巷道一般位于矿体的中间区域,通常采用由两翼向中间进行回采的顺序。通过对井下各个水平巷道区域的数据监测,在两翼回采结束后,中间的矿体由于被覆盖层3环绕,造成地压的集中显现,且中间矿体的进路较长,暴露面积大,导致在回采过程中进路及下盘沿脉巷(即下水平巷道)不同程度的变形、开裂,因此需要改变先开采两翼的回采顺序。优选地,改变矿体回采顺序,包括:先开采矿体的中间部分,开采至中间部分与两翼成平行的直线时,开始开采两翼部分。
进一步地,回采时,井下的每条水平巷道均匀回采,形成一条直线,其中,越落后的水平巷道,越先回采。具体地,从每天爆破位置安排上确保回采一条直线,严禁单条水平巷道每天回采,使各条水平巷道均匀回采形成一条直线。
或者,回采时,根据每条水平巷道的受压大小,井下的每条水平巷道呈阶梯状回采。阶梯状之间的阶梯差距,具体根据水平巷道的受压大小确定,一般相差三排(5.4m)以内为较小阶梯。对于两翼形成的阶梯与中间部分形成的阶梯可以相同,也可以不相同,例如,一翼水平巷道受压变化较大时,就会加速一翼的矿石回采,水平巷道受冲击破坏来临之前结束一翼的矿石回采,此时形成的回采阶梯将与中间部分形成的回采阶梯不同。
图3为本发明中矿山回采平面示意图,如图3所示,先开采中间部分,然后由南翼和北翼向中间部分回采,由东向西进行回采,最后在西部回采完毕,西部为矿体的出入口通道,采用这种开采顺序,可以降低地压作用对矿石开采的损坏。
在地压作用显现之前,下盘沿脉巷一般采取锚网喷砼支护,由于地压作用导致水平巷道变形严重,无法保证正常的安全生产,需提高支护强度。大多数矿山在考虑高强度支护是一般采取U型刚或槽钢钢架支护;但钢架支护属于刚性支护,依靠高强度的支护支撑巷道,来阻止巷道的变形,极易造成应力高度集中并将压力向下继续传递,导致越向下水平压力越大。优选地,本发明采取钢格栅锚支护代替钢架支护,在保证水平巷道满足安全生产的前提下具有一定的泄压作用,减小地压向下的继续传递。图4a为本发明中钢格栅锚支护的结构示意图,图4b为本发明中钢格栅锚支护的主视示意图,如图4a和图4b所示,优选地,钢格栅锚支护包括:拱部4以及柱腿5,所述拱部4位于所述柱腿5的上方,安装在水平巷道的顶部,所述柱腿5安装在所述水平巷道的两侧,并且与所述拱部4焊接固定,以保证搭接强度,其中,所述拱部4与所述柱腿5均由栅格网片制作而成,如图5所示,每一部分由4根Φ22mm螺纹钢41及Φ6.5mm圆钢箍筋42组成长方体,形成钢格栅的组成结构,多个长方体形成栅格网片,构成钢格栅。拱部4与柱腿5合起来为一个钢格栅锚支护,钢格栅安装在巷道的周围墙壁上,支撑巷道。在安装时,在拱部安装有锚杆43,锚杆尺寸为Φ18mm×3.0m,间距为1m×1m,锚杆托板呈梅花布置。在锚杆托板内设置有钢筋网片,钢筋网片由直径为14mm的螺纹钢构成,螺纹钢的间距为200×200mm。
钢格栅拱架是由钢筋制作,在受力较大时会发生形变但不会断裂,在起到支护作用的同时避免了应力集中及传导,起到了很好的泄压作用。且钢格栅拱架制作简便、快捷,使用材料较U型刚或槽钢钢架少,适用于井下采场地压灾害的预防控制。
优选地,对地压作用区域采用钢筋混凝土墙支护方式的预防方式,包括:在进路回采结束后,将钢筋混凝土墙支护设置于下水平巷道与进路交叉口,减小巷道跨度,增加巷道稳定性从而减小地压的破坏作用。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种井下矿石开采地压灾害的预防控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取井下水平采场回采矿块的位置;
将回采矿块的位置与相应的卫星图片进行对比验证;
根据上水平巷道和下水平巷道之间的位置关系以及对比验证结果,获取露天边坡滑移模型;
根据露天边坡滑移模型确定地压作用区域;
对地压作用区域采用改变矿体回采顺序,钢格栅锚支护方式,以及钢筋混凝土墙支护方式的预防方式;
其中,将回采矿块的位置与相应的卫星图片进行对比验证,包括:
获取井下水平采场回采矿块的位置坐标,并将回采矿块的位置坐标映射到地面上,得到对应的地面位置坐标;
根据卫星图片获取卫星图片中显示的塌陷区的位置坐标,其中,所述卫星图片为摄取的包括矿山的整体影像,包括平坦区和塌陷区;
将得到的地面位置坐标与塌陷区的位置坐标进行比对;
根据比对结果确定井下回采矿块的位置与卫星图片中显示的塌陷区位置是否吻合,若吻合,则表明回采矿块的位置存在地压作用;
其中,获取露天边坡滑移模型的步骤包括:
根据上水平巷道和下水平巷道之间的位置关系确定井下的水平巷道冲击破坏范围;
根据水平巷道冲击破坏范围以及卫星图片中显示的露天坑塌陷位置和塌陷形状,确定露天边坡滑移模型,得到露天边坡滑移模型的剖面图。
2.根据权利要求1所述的井下矿石开采地压灾害的预防控制方法,其特征在于,所述预防控制方法还包括:监测井下的水平巷道的变形数据,根据监测得到的变形数据确定是否回采矿石。
3.根据权利要求1所述的井下矿石开采地压灾害的预防控制方法,其特征在于,所述改变矿体回采顺序,包括:先开采矿体的中间部分,开采至中间部分与两翼成平行的直线时,开始开采两翼部分。
4.根据权利要求3所述的井下矿石开采地压灾害的预防控制方法,其特征在于,回采时,井下的每条水平巷道均匀回采,形成一条直线,其中,越落后的水平巷道,越先回采。
5.根据权利要求3所述的井下矿石开采地压灾害的预防控制方法,其特征在于,回采时,根据每条水平巷道的受压大小,井下的每条水平巷道呈阶梯状回采。
6.根据权利要求1所述的井下矿石开采地压灾害的预防控制方法,其特征在于,钢格栅锚支护包括:拱部以及柱腿,所述拱部位于所述柱腿的上方,安装在水平巷道的顶部,所述柱腿安装在所述水平巷道的两侧,并且与所述拱部焊接固定,其中,所述拱部与所述柱腿均由栅格网片制作而成。
7.根据权利要求1所述的井下矿石开采地压灾害的预防控制方法,其特征在于,对地压作用区域采用钢筋混凝土墙支护方式的预防方式,包括:在进路回采结束后,将钢筋混凝土墙支护设置于下水平巷道与进路交叉口。
8.根据权利要求1所述的井下矿石开采地压灾害的预防控制方法,其特征在于,所述露天边坡滑移模型包括:地表废渣回填区、露天边坡以及覆盖层,通过所述露天边坡模型显示水平巷道未采出矿体的受压面,确定井下的水平巷道对应的地压作用区域。
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