采场顶板管理

如题所述

采场顶板管理系指在回采过程中采取适当的技术措施,消除顶板冒落引起的冲击地压灾害。目前来说,解决这个问题的途径有三个:

(1)充填采矿法:将采空区利用低价材料充填,以防止顶板冒落诱发产生冲击地压;

(2)冒落采矿法:在回采过程中,采取适当的技术措施,控制顶板,使之随采随冒,利用冒落下来的顶板岩体松胀,将采空区充填起来,防止产生冲击地压;

(3)刀柱采煤法:在采空区留有矿柱,支撑住顶板,防止顶板冒落诱发产生冲击地压。

上面三种方法各有优缺点和适用范围。充填法实际上是拿混凝土换矿石,造价高,有被淘汰的趋势,刀柱法丢矿太多,也将逐渐被淘汰;目前被重视的方法为冒落法。当矿体距地表较浅时,顶板冒落后可能引起地面塌陷,毁坏地面,破坏耕地和地面建筑物;如果在水体下采煤时还将造成淹矿事故;如果矿体埋深较大或上覆有较厚的第四纪沉积物时,顶板冒落引起的地面破坏和淹矿事故可能不大,冒落法开采就显出它的优势。究竟采用哪种方法管理采场顶板,则由矿体埋藏条件、采矿技术及经济合理性决定。

矿体结构有三种基本类型:①层状结构;②层控结构;③脉状结构。这三种类型,根据顶板破坏方式,可归并为两种基本类型,即:①层状矿体;②脉状矿体。煤炭及黑色金属矿床属于层状矿体,而有色金属矿多属于脉状矿体。在研究顶板管理时,首先必须查清矿体结构,以便对场顶板冒落发生作出预测,防治不测灾害。下面以层状矿体为例,对顶板管理问题做一些讨论。

层状矿体顶板有三种基本类型:①完整结构坚硬顶板(这种类型顶板属于难冒型顶板);②破碎顶板(一般可做到随采随冒);③软弱顶板(一般属于易冒顶板)。

这三种类型结构顶板,以冒落的难易程度来分,可分为可冒落型和难冒落型。下面以煤矿顶板为例简述其冒落的一般规律。

1.可冒落型顶板

如矿(煤)层顶板全为可冒落的岩层(σ<80MPa)组成,在采用长壁冒落法开采时,随着采空区扩大,顶板不断开裂冒落,而顶板岩体内产生冒落带、断裂带、弯曲带的“三带型”破坏。当冒落带、断裂带不能到达地表时,地表出现连续的弯曲变形,地表破坏轻微;当冒落带、断裂带能达到地表时,地表出现不连续变形,则使地表遭到破坏,耕田及地面建筑被毁,如矿体在水体下时,则采场将遭水淹。

2.难冒落型顶板

这种类型顶板的冒落又有如下类型:

(1)如矿(煤)层顶板内某一高度上或若干层坚硬岩层(σ>80MPa)时,在采用长壁冒落法开采情况下,随着采空区的增大,坚硬岩层以下部分发生拱型冒落,即形成拱冒型。

(2)如矿(煤)层顶板全部为坚硬且结构完整的顶板时,开采后采空区形成悬顶,暂时不发生冒落,一旦采空区面积超过一定量后,则会突然冒落,而形成冲击地压,形成巨大的灾害事故,这是一种极危险情况。大同煤矿发生这种事故已达30余次,在这种情况下,为了保证采矿的安全,必须采取强制性手段将顶板放下来。著者在“六五”计划期间与大同矿务局合作研究成功的《有控压裂坚硬顶板放顶方法》(参看第十章第四节)可作为可行的方法之一。该方法,将岩体压裂成板状,使难冒岩体变为易冒岩体,使之在开采过程中随采随冒,冒落后岩体松胀将采空区充填满,从而消除产生冲击地压的危险性。

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