一种适于地下矿山大型采空区放顶处理的结构布置

摘要

本发明公开了一种适于地下矿山大型采空区放顶处理的结构布置，在采空区(1)周边的采空区围岩(3)中划分出2～6个作业区或爆区；在每个作业区或爆区内的采空区围岩(3)中布置3～6个深孔凿岩硐室(9)，各分层的深孔凿岩硐室(9)之间采用硐室联络井(10)进行连通；在现有工程与深孔凿岩硐室(9)之间布置井巷工程——联络平巷(6)、联络斜井(7)或联络天井；在中下层的深孔凿岩硐室(9)内布置放顶水平深孔(12)，在上层的深孔凿岩硐室(9)内布置水平和上向扇形切割弱化深孔(13)。本发明减少了井下工程量和深孔爆破的炸药量和采空区大面积冒落带来的空气冲击波造成的危害，降低了施工成本，消除大型采空区存在的安全隐患。

说明书

技术领域

本发明属于地下矿山采空区处理技术领域，具体涉及一种地下矿山大型采空区的处理的结构布置，适用于非煤地下矿山利用深孔爆破法对大型采空区进行放顶处理。

背景技术

地下开采的矿山采空区治理通常采用：封闭采空区、崩落采空区、充填采空区、支撑采空区四种方案。其中崩落围岩处理采空区的实质是采用崩落围岩充填空区，改变围岩的应力分布状态，减少岩石的支撑压力。充填采空区是国家鼓励优先采用的空区处理方法，主要是用充填料(尾砂，废石)充填采空区，用充填料支撑围岩，可以减缓或阻止围岩的变形，以保持其相对的稳定。这两张处理方法是比较彻底的治理采空区方法，可以完全解决采空区危害。

目前国内大部分非煤地下矿山采用崩落法和空场法开采，井下留有一定数量的采空区，由于受到矿石品质和市场的影响，许多矿山遗留大小不等的采空区未得到有效治理。而充填法治理空区，因为充填料缺乏、充填成本高等原因而无法实施，特别是在低品位的铁矿山、化工矿山、建材矿山等地下矿山。

在一些设计采用放顶处理的崩落法开采矿山，由于放顶工程量大，费用高的问题，放顶工程未及时实施，造成井下空区体积越来越大，带来的安全隐患也愈发严重，对井下生产和地表场地安全威胁日益突出，阻碍了矿山企业的发展。

发明内容

本发明的目的就是为了针对现有地下矿山大型采空区井下作业安全条件差、存在重大安全隐患、采空区处理工序复杂、空区处理工程费用高的问题，而提供一种适于地下矿山大型采空区放顶处理的结构布置。采用本发明采空区放顶处理的结构布置，一方面减少了井下工程量和深孔爆破的炸药量，另一方面也减少了采空区大面积冒落带来的空气冲击波造成的危害，大大减少了放顶工程的成本，减少了采空区放顶工作的工序，同时消除大型采空区存在的安全隐患。

为实现本发明的上述目的，本发明一种适于地下矿山大型采空区放顶处理的结构布置，采用以下技术方案实现：

本发明一种适于地下矿山大型采空区放顶处理的结构布置，将地下开采工程划分为采空区、采空区顶板、采空区围岩、不规则的点柱四部分，采空区、采空区顶板、采空区围岩为采空区界限，其特点是：将井下采空区根据岩石力学计算分析结果，在采空区周边的采空区围岩中划分出2～6个作业区或爆区；在每个作业区或爆区内的采空区围岩中布置3～6个深孔凿岩硐室，所述的3～6个深孔凿岩硐室分布在2～4个分层内，各分层的深孔凿岩硐室之间采用硐室联络井进行连通，所述的硐室联络井根据实际情况可以为联络竖井，也可以是联络斜井；在现有工程与深孔凿岩硐室之间布置联络平巷、联络斜井或联络天井等井巷工程作为两者之间的联络道，承担人员、材料、设备上下、通风、网路连通的任务；在中下层的深孔凿岩硐室内布置放顶水平深孔，在上层的深孔凿岩硐室内布置水平和上向扇形切割弱化深孔；在放顶水平深孔、切割弱化深孔内装填炸药进行爆破，通过深孔爆破，放顶水平深孔爆破后崩落采空区顶板形成覆盖层，切割弱化深孔爆破后形成切割弱化冒落面；大量的放顶水平深孔、切割弱化深孔爆破后，放顶水平深孔、切割弱化深孔周围的岩体应力重新分布，在自重和周边应力的作用下，采空区顶板逐步发生冒落，并最终发展到地表，形成塌陷坑，实现采空区放顶。

所述划分出的作业区或爆区，是为了便于井巷工程施工、安全管理以及后续爆破作业实施，加快工程进度。数量以3～4个为佳。

所述采空区宽度60～150m、长度100～300m、高度20～80m；采空区顶板厚度50～130m；深孔凿岩硐室距离采空区平面投影界限距离5～12m；设计放顶厚度4～15m，切割弱化高度25～40m。这里的放顶厚度是指放顶水平深孔爆破后预计崩落的采空区顶板层的厚度；切割弱化高度是指切割弱化深孔爆破后预计在采空区界限上方岩层形成的破碎裂隙面在垂直方向上的高度。采用这种参数，既有利于提高采空区处理的效率，又可保证凿岩爆破的作业安全。

进一步地，所述的深孔凿岩硐室宽度3.5～4.5m、高度3.0～4.0m、长度大于4m；深孔凿岩硐室所在分层高度4～5.5m；放顶水平深孔孔径90～110mm、长度30～70m、上向倾角3～10°；切割弱化深孔孔径90～110mm、长度30～70m、上向倾角3～90°。

本发明一种适于地下矿山大型采空区放顶处理的结构布置利用计算机模拟分析采空区围岩应力分布状况，寻找空区周边稳定性薄弱地段，通过施工井巷工程，在合适位置布置深孔凿岩硐室，在深孔凿岩硐室内布置放顶水平深孔、切割弱化深孔，在采空区顶板围岩预计冒落的界限，对采空区顶板进行有限范围内的切割弱化爆破，诱导采空区顶板逐步失稳冒落，形成井下覆盖岩层，并进一步冒落发展至地表，达到放顶的目的。该结构布置一方面减少了井下工程量和深孔爆破的炸药量，另一方面也减少了采空区大面积冒落带来的空气冲击波造成的危害，大大降低了放顶工程的成本，减少了采空区放顶工作的工序，同时消除大型采空区存在的安全隐患。

本发明一种适于地下矿山大型采空区放顶处理的结构布置采用以上技术方案后，具有以下积极效果：

(1)本发明结构布置通过采用对采空区顶板边界切割弱化爆破的处理方法，对井下采空区处理工程划分多个作业区或爆区进行处理，解决了处理采空区井下作业困难、安全条件差的矛盾；

(2)本发明结构布置利用有限的井巷工程和深孔爆破方法，对已有大型采空区进行切割弱化处理，诱导空区顶板逐步冒落，避免了施工泄压天窗、减少了采空区处理的工序、降低了采空区处理的工程费用，消除井下大型采空区的安全隐患；

(3)本发明结构布置采用深孔爆破切割弱化处理采空区的预计冒落界限，将采空区顶板一次冒落改变为逐步冒落，可以有效减少大型采空区整体冒落带来的井下空气冲击波、冲击地压对井下和地表设备设施的破坏，消除大型采空区存在的重大安全隐患，为实现矿山本质化安全起到示范作用。

附图说明

图1为本发明一种适于地下矿山大型采空区放顶处理的结构布置的平面图。

图2为本发明一种适于地下矿山大型采空区放顶处理的结构布置纵向布置剖面图。

附图标记为：

A、B、C-作业区或爆区编号；

1-采空区；2-采空区顶板；3-采空区围岩；4-点柱；5-采空区界限；6—联络平巷；7-联络斜井；8-联络天井；9-深孔凿岩硐室；10—硐室联络井；11-切割弱化联络平巷；12-放顶水平深孔；13-切割弱化深孔。

具体实施方式

为更好地描述本发明，下面结合附图对本发明一种适于地下矿山大型采空区放顶处理的结构布置做进一步详细描述。

由图1所示的本发明一种适于地下矿山大型采空区放顶处理的结构布置的平面图并结合图2看出，本发明将地下开采工程划分为采空区1、采空区顶板2、采空区围岩3、不规则的点柱4四部分，采空区1、采空区顶板2、采空区围岩3之间为采空区界限5；井下采空区1根据岩石力学计算分析结果，将采空区1周边的采空区围岩3中划分出3个作业区或爆区，即：作业区或爆区A、作业区或爆区B、作业区或爆区C。在每个作业区或爆区内的采空区围岩3中布置3～6个深孔凿岩硐室9，所述的3～6个深孔凿岩硐室9分布在2～4个分层内，各分层的深孔凿岩硐室9之间采用硐室联络井10进行连通；在现有工程与深孔凿岩硐室9之间布置联络平巷6、联络斜井7或联络天井8等井巷工程作为两者之间的联络道；在中下层的深孔凿岩硐室9内布置放顶水平深孔12，在上层的深孔凿岩硐室9内布置水平和上向扇形切割弱化深孔13；通过深孔爆破，放顶水平深孔12爆破后崩落采空区顶板2形成覆盖层，切割弱化深孔13爆破后形成切割弱化冒落面；放顶水平深孔12、切割弱化深孔13爆破后，放顶水平深孔12、切割弱化深孔13周围的岩体应力重新分布，在自重和周边应力的作用下，采空区顶板2逐步发生冒落，并最终发展到地表，形成塌陷坑，实现采空区放顶。

本发明结构布置的技术参数为：采空区1宽度60～150m、长度100～300m、高度20～80m；采空区顶板2厚度50～130m；深孔凿岩硐室9距离采空区1平面投影界限距离5～12m；设计放顶厚度4～15m，切割弱化高度25～40m；深孔凿岩硐室9宽度3.5～4.5m、高度3.0～4.0m、长度大于4m；深孔凿岩硐室9所在分层高度4～5.5m；放顶水平深孔12孔径90～110mm、长度30～70m、上向倾角3～10°；切割弱化深孔13孔径90～110mm、长度30～70m、上向倾角3～90°。采用这种参数，既有利于提高采空区处理的效率，又可保证凿岩爆破的作业安全。

本发明结构布置施工过程中，井下通过联络平巷6、联络斜井7、联络天井8施工到设计的深孔凿岩硐室9位置，利用硐室联络井10、切割弱化联络平巷11布置分层深孔凿岩硐室9，在中下层的深孔凿岩硐室9布置放顶水平深孔12，在上层深孔凿岩硐室9布置上向至垂直的切割弱化深孔13，在放顶水平深孔12和切割弱化深孔13内装填炸药，采用高精度非电导爆管雷管逐孔起爆，采空区顶板2中放顶水平深孔12爆破后顶板岩石落下形成一定厚度的覆盖层，切割弱化深孔13爆破后，在预计冒落带位置形成裂隙弱化带，在自重和周边应力作用下采空区顶板岩石开始冒落填充采空区1，后逐步冒落并发展到地表，造成地表塌陷，最终采空区1被冒落下松散岩石填满，从而消除井下采空区1。