荆钟磷矿采空区治理方案.docx
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荆钟磷矿采空区治理方案
第一章矿山概况
一、矿山概况
钟祥市龙会山矿业有限公司荆钟磷矿位于湖北省钟祥胡集镇虎山村境内，在湖北省荆襄磷矿胡集矿区龙会山矿段F3断层至W200勘探线之间，走向长650米。
矿层位于上震旦系陡山沱组底部，属浅海沉积的胶磷矿矿床，矿山始建于1976年，省属国有矿山企业。
2003年实行改制，企业有了长足发展，安全管理逐年上台阶，2004年取得了安全生产许可证，2007年创建“安全标准化一级企业”，经过国家安监总局组织专家评审通过。
2009年取得“安全标准化二级企业”资格，2006年至2012年连续六年被评为荆门市“安全生产先进单位”，2011年通过了“安全避险六大系统”验收，2012年度获得湖北省“安全生产红旗单位”荣誉称号。
二、矿山地质
（一）矿山地层及矿层
1、地层
荆钟磷矿位于湖北省荆襄磷矿胡集矿区龙会山矿段，F3断层—W200勘探线范围内，矿层位于上震旦系陡山沱组底部，为浅海沉积的胶磷矿矿床、顶板岩层从下至上依次为：
A、元古界：
花岗片麻岩、片麻状花岗岩、不整合接触；
B、上震旦系陡山沱组:
1、Zb1-1a砖红色、灰黄色、灰绿色角砾岩、厚度2米左右；
2、Za1-1a下部分含锰质白云岩、厚度不稳定，部分缺失，为弱含水层；上部为黄色、灰绿色页岩，厚度8-23米；
3、Zb1-1c磷块岩（ph1矿层）厚度7米左右；
4、Zb1-1d灰色、灰黑色块状白云岩，含水层厚度40米左右；
5、Zb1-2a灰色砂岩状或互层状磷块岩（ph2矿层），呈透镜状分布不连续，厚度0-6.7米；
6、Zb1-2c灰黑色、薄层——中厚层状炭质白云岩含水层，厚度20米左右；
7、Zb1-2c砂岩状和互层状磷块岩（ph3矿层）矿层中夹薄层状泥质白云岩，厚度9-13米；
8、Zb1-1d灰黑色、薄层——中厚层状炭质白云岩、厚度20米左右；
9、Zb1-1e灰黑色中厚层状泥质白云岩，夹薄层状泥灰岩、白云岩中含鲕粒状及透镜状硅质结核，厚度13-16米；
10、Zb1-2f灰色、粉红色，中厚层状泥质白云岩，厚度26-35米。
C、上震旦系灯影组：
矿层为单斜层，褶皱构造简单，矿层走向北偏西200和南偏东200左右，倾向南西、倾角320-450，从地表至深部矿层倾角逐渐变陡。
2、矿层
本矿段有磷矿层四层，其中ph2、ph4矿层厚度不稳定，矿石平均品位低，现阶段不具备工业价值，ph1、ph3矿层厚度稳定，厚度大、品位中等，是本矿区的工业矿层，现分述如下：
第一磷矿层（ph1矿层）
矿层位于震旦系陡山沱组底部，赋存标高-70米至地表+380米，矿层厚度稳定，工业矿层厚度5-7米，矿石平均品位22.5%左右，本矿层中的矿石按物质成分划分为致密状磷块岩、蠕虫状磷块岩、白云质条带状磷块岩和泥质条带状磷块岩，厚度稳定，是本矿层的主要工业矿层。
第三磷矿层（ph3矿层）
矿层产于震旦系陡山沱组中部，赋存标高±0米至地表+410米，矿层厚度稳定，工业矿层厚达7米左右，矿石平均品位15%左右，属于中低品位的矿石。
矿层矿石类型分为砂岩状磷块岩和互层状磷块岩两种矿石类型。
砂岩状磷块岩含P2O5量稍高，一般在17%以上，互层状磷块岩含P2O5量较低，其含量为8-15%
ph1磷矿层与ph3磷矿层中间间隔岩层厚度70米。
（二）、地质构造
矿区断裂构造比较发育，矿区范围内较大型断层有F3和F8，其间一千多米矿段内小型断层相当密集，使岩层比较破碎，小型断层一般断距都不大，约为1-3米，由于矿体厚，矿体上下盘仍然接触。
通过地质编录和采切工程延伸和回采揭露发现断裂构造比较发育，区内较大断层在F3、F58、F59、F60、F62、F63。
另外尚有许多小断裂构造，发现大小断层34条，这些断层不同程度的破坏了矿体的连续性，并且使顶底岩石破碎，减弱了顶板围岩的稳定性，给采矿的安全工作增加了难度。
（三）、水文地质
矿区内水文地质条件比较复杂，ph1磷矿层顶板和ph3磷矿层的顶、底板围岩都是富水性白云岩含水层，断裂构造十分发育又造成了地下水的良好通道。
矿区地下水主要补充来源为大气降雨，区内碳酸（盐）岩大面积出露，岩石节理裂隙较发育，加之W192-W205地段断层较多，给大气降雨渗入靠成了良好的条件，本区内年降水量一般为1048mm，降水期多集中在4-9月，旱季为12月至次年2月，一年内最大日降水量为306.1mm。
在矿区附近有一地表水库—夏卡河水库，矿区内有F3、F8断层切割了夏卡河水库，根据对断层抽水试验F3、F8断层导水的可能性，说明对矿坑充水不会造成威胁。
目前从揭露出的地质情况看，矿坑内基本无水而从周边矿山揭露出的情况看，矿坑涌水量也不是很大。
目前矿山开拓工程延伸到-10米水平，通过揭露的地质条件看，涌水量只有二百吨左右。
三、开拓系统及采矿方法
1、开拓系统
我矿采用平硐——盲斜井开拓方案，在157主平硐掘进盲斜井。
盲斜井布置在矿层下盘，采用斜井甩车道，石门连接运输平巷，矿石通过溜井，放入U型矿车，经电机车牵引至井底车场，绞车提升，不摘钩放回157主平硐，再用电机车运至地面矿仓。
2、采矿方法
（1）采矿方法选择
根据矿体赋存条件及矿体围岩性质，结合相邻矿山经验和我矿实际，设计采用浅孔房柱法采矿。
（2）采矿方法构成要素
采矿方法构成要素不变，要素如下：
矿房结构要素表
采矿方法
走向长度（米）
矿柱
（米）
分段高度（米）
分段斜长（米）
房柱法
15
顶柱
3.5×12
间柱
4×4
1515-2025-30
22
全面法
30-60
不规则布置
15
22
房柱法构成要素:
采用的采场结构尺寸为斜长22米，宽60米。
每个采场共有4个矿房。
矿房中留有断面为4m×4m不连续矿柱（沿走向间距为8—12米，沿倾向间距为6—10米）顶部留斜长为3.5米的矿柱。
3、井下运输
我矿采场开采的矿石经装载机装运，无轨矿用车运输，或电耙耙至中段（或分段）溜井，人工放矿入U型矿车，经斜井串车提升至157主平硐，用电机车牵引串车将矿石运至设立在157＃主井口的地面矿仓。
四、采空区现状
1、采空区面积
荆钟磷矿始建于1976年，经多年的开采，至今已形成了一定数量的采空区，横向在北部W200勘探线与南F3断层，沿走向约500-700米，纵向从+325m水平至目前+35m水平，水平投影面积约17万平方米。
2、采空区分布情况
矿山多年来，根据地形地质和工程地质条件，结合邻近矿区矿山开采实践经验，采取合理的采矿方法及选择安全优化的采矿方法参数进行合理安全开采，严格执行开采设计。
目前采空区每垂高30米沿走向布置一条厚3-4米的连续矿壁，连续矿壁之间留设有矿石点柱，点柱尺寸约4m×4m、3m×5m不等，局部为4m×5m，点柱沿走向中心间距为10-12m,单个采空区面积一般在40-50㎡之间，最大不超过100㎡。
第二章采空区潜在危害
根据地下矿山采空区危害因素分析，地下矿山采空区潜在以下危害：
1、采空区大面积坍塌导致地表开裂、塌陷、引发滚石、山体滑坡、泥石流等地质灾害及次生灾害；
2、采空区导致地表开裂、塌陷形成导水通道，暴雨时形成矿井透水等水灾事故发生；
3、采空区大面积坍塌极易引发局部地震，导致灾难发生；
4、采空区顶板冒落，容易伤亡事故，大面积坍塌造成矿山严重伤亡事故；
5、采空区大面积突然坍塌所产生的强大冲击波破坏井下生产系统，并造成严重矿山灾难事故。
第三章采空区治理方案
根据我矿采空区现状，结合我矿生产实际，进行如下采空区治理。
一、加强采空区治理管理
1、成立采空区治理领导小组
根据矿生产实际，成立采空区治理领导小组。
组长：
张弘奎（矿安全第一责任人）
副组长：
李大学（矿安全第二责任人）、郑小望（总工程师）
成员：
杜齐好（副矿长）、梅元才（副矿长）、张威（安全总监）、赵平（安全科长）、邹长贵（技术科长）、章水云（台玉公司总经理）、罗松林（采掘队长）、周星（办公室主任）、汤义（财务科长）、郭守明（供销科长）
领导小组办公室设在安全科，由安全科长赵平负责处理其日常工作。
2、各职能部门及基层单位设立管理小组
各相关职能部门及基层单位相应设立管理小组，部门及单位负责人为该部门及该单位采空区管理第一责任人。
二、采空区治理方案
1、加强采空区监测
采空区监测采用的主要有以下手段：
一是用岩体声发射信号进行单位监测（如图所示）；二是采用钢（木）滑尺监测顶板下沉变形；三是用人工踏勘；四是采用多通道全数字型微震监测系统。
结合我矿安全生产实际，可采用以下手段进行采空区监测：
一是采用用人工踏勘进行采空区观测。
每周组织具有一定采空区管理经验的人员进入采空区进行采空区观测，观察矿柱变形及劈裂情况，观测顶板沉降变形及顶板冒落情况，制定相应处理措施。
二是采用木滑尺监测采空区顶板下沉变形。
在采空区设置若干木滑尺观测顶板下沉变形，并画出顶板下沉变形曲线图，根据其变化规律，制定相应处理措施。
三是地压传感器监测矿柱地压情况。
结合“矿山安全避险六大系统”建设在采空区矿柱安装地压传感器，监测矿柱受压及变形情况，及时进行处理。
2、加强矿房及掘进顶板管理
由于我矿矿层厚度较大，属中厚层状矿体，矿层平均厚度达6.5米，（PH3矿层厚度平均达15米），且矿层与顶板之间存在一层厚0.3-0.5米的亚层（上贫矿，假顶），该亚层与矿层及顶板呈不整合接触，极易冒落，很容易造成冒顶伤人事故。
采场顶板管理是采矿作业安全的一项极其重要工作，因此，每次作业前应认真检查顶板，爆破后应认真进行敲邦问顶，及时处理松动浮石，回采中注意出矿量，垫矿量合理，以便进行顶板处理，同时及时处理夹层或假顶，做到爆破必须到顶，不留顶皮，但严禁伤顶。
具体管理措施为：
①在每周二安全例会上对我矿各采区的顶板进行全面的分析，根据其冒顶的可能性和后果的严重性进行评价，制定切实可行的处理方案，指定专人处理落实。
②加强安全巡回检查力度和隐患整改力度，严格落实和执行顶帮管理制度和顶帮管理技术措施。
③加强采场顶板监测和管理。
矿房在回采期间稳定性较好，一般不会冒落，但矿房暴露时间过长，顶板围岩风化，经膨胀、收缩变形后，易形成大面积冒落，因此应加强管理与监测，防止危岩片帮、矿皮和松裂石脱落等，发现隐患及时处理，防止事故发生。
在采空区布置若干个观测点，采用木滑尺等监测顶板沉降和变化，为矿房顶板来压做好预报工作和预测工作。
④严格执行开采技术计划和回采工艺。
在开采过程中，严格按照设计方案布置矿块、盘区及预溜矿柱、矿壁等，采矿作业严格按照后退式回采工艺进行，新开采场严格执行《工作票制度》，同时做好采场技术交底工作。
⑤做好采空区封闭及顶板支撑工作。
矿房回采完毕后，及时封闭采空区和支撑采空区顶板，隔断顶板压力转移，保持矿层顶板的稳定性。
⑥在遇到断层、破碎带等顶板较差地段采矿时，可适当减小矿房跨度，增加矿柱数量、尺寸，加设连续矿壁，调整矿柱位置等，或调整采矿方法，改变回采工艺等，增加顶板稳固性。
确保回采安全。
下面针对我矿重点地段作出如下回采方案：
我矿南部以F3断层与柴湖磷矿交界，F3断层是我矿区范围内一较大的逆断层，断距达20米以上，因此，在靠近该地段回采时应留足不少于6米的保安矿柱，矿房宽度由设计15米适当减少到8-10米，留足点柱，点柱尺寸由设计4米×4米增大为4米×5米、4米×6米、5米×5米等，确保安全。
特别地段改变采矿方法：
由房柱法（全面法）改为条带采矿法，矿房条带宽度控制在5米以内
我矿北部与虎山磷矿交界地段，地质结构复杂，断层多，顶板岩石稳定性差，f平均在6-8之间，局部小于4。
因此，回采应改变采矿方法，由房柱法（全面法）改为条带采矿法，矿房条带宽度控制在5米以内（局部可进一步缩小到3米左右），条带矿柱宽度不低于3米，中段（或分段）留连续顶柱矿壁。
⑦作好回采假顶处理工作。
回采时严格执行“爆破必须到顶，不留顶皮，严禁伤顶”的顶板处理措施，爆破后，作好敲帮问顶和浮石处理，可以人工处理的假顶及时人工处理，人工处理不好的必须采用爆破作业方式进行处理，爆破必须到顶，不留顶皮，但严禁伤顶。
⑧加强掘进顶板管理。
主要有：
a严格按照设计断面进行掘进作业，掘进要求一次爆破成巷，严格控制掘进宽度，不超挖，不欠挖。
b巷道布置应尽量避免或错开断层、裂隙、破碎带等，如因工艺要求必须经过时，尽量缩小巷道跨度，一般控制在2.5米以内；巷道掘进方向尽量垂直断层、裂隙、破碎带的走向。
c在PH1矿层中掘进时，不得使用夹层废做巷道顶板。
在矿层下面底板页岩中掘进时，巷道最大跨度不超过5米。
d在断层、裂隙、破碎带及顶板结构较差地段掘进时，及时做好支护工作，临时性巷道可采用木支护，永久性巷道应采用砌璇或喷浆支护。
e加强巷道敲邦问顶工作，出矿（渣）前应仔细检查巷道顶板，处理好顶板浮石；正在掘进的巷道至少每三天要对已形成段进行检查，已经形成和正在使用的巷道，至少每星期必须全面检查一次，及时处理好顶帮松动的岩石，对有冒落危险的地段做好支护工作。
3、加强采空区管理
采空区的处理办法有封、崩、撑、充等多种处理办法，我矿采空区处理最有效办法有：
预留永久矿柱（矿壁）支撑法，废石充填采空区，矿壁或人工毛石砌体封闭隔离采空区，具体措施有：
①矿房回采结束后立即进行封闭，盘区回采结束即进行盘区封闭、拦护。
通常封闭用的材料有毛竹，木材和红砖加水泥沙浆，并悬挂警示标志，预防人员误入受到伤害或发生意外事故。
②回采时严格按照《采矿方法单体设计方案》的规定留足矿柱、矿壁等，严格保证其尺寸和位置。
③作好采空区的隔离工作。
正确处置好采空区的隔离工作，保持采空区的长期稳定性是处理采空区的长远目标。
采空区可能会因暴露面积过大，支撑不当，面积增大地压活动加强，而产生冒顶塌方，与地表塌陷等事故发生。
因此，在盘区间应设连续隔离矿柱、矿壁等，即便形成大面积冒顶也会因设置了盘区隔离带而减小冒落范围，不至于造成大范围的地压灾害。
根据我矿实际，有效方法是回采时每垂高30米设置一条连续矿壁，且矿壁厚度不得低于4米。
即在+157水平、+125水平、+94水平、+80水平、+50水平、+20水平留设隔离连续顶柱矿壁，将新老各采空区分段隔开，减少地压冲击波对生产区域产生影响。
④加强采空区充填，减少采空区顶板压力。
矿山开拓、采掘废石尽量采空区充填，且充填要求密实，以缓解采空区顶板压力。
⑤在矿区开采的崩落范围内，不得设置地表重要设施、建筑物、居民住宅等建设内容。
⑥加强采空区监测工作。
（前面顶板管理中已作陈述，现不做说明）
4、地表塌陷区管理
1、做好井上井下对照的测量工作，及时修测《井上井下对照图》，确定好可能发生塌陷的区域范围,及时准确地填绘地表岩移及塌陷分布区范围，及发生地表岩移及塌陷时避灾线路图。
2、地表岩移及塌陷区外围应设置醒目的警示标志，对已形成的岩移及塌陷区四周应设置稳固的警戒栅栏及醒目的警示标志，防止人员及牲畜进入，同时，定期对警戒栅栏稳固性进行检查，发现不稳固应立即加固。
3、在地表岩移和塌陷区外围，及有可能发生岩移和塌陷的区域应布置多个监测控制点，并指定专人，定时，不定时进行监测，并做好监测纪录。
4、对已发生岩移或塌陷地点应采用充填，封闭，砌挡土墙等合适的措施进行治理，但不得留陡坎或崖壁，以防人员或牲畜坠入落。
5、定期对地表和采空区进行检查、观测，发现岩移和塌陷预兆应立即采取适当的防范治理方案，防止地灾的扩大及事故的发生。
6、对重大岩移和塌陷隐患整改及治理工作应设立专班，指定专人负责，同时，领导应加强管理督导工作。
7、认真执行上级主管部门的指示、指令，做到勤测勤防，发现险情立即采取有效的防范治理措施进行治理，并及时上报。
8、做好岩移和塌陷管理上报工作，坚持每月向上级有关部门汇报辖区内各种地质灾害管理情况，取得上级主管部门的支持和帮助。
第四章采空区危害趋势分析
我矿随着开采的延伸，采空区面积不断加大，采空区潜在的危害加剧。
因此采空区治理工作尤为重要。
一是严格按照开采设计及安全专篇科学开采，在开采中留足矿柱及矿壁，严格控制单个空区面积，确保矿壁及矿柱能足够支撑空区顶板压力；二是加强空区管理，采用科学的监测手段进行采空区监测，发现异常，及时撤离人员及设备，减少事故发生。
通过以上手段，我矿采空区不会大面积坍塌，其危害是可控的。
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