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銅坑礦細脈帶礦體特大事故隱患區(qū)治理方案的研究

文檔作者：陳何孫忠銘姚根華余陽先文檔來源： 1．北京礦臺研究總院 2．華錫集團有限責(zé)任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月17日
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第1 7卷第3期
2008年3月
中 國 礦 業(yè)
CHINA MINING MAGAZINE
Vol_17，No．3
M arch 2OO8
銅坑礦細脈帶礦體特大事故隱患區(qū)治理方案的研究
陳 何 ，孫忠銘 ，姚根華 ，余陽先
(1．北京礦 臺研究總院，北京100044；2．華錫集團有限責(zé)任公司，廣西柳州545006)
摘要：銅坑礦細脈帶礦石自燃形成火區(qū)，使礦山開采順序紊亂，并遺留大量未處理的采空區(qū)，對
礦山安全生產(chǎn)造成重大事故隱患。根據(jù)礦石發(fā)火機理、火區(qū)控制措施、事故隱患區(qū)域地壓安全性分析以
及礦山開采技術(shù)條件，制定了采用大爆破順序崩落細脈帶采區(qū)范圍內(nèi)的剩余礦石，并徹底消除所有空區(qū)
的技術(shù)方案。針對不同的爆破條件和預(yù)期效果要求，采用束狀豎直大直徑深孔為主，局部輔以100mm
的上向中深孔或小型硐室分次爆破技術(shù)方案。對方案實施的安全技術(shù)措施和礦山環(huán)境的可能影響也進行
fr分析。
關(guān)鍵詞：事故隱患；火區(qū)；治理；技術(shù)方案
中圖分類號：TD85—9 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1004—4051(2008)03—0100—03
Feasibility study on the program of eliminating potential accident at
veinlet belt orebady of Tongkeng mine
CHAN He ， SU N Zhong—ming ， YAO Gen-hua ， YU Yang—xian
(1．Bei)ing General Research Institute of Mining&amp;amp; Metallurgy，Beijing 100044，China
2．Liuzhou China Tin Group Co． I，td． 。Liuzhou 545006，China)
細脈帶礦體為華錫集團公司銅坑礦三大礦體之
一
， 具有較長的開采歷史?；饏^(qū)下細脈帶礦體的開
采及事故隱患區(qū)的治理，一直是個懸而未決的問
題，原因是其開采條件復(fù)雜。從礦山開采的安全
性、合理的開采順序及資源的充分回收出發(fā)，必須
進行細脈帶事故隱患區(qū)的治理ll1]。
1 細脈帶礦體特大事故隱患區(qū)
1976年5月，崩落帶礦巖出現(xiàn)了自燃發(fā)火，
1987年進行改造，在火區(qū)底預(yù)留25m厚的隔火礦
柱。570～625m 水平之問采用分段空場嗣后充填
收稿日期：2007—12—20
作者簡介：陳何(1964一)，北京礦冶研究總院研究員。
采礦法回采。由于火區(qū)隱患的制約，細脈帶礦體開
采速度嚴(yán)重滯后于下部的91 、92 礦體，導(dǎo)致總
體開采順序紊亂，細脈帶礦體底部留下了大量的未
處理的空區(qū)。局部地段有礦柱受拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、
剪應(yīng)力破壞現(xiàn)象?？諈^(qū)不僅威脅著細脈帶礦體東部
三大礦體重疊區(qū)采礦作業(yè)的安全，而且，隨著時間
的推移，由于礦柱支撐體系的削弱和破壞，有可能
造成大范圍的巖層移動。從而使上部的隔火礦柱受
到破壞，火區(qū)可能擴大蔓延。1997年，銅坑礦細
脈帶火區(qū)被廣西認(rèn)定為特大事故隱患區(qū)。
細脈帶礦體505m水平以上采礦形成的空區(qū)總
量為67．8萬m。，充填16．8萬m。，頂板垮落回填
空區(qū)量為42．7萬m。， 目前尚有空區(qū)量8．3萬m。。
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第3期 陳何等：銅坑礦細脈帶礦體特大事故隱患區(qū)治理方案的研究
其中：570～625m水平剩余空區(qū)量為3．6萬m。；
505～570m水平剩余采空區(qū)為4．7萬m。。細脈帶
礦體保有資源總量：362萬t。
2 火區(qū)發(fā)火機理與燃燒情況
細脈帶火災(zāi)主要是由FeS 、C與氧氣復(fù)合作
用引起。預(yù)氧化的硫鐵礦是引起火災(zāi)的主要物質(zhì)。
在礦體南部的上部，黃鐵礦、單質(zhì)炭比較富集，并
形成了一條炭質(zhì)頁巖與礦體相接觸的破碎互成帶，
黃鐵礦預(yù)氧化后氧化速度加快。細脈帶礦體的接觸
破碎帶是主要的自燃發(fā)火帶。礦體的直接頂板為一
平均厚度達60m含F(xiàn)eS 、C的巖層。局部地點的
炭質(zhì)頁巖有自燃特性，火災(zāi)與炭質(zhì)頁巖有密切聯(lián)
系。炭質(zhì)頁巖的崩落是構(gòu)成礦區(qū)淺部自燃火災(zāi)發(fā)生
及其擴大的主要原因。
具有自燃特性的預(yù)氧化硫鐵礦、炭質(zhì)頁巖下竄
到礦體下部，由于礦體含硫量較高，可引發(fā)深部火
災(zāi)。礦石是構(gòu)成礦區(qū)深部火災(zāi)蔓延的主要原因。等
量的FeS 、C在供氧充足的條件下燃燒時，耗氧
量為供氧不足時的2．5倍，放熱量為其4倍。因
此，井下防滅火措施應(yīng)以抑制供氧量為主[2]。
火區(qū)中段地溫低值， 向東、西燃燒的旺區(qū)分別
形成了東部、西部溫度異常區(qū)?；饏^(qū)中段(6 線)
燃燒較充分，燃燒已到達地表；東部異常區(qū)熱源中
心埋深較大，由深部及近地表熱源綜合引起。燃燒
體中心位于8 剖面線120～140m 深處。向南東、
北東蔓延。向東蔓延燃燒個別地段已達到近地表。
核心溫度150℃ ；西部異常區(qū)由深部熱源引起，燃
燒中心在3 線及其向西延展的部位，核心溫度
100℃ ，處于逐漸熄滅狀態(tài)。井下毒氣：650m 水
平SO 濃度很低，均低于2ppm。
3 地壓安全性分析
銅坑礦地壓監(jiān)測系統(tǒng)比較完善，有效地掌握了
細脈帶隔火礦柱及周邊地壓活動情況[3]。對細脈帶
隔火礦柱進行了連續(xù)的水準(zhǔn)測量、微震監(jiān)聽和分
析，結(jié)果表明，該區(qū)域總體上地壓活動趨于平緩。
應(yīng)用FLAC軟件，分別模擬三大礦體重疊區(qū)，
在不同開挖狀態(tài)下，采區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變、位移及變
形等狀況。礦體不同剖面數(shù)值分析，初始狀態(tài)下，
隔火礦柱治理工程實施的區(qū)段，基本處于未破壞狀
態(tài)。開采區(qū)域內(nèi)水平應(yīng)力比垂直應(yīng)力大，垂直應(yīng)力
在采區(qū)的間柱上集中。模擬地壓規(guī)律與現(xiàn)場地壓監(jiān)
測結(jié)果基本一致。
4 事故隱患治理可行技術(shù)方案
為盡快和徹底消除事故隱患，選擇高效的技術(shù)
方案是必要的。采用高效、高強度的技術(shù)手段集中
作業(yè)，可以選擇工程巖體相對穩(wěn)固，并進行有效的
支護和重點監(jiān)測，保證作業(yè)的安全[4]。因為民采破
壞了礦柱的完整性，采用常規(guī)的技術(shù)工藝參數(shù)進行
治理已很難實施。因此，必須考慮技術(shù)方案在特殊
工藝條件下的可行性和適用性。細脈帶礦體剩余礦
量尚有362萬t，在進行事故隱患治理的同時，應(yīng)
盡可能兼顧回收剩余的礦石資源。方案實施的目
標(biāo)，是徹底消除地壓隱患，將火區(qū)置于可控狀態(tài)并
最終消除隱患。
根據(jù)空區(qū)及隔火礦柱處理方式的分析，細脈帶
安全事故隱患治理的可行技術(shù)方案有：①空區(qū)部分
充填、順序回采、隔火柱礦自然冒落方案；②充填
空區(qū)、中深孔強制崩落隔火柱礦方案；③深孔強制
崩落空區(qū)、隔火柱礦方案；④ 空區(qū)部分充填、深孔
強制崩落隔火柱礦、空區(qū)方案。
通過對不同方案治理工程量、成本、方案實施
難易程度、采礦貧化、損失、施工作業(yè)安全性等進
行綜合分析比較，選擇第4種方案作為銅坑礦細脈
帶礦體特大事故隱患區(qū)治理技術(shù)方案。
5 事故隱患治理總體技術(shù)方案
5．1 總體技術(shù)方案
采用大爆破順序崩落細脈帶采區(qū)范圍內(nèi)的剩余
礦石，并徹底消除所有空區(qū)的技術(shù)方案。根據(jù)不同
的爆破條件和預(yù)期效果要求，采用束狀豎直大直徑
深孔為主，局部輔以100mm 的上向中深孔或小型
硐室分次爆破技術(shù)方案。
根據(jù)細脈帶礦體剩余礦量的分布情況及開采條
件，分兩個區(qū)域逐次采用大爆破進行細脈帶總體事
故隱患治理和資源回收。礦巖爆破總量：213．75
萬t(其中12～14線：46．35萬t，大12 采場以
西：167．4萬t)。工程費用：783．75萬元。方案
實施后，可采出礦石200．2萬t。
5．2 束狀豎直大直徑深孔爆破技術(shù)
束狀深孔爆破是以由數(shù)個密集平行深孔形成共
同應(yīng)力場的作用機理為基礎(chǔ)的深孔爆破技術(shù)。與單
孔爆破不同，束孔爆破形成的應(yīng)力波具有一定的厚
度，應(yīng)力波峰值作用于巖石的沖量更大、時間更
長、有效作用范圍更廣，因此，其爆破效果更好。
由于可以以一束孔的共同作用設(shè)計爆破參數(shù)，在工
程應(yīng)用方面有很大的靈活性和實用性[5 ]。在銅坑
礦細脈帶事故隱患的治理工程中，根據(jù)不同的爆破
條件和作業(yè)條件，采用4～8個直徑為165mm的大
直徑深孔組成束孔，束問距和抵抗線為5～10m。
5．3 爆區(qū)設(shè)計方案
第一爆區(qū)爆破范圍為：560～625m 水平，12
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1O2 中國礦業(yè) 第17卷
～ 14 之間的大14 采場、大12 采場及其對應(yīng)的
625～650m 水平隔火礦?？偙赖V量：46．35萬t。
孔數(shù)：9O，孔深：4342m，裝藥量：92．67t。
第二爆區(qū)分為三個礦塊段分次爆破處理。各礦
段拉槽后分次起爆。第一礦段：9 、10 、11 采
場拉槽量爆破量10萬t，最后一次崩落量30萬t。
一次爆破最大藥量小于70t。第二礦段：6 、7 、
8 采場拉槽量爆破量15萬t，最后一次崩落量32
萬t。一次爆破最大藥量小于80t。第三礦段：大
4 采場后退式下向逐層落礦，最后一次崩落方式
崩落。分層高度6～10m，分層礦量5～8萬t，炸
藥15～2Ot。最后一次崩落量3O萬t，爆破最大藥
量小于70t。
細脈帶礦體空區(qū)處理后，地表塌陷區(qū)范圍為
0．36km。。
6 火區(qū)的控制
順序起爆，使豎直礦柱就地坍塌，水平礦柱均
勻下落。爆破補償系數(shù)為10 ～20 ，屬于擠壓
爆破，爆破后上部火區(qū)的燃燒物和高溫礦石不會下
竄。大爆破起爆前，在隔火水平礦柱的上部巷道空
間，施放相當(dāng)數(shù)量的氮氣。在隔火礦柱的下部巷道
空間，布放一定數(shù)量的固體二氧化碳。它有利于降
低爆堆間隙氣體的含氧濃度，降低爆堆的溫度。大
爆破后，根據(jù)覆巖下放礦礦巖移動規(guī)律，快速均勻
放礦。使崩落體均勻下落，控制火區(qū)的擴大與蔓
延。放礦結(jié)束后，及時封堵。
火區(qū)燃燒物質(zhì)的下移：崩落礦體高從570～
650m共80m，上部火區(qū)崩落礦巖隨放礦過程下
降，設(shè)計安全隔層20m。爆區(qū)所有礦段放礦后，封
閉細脈帶560m 以上所有進路，最終消除火災(zāi)隱
患。
7 安全技術(shù)措施與礦山環(huán)境
通過現(xiàn)場爆破試驗確定礦山大爆破的實際安全
距離。以大爆破爆心在地表投影為中心， 半徑
400m為半徑的區(qū)域為危險區(qū)，半徑800m 為半徑
的區(qū)域為警戒區(qū)。大爆破的主震頻率為15420Hz，
按震動速度確定的危險范圍在60m區(qū)域內(nèi)。
采用分區(qū)微差爆破，單段起爆藥量< 10t。硐
室爆破藥量< 10t，硐室堵塞距離>4m。爆區(qū)人口
處堆坊10m，并修筑阻波墻。爆破以前，對爆破震
動和空氣沖擊波影響范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)物、設(shè)施、設(shè)備
進行安全檢查，采取必要的加固、封閉或暫時疏散
等相應(yīng)措施。爆破后加強通風(fēng)24h，并檢測空氣合
格后，方可重新作業(yè)。爆破施工、警戒區(qū)設(shè)置及指
令程序、生產(chǎn)恢復(fù)等按爆破安全規(guī)程執(zhí)行。
加強地表塌陷區(qū)的監(jiān)測與管理，完善地表觀測
網(wǎng)，通過對地表的下沉、傾斜、彎曲、水平移動、
水平變形、剪切變形等監(jiān)測數(shù)據(jù)作定量分析，更加
準(zhǔn)確地預(yù)測可能發(fā)生的破壞性塌陷。必要時地面加
蓋黃土，注石灰水等措施處理。地表塌落警戒區(qū)
內(nèi)，無關(guān)人員不得進入。礦山設(shè)計已劃定0．9kin
的冒落區(qū)范圍。本次治理的地表塌陷區(qū)范圍約
0．3km ，在已劃定冒落區(qū)范圍內(nèi)。
確保地壓監(jiān)測系統(tǒng)的正常。利用聲波監(jiān)測系統(tǒng)
監(jiān)測隔火礦柱的巖聲情況，進而分析、判斷隔火礦
柱的穩(wěn)定性。治理期間，繼續(xù)加強火區(qū)下部密閉墻
的維護和管理，為火區(qū)及采空區(qū)的安全管理提供保
障。
細脈帶特大事故隱患區(qū)的存在，也是礦山環(huán)境
保護工作的重大隱患。對細脈帶特大事故隱患區(qū)的
進行治理，將從根本上消除并控制火區(qū)、空區(qū)等對
環(huán)境產(chǎn)生的長期不利影響。治理過程中，對環(huán)境的
主要影響是：地表塌陷區(qū)范圍擴大和火區(qū)二氧化硫
排放可能超標(biāo)。若火區(qū)塌陷區(qū)二氧化硫排放超標(biāo)，
即時通過地表簡易充填站進行充填覆蓋、注石灰水
處理。從長期效果看，由于治理從根本上消除了火
區(qū)長期燃燒的條件，因而SO 的總排放量降低，有
利于礦山的環(huán)境保護。
在治理總體方案實施過程中，除了為保證安全
和達到預(yù)期效果所采取的安全和技術(shù)措施外，還制
定應(yīng)急預(yù)案，以處理萬一由于不可預(yù)料的因素而發(fā)
生的安全事故。
實施治理方案，主要費用包括：工程費、材料
費、設(shè)備費、管理費、科研費等，預(yù)算總經(jīng)費為
1427萬元。治理工作預(yù)計3年內(nèi)完成。
最終達到消除細脈帶570m水平以上所有空
區(qū)，形成貫通地表的連續(xù)崩落體，回收礦石約200
萬t，徹底消除地壓災(zāi)害隱患，將火區(qū)置于可控狀
態(tài)并最終消除隱患。
8 結(jié)論
銅坑礦細脈帶火區(qū)事故隱患治理工作勢在必
行?；饏^(qū)局部處于緩慢燃燒(氧化聚熱)狀態(tài)，總
體上處于控制狀態(tài)。細脈帶的地壓活動趨于平緩，
隔火礦柱治理工程實施的區(qū)段基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。
采用束狀豎直大直徑深孔爆破逐次強制崩落技術(shù)，
適應(yīng)性強，容易滿足空區(qū)處理的要求。作業(yè)地點集
中，易于選擇工程巖體穩(wěn)定的作業(yè)區(qū)域，安全性
好。所采用的技術(shù)手段效率高、見效快。治理過程
中，火區(qū)處于可控狀態(tài)。治理工程有利于改善下部
(下轉(zhuǎn)第106頁)
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1O6 中國礦業(yè) 第17卷
位抽放巷道可以抽出高濃度的瓦斯，統(tǒng)計情況如表 流瓦斯35 ，其抽放瓦斯純量為6．48 m。min～。
1所示。根據(jù)統(tǒng)計計算，采用高位抽放巷道可以分
表1 1111 (1)工作面高位抽放巷道瓦斯抽放數(shù)據(jù)
通過水封式高位抽放巷道抽放高濃度瓦斯，煤
層瓦斯含量明顯降低，有效的降低了工作面回采時
的瓦斯涌出量和井下瓦斯災(zāi)害事故發(fā)生的幾率，極
大地提高了礦井安全生產(chǎn)的可靠程度。從表1中數(shù)
據(jù)可以看出，111l(1)綜采工作面采用高位抽放
巷道后效果明顯，能有效地解決綜采工作面瓦斯超
限問題。由于高位抽放巷道距離煤層頂板16 m，
水槽底端距煤層頂板11 m，中間有穩(wěn)定巖體隔開，
且水槽存水量僅需50m。。因此，采用水封式系統(tǒng)
不會對綜采工作面構(gòu)成水災(zāi)隱患，同時有助于改善
抽放系統(tǒng)的密封性，進而提高瓦斯抽放濃度和瓦斯
抽放率。
4 結(jié)論
(1)水封式高位抽放巷道能增加煤(巖)層
透氣性、密封性好，在張集礦應(yīng)用結(jié)果表明，工作
面瓦斯抽放濃度保持在3O 以上，具有抽放濃度
高、穩(wěn)定性好的優(yōu)越性。
(2)從應(yīng)用效果來看，采用FLAC數(shù)值模擬
方法來確定冒落帶和裂隙帶范圍是可靠的。
(3)采用水封式高位抽放巷道，技術(shù)上是可
行的，適用于單一煤層開采，能有效地解決綜采工
作面瓦斯超限問題， 以確保礦井安全生產(chǎn)。
(4)采用水封式高位抽放巷道后，大大減少
風(fēng)排瓦斯量，有利于提高經(jīng)濟效益。 I
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米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米
(上接第102頁)
采區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)，有利于礦山環(huán)境保護。治理工作
可以達到徹底消除地壓災(zāi)害隱患，將火區(qū)置于可控
狀態(tài)并最終消除隱患的目標(biāo)。 I
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