范文一:浅谈采空区处理方法
浅谈采空区处理方法
采矿技术组 杜德春
摘要:我国地下开采矿山目前的实际情况是采空区灾害发生频繁,因事故死亡人数和国外同类相比相对较高,安全生产形势相当严峻,危及到人民群众的生命安全,对生态环境造成了严重破坏,给国家造成了巨大的经济损失,制约了我国矿山企业的可持续发展。
当开采完成形成采空区后,在上覆压力和地下水等因素的作用下,该煤柱和开采区两侧的煤层软化,失去强度,导致上覆岩体塌陷、冒落,形成滑坡。地下采空区对采矿工程的危害是显著和累积叠加的,主要体现在二个方面:一是采空区矿柱变形、破坏、顶板大面积冒落、岩移,造成地表沉陷、开裂和塌陷,破坏地面环境和影响露天作业,更为严重的是采空区突然垮塌的高速气浪和冲击波造成的人员伤亡和设备破坏;另一方面在矿山开采过程中,采空区围岩受爆破震动影响导致岩体裂隙发育,甚至贯通地表或连通老窑积水,发生突水事故,淹没坑道和工作面,造成巨大经济损失。
矿体开采后,采场的原始应力状态被破坏,从而致使应力重新分布,时常导致矿柱失稳破坏。这种矿体开采后,当矿体承受的应力超过自身强度时,发生的不连续的发散突变,即矿柱失稳破坏的现象。
其灾害的主要表现形式有:片帮、冒顶、突水、地震、岩爆、冲击地压、地面塌陷、地面沉降、地裂缝以及由其导致的滑坡、泥石流、地表植被破坏等多种形式。 采空区处理方法
对于矿山地下开采遗留的采空区,处理方法通常有封闭、崩落、加固和充填四大类。加固法处理采空区主要在采空区土方修建公路、隧道等工程时应用较多。由于成本较高,技术难度大,所以目前在矿山的开采阶段应用较少。在具体的采空区处理过程中,由于各个矿山存在的采空区数量、其所处位置、形态特征不一样,必须针对各采空区的特点和条件,分别采取相应的处理方法。有时采用两类方法联合处理,如采用加固法与充填法联合、崩落法与充填法联合等:有时由同一类方法衍生出一系列子方法,如充填法可分:千石充填法、尾砂充填法、胶结充填法等。
1.崩落法
崩落围岩处理采空区的实质:用崩落围岩充填空区或形成缓冲保护岩石垫层,以防止上部大量岩石突然崩落时,气浪冲击和机械冲击巷道、设备和人生的危害:缓和应力集中,减少岩石的支撑压力。
崩落围岩又分为自然崩落和强制崩落两种。从理论上讲,任何一种岩石,当它达到极限暴露面积时,应能自然崩落?但是由于岩体并非理想弹性体,往往还未达到极限暴露面积以前,因为地质构造原因,围岩某部位就可能发生破坏,形成自然崩落.当围岩无构造破坏,整体性好,非常稳固时,需要在其中布置工程,进行强制崩落处理采空区。爆破的部位根据矿体的厚度和倾角确定。崩落岩石厚度一般以满足缓冲保护垫层的需要,达5mm以上为宜。崩落的方法一般采用深孔爆破或药室爆破(崩落露天边坡或极坚硬岩石)。
在崩落围岩时,为减少冲击气浪的危害,对离地表较近的采空区或已与地表相通的相邻采空区,应提前与地表或与上述采空区崩透,形成“天窗”。强制放顶工作一般与矿柱回采同时进行,且要求矿柱超前爆破。如不进行回采矿柱,则必须崩落所有支撑矿(岩)柱,以保证强制崩落围岩的效果。
1.1 地表强制崩落法处理采空区
该方法是利用采空区上方预先钻凿的中深孔或大孔,采用垂直倒漏斗爆破技术,将采空区上方中的岩石崩落,充填并消除采空区。
原理是在采空区的正上方采用垂直倒漏斗爆破技术,对采空区进行处理。其一是:从采空区位置全部钻凿好直径为150mm左右的炮眼,其深度直接与采空区穿透,然后用带绳木块对所有炮眼进行堵塞,装入孔内导爆索和炸药后,再装填一定长度的隔离矿砂,采用孔内分层爆破,直到采空区上方岩石完全崩落或填满采空区;其二是:在采空区中央,采用多次爆破方法形成天井,以此为自由面和中心,在采空区上方钻凿大孔,然后侧向崩矿,将崩落矿岩填入采空区。
此类方法具有效果好、经济、处理快速等特点,但是缺点在采空区上方进行凿岩,爆破作业时安全性差,易于卡钻等。VCR法地表强制崩落法适用于采空区距离地表较浅,且采空区范围不大的情况,而大深逆向爆破多次成井侧向崩落法适用于距离地表深度大,边界不清,范围较大的采空区处理。
1.2 井下崩落矿柱处理采空区
井下崩落矿柱方法是在原有的采空区中,在矿柱的适当位置开凿硐室,利用原有的巷道,在矿柱中钻凿深孔爆破处理采空区,分为垂直深孔方法与水平深孔方法两种。 2、充填法处理采空区
对于那些在其上部存在露天采场或有建筑物的采空区,由于地表绝对不允许大面积塌陷。因此,崩落处理采空区的方法不可行,至于对采空区用锚索或锚杆进行加固,也只是一种临时措施,要彻底根除采空区带来的安全隐患.比较可行的手段只能是“充填”。用充填料(废石,尾砂)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,因为充填材料可对矿柱施以侧向力,有助于提高其强度.常用的充填法有:干石充填法、尾砂充填法、胶结充填法。
充填法是利用地表中露天剥离的废石、开采废石或选矿尾砂作为主要充填骨料,建立充填系统,然后通过采空区的钻孔、天井或充填管道将充填料自流(或加压)充填至井下采空区。
用充填法处理采空区,一方面要求对采空区的位置、大小以及与相邻采空区的所有通道了解清楚,以便对采空区进行封闭,加设隔离墙,进行充填脱水或防止充填料流失;另一方面,采空区中必须能有钻孔、巷道或天井相通,以便充填料能直接进入采空区,达到密实、充填采空区的目的。
充填法用于采空区处理,具有效果好,见效快,充填密实等优点,但是充填法存在施工难度大,成本高,作业安全性差等缺点,在采用充填法处理采空区时一方面要从安全生产的角度,另一方面要从经济的角度加以考虑,选用合理的充填材料和研究经济可行的工艺技术。
3、封闭处理采空区
随着采空区面积不断扩大,岩体应力的集中,有一个从量变逐渐发展到质变的过程。当集中应力尚未达到极限值时,矿石与围岩处于相对稳定状态。如果在此之前结束整个矿体的回采工作,而采空区即使冒落也不会带来灾难,可将采空区封闭,任其存在或冒落。这是一种最经济又简便的采空区处理方法,但其使用条件比较严格,可用于下列两种情况:
(1)矿石与围岩极稳固,矿体厚度与延伸不大,埋藏不深,地表允许崩落;
(2)埋藏较深的分散孤立的盲采空区,离主要矿体或主要生产区较远,采空区上部无作业区。
在封堵采空区时,要在采空区附近通往生产区的巷道中,构筑一定厚度的隔墙,使采空区中围岩崩落所产生的冲击气浪不至造成危害。因此,构造充分的缓冲层厚度或通往采空区的通道封堵长度是采用封闭法处理采空区的关键。
4、采空区处理的辅助手段
建立地压监测系统。井下采空区发生大的地压活动之前,一般都有一定的征兆,如地音、地震强度的变化等,通过对这些变化的监控,可以对地压活动进行一定程度的预报。因此为配合对采空区的治理,掌握采场稳定性安全动态,应该对采空区围岩采取一定的现场监测手段。目前监测手段较多,但是较为常用的有岩体声发射监测定位仪、水准测量、多点位移计、压力计、断面收敛测量以及光应力计等监测手段。为监测超大采空区地压活动,提供一种有效方法。
范文二:采空区处理新方法论文
采空区处理新方法论文
【摘要】在对于采煤巷道形成的采空区施工应按照煤系地层施工作业要求进行施工通风和瓦斯监测,如检测到瓦斯应立即改变施工方法,按照瓦斯隧道要求进行施工。
引言:采空区是地下煤层或其他矿产开采后,因为围岩塌落造成岩层的断裂或错位,在地层中形成的孔洞或裂隙。铁路线路通过采空区,经常会发生路基变形、下沉、塌陷等现象,造成轨道不平顺,严重者甚至会对线路的正常运营造成严重影响,所以,铁路线路通过采空区时,必须对其地基进行相应的处理,以确保运营安全。其中比较常用的地基处理方法就是注浆法,具有操作方便、工艺简单、治理效果好、费用低的特点。
一、采空区的特点及处理对策
采空区在分布上一般都比较分散、没有规律,各采空区的埋藏深度彼此不等,落差较大,主要是巷道式的开采方式,还没有形成一种大面积的采空。铁路线路经过此地段时,对铁路线路整体的安全性以及稳定性都会构成较大的安全隐患,随着采空顶板荷载的逐步增加、岩层的逐步风化以及火车经过时行车所造成的震动等诸多影响因素都很有可能会造成大规模采空区的坍陷以及沉降,造成铁路的路段或者桥墩的下沉以及一定程度的倾斜,严重地威胁到铁路行车的安全。
对于铁路所经过的采空区一般采取的常见处理措施有:对一些较浅的采空区进行填埋,主要是采用明挖回填的方式进行处理;对一些埋藏相对较深、坑道相对通畅的采空区,应当采取用片石及时回填、
支顶以及注土浆等诸多措施展开处理;对于埋藏深度较深,埋藏多层重叠复杂交错,存在进人困难的采空区,应当使用注浆以及灌砂的方式。对于采空区的处理应维持在安全的范围之内,对采空区、冒落带以及裂隙带的处理,最好采用探灌结合的手段。
二、采空区处理的新方法概述
近几年发展起来的有代表性的方法主要有:切顶与矿柱崩落法、切槽放顶法、硐室及深孔爆破法、V型切槽上盘闭合法等4种新联合法。
(一)切顶与矿柱崩落法
切顶与矿柱崩落法是在切槽放顶法的基础上提出的。该方法适合处理薄覆岩采空区,并可从技术上预防非法开采,处理38万m2采空区的施工成本不超过120万元。
(二)切槽放顶法
切槽放顶法,即控制爆破局部切槽放顶技术。在充分仿真采空区围岩应力分布及岩体移动的基础上提出了该方法,并专门研究了切槽宽度、切槽位置和切槽深度的设计方法,计算了合理的松石垫层厚度,充分应用崩落围岩充填、支撑或封隔采空区。
(三)硐室及深孔爆破法
硐室及深孔爆破法的技术要点是:间柱和其两侧的顶柱抽采后,在沿走向长约110m的采空区上盘深孔爆破,不仅避免上盘围岩过度损伤,而且使采空区中充满一定高度的废石从而削弱上部冒落所激发的一定量级的冲击波,并限制上盘围岩和保留间柱发生大尺度岩移或
破坏,从而达到保护上层矿免遭破坏的目的;如果上盘深孔爆破产生的废石量不够,可以辅助下盘硐室爆破;借助小硐室爆破产生上盘深孔爆破的自由面。
该方法尤其适合处理上层矿需要保护的厚大急倾斜采空区。该方法的优点是:矿柱回采强度高;在矿石覆盖层下出矿因而贫化率低;出矿后爆破充填的工艺较简单。缺点是:在无底部结构的采场中出矿时,不仅出矿不安全,而且难出干净。
(四)V型切槽上盘闭合法
V型切槽上盘闭合法是种急倾斜薄脉采空区处理方法。其技术要点是:每隔2~3个中段就在采空区的上盘沿矿体走向实施“V型”爆破切槽,引起采空区的上盘向“V型”切槽口发生下滑并向下盘翻转,导致切槽口上部的采空区闭合或形成自然平衡闭合拱,从而消除切槽口上部的采空区,并借助切槽或掘进切槽施工巷道产生的废石就地充填并消除切槽口下部的采空区。
三、铁路工程中采空区地基加固施工技术
(一)地基处理整体技术要求
在铁路工程采空区地基加固的施工中的要做到的就是如何能够很好的控制注浆的压力以及是否能够保证钻孔已经到位。要依据岩层的情况以及钻孔取芯来确定如何更好的控制钻孔的深度,实际钻的深度与设计的深度之间的误差不能够大于1米。在对采空区进行施工时运用的是填充式注浆,分别依次运用自流式注浆和压力注浆,前者是通过每孔的注浆量来进行控制的,后者是以注满为前提。根据设计规
范的要求,在对铁路路基进行特殊地段的施工时,可以通过将双向的土工格栅铺设在路基底部以及将水泥砂浆注入到钻孔中的施工方法来进行。在进行钻孔注浆的时候,宽度一般是57米到67米,间隙一般是大约为3米,这样能够便于注浆帷幕的形成。在进行注浆的时候要使用掺粉灰砂浆以及水泥砂浆,并且保证土工格栅的抗拉强度达到设计规范的要求,要依据路基的实际宽度来确定设计宽度,并且要将铁路的耐久性和路基的承载力考虑到里面。
(二)灌浆技术要求
1、在施工之前要对施工地段进行检测,检测的方法可以运用跨孔电磁波层析成像法、瞬态瑞雷面波法和直流电测深法。
2、在进行注浆施工的过程中要按照一定的顺序:要采用下行式分段注浆的方法对含有多个采空区的煤层进行注浆;要按照从下到上的顺序对倾斜采空空洞进行注浆;要按照从下游到上游顺序对充满水的空洞进行注浆,并且在注浆的时候要依据施工设计的流速来进行;利用间歇注浆的方法对帷幕孔进行处理。
3、当采空区的空隙、裂缝比较大,需要大量注浆的时候,可以运用间歇注浆法进行注浆,也可以采取将漏斗状投砂器加入孔口的方法,使得砂能够顺利进入到孔内,或者是采用加入速凝剂的方法。
4、当出现钻孔掉钻的情况时应该先停止钻进,要将空腔的大小确定清楚,并且要记录掉钻的深度,然后再进行加固施工,等到初步完成凝结的时候再重新进行钻孔。
5、进行压力注浆时泵的压力暂时确定为5-10MPa,自流注浆时泵
的压力暂时确定为0.5-1.2MPa。实际施工时的注浆压力要依据注浆以及施工地段的钻孔情况来确定。
结语:
1、工程实践证明,采用注浆处理技术对铁路路基采空区的处理有较好的应用和推广价值,同时,在类似工程中,如公路路基工程,也可以采用注浆技术进行加固;
2、对于采空区引起的塌方,因为回填物的不断流出,不能采用清渣处理方案,应先注浆加固,然后采用强支护通过方案;
3、严格贯彻执行弱爆破或人工开挖,短进尺、快支护、勤量测的原则,保证施工安全;
4、为了取得较好的工程效果,应根据地质条件和工程特点的不同,选取合适的注浆材料和注浆工艺;
5、在对于采煤巷道形成的采空区施工应按照煤系地层施工作业要求进行施工通风和瓦斯监测,如检测到瓦斯应立即改变施工方法,按照瓦斯隧道要求进行施工。
参考文献:
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范文三:煤矿采空区在数值模拟中的处理方法
第10卷第6期(总第67期)
2005年12月煤