CN101413774A - 大跨度空区顶板硐室***最佳厚度的确定方法及***方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大跨度空区顶板硐室***最佳厚度的确定方法及其***方法，该方法仅适用于采空区顶板岩体处于稳定状态时。该方法的步骤为首先计算满足采空区地采安全生产的缓冲垫层厚度，接着计算***振动安全允许距离，再计算大***施工的安全厚度，最后根据大***施工的安全厚度大于等于地采安全生产的缓冲垫层厚度要求，确定采空区顶板硐室***最佳厚度，并开挖巷道，放置***，实施条形硐室***。本发明提供的大跨度空区顶板硐室***最佳厚度，既能保证作业安全，又能尽量减少***工程量，缩短施工周期，减小投资。

Description

大跨度空区顶板硐室***最佳厚度的确定方法及***方法

技术领域：

本发明涉及矿山开采中的***方法，特别是大跨度空区顶板硐室***最佳厚度的确定方法及其***方法。

背景技术：

在进行地下矿山开采过程中，一般采用空区法开采，其采空区的跨度一般为20M-50M，当采空区的跨度大于50M时，即为大跨度空区。

为保护地下开采作业的安全，必须在采空区下方矿体顶板上形成一定厚度的缓冲垫层。在以往的生产实践中，通常采用如下方法充填采空区，从而形成缓冲垫层：

1、尾砂充填法，即在尾矿库建立砂泵站，通过管道将尾砂输送至采空区形成设计需要厚度的缓冲垫层。

2、干式充填法，即在地面建立采石场，将剥离的废石通过充填井运至采空区进行充填，形成设计需要厚度的缓冲垫层。

3、***充填法，即在采空区周边的岩体内布置集中药室或进行深孔***，将***的岩石抛至采空区，形成设计需要厚度的缓冲垫层。

上述三种方法充填采空区，一个共同的缺点是：施工周期长(一般半年以上)、管理复杂、投资大，充填成本高。且前二种充填方法对矿山环境保护还会造成一定影响，第三种方法在采空区周边的岩体内布置集中药室，或进行深孔***，这样对采空区周边岩体的稳定性影响很大，造成很大安全隐患，同时集中药室的设置高度很难确定，因为既要满足地采作业安全的缓冲垫层厚度要求，又要能满足施工安全的安全厚度要求。如果设置高度选择不好，既不能保证作业安全，又可能增加***工程量，延长施工周期，增大投资。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有大跨度空区顶板硐室***最佳厚度难以确定的不足，提供一种既能保证作业安全，又能尽量减少***工程量，缩短施工周期，减小投资的大跨度空区顶板硐室***最佳厚度的确定方法及***方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种大跨度空区顶板硐室***最佳厚度的确定方法，包括下列步骤：

(1)、进行采空区顶板岩体稳定性分析，当采空区顶板岩体处于稳定状态时，实施下一步，如果采空区顶板岩体不处于稳定状态，则终止此方法；

(2)、参照B.P伊缅尼托夫提出的缓冲层厚度计算经验公式：h_b＝0.74k_cH^1.25L^0.02(F₀/F)，计算满足采空区地采安全生产的缓冲垫层厚度h_b，式中：

k_c-缓冲层岩石粗糙系数，H—缓冲层至顶板高，F₀—顶板崩落层面积，L—顶板崩落层厚度，F—顶板暴露面积；

(3)、计算***振动安全允许距离R＝(K/V)^1/a×Q^1/3，式中：

Q—延时***最大一段***量，

V—保护对象安全允许振速，

K—与地形、地质条件有关的系数，

a—与地形、地质条件有关的衰减指数；

(4)、计算大***施工的安全厚度h_a＝R×A，式中：A为安全系数，其取值范围为1.3-1.8；

(5)、根据大***施工的安全厚度h_a≥地采安全生产的缓冲垫层厚度h_b，确定采空区顶板硐室***最佳厚度h，即从空区顶板至***硐室的中心线距离：当h_a≥h_b时，h＝h_a；当h_a<h_b时，h＝h_b。

本发明还公开了：一种大跨度空区顶板硐室***方法，包括下列步骤：

(1)、进行采空区顶板岩体稳定性分析，当采空区顶板岩体处于稳定状态时，实施下一步，如果采空区顶板岩体不处于稳定状态，则终止此方法；

(2)、参照B.P伊缅尼托夫提出的缓冲层厚度计算经验公式：h_b＝0.74k_cH^1.25L^0.02(F₀/F)，计算满足采空区地采安全生产的缓冲垫层厚度h_b，式中：

k_c-缓冲层岩石粗糙系数，H—缓冲层至顶板高，F₀—顶板崩落层面积，L—顶板崩落层厚度，F—顶板暴露面积；

(3)、计算***振动安全允许距离R＝(K/V)^1/a×Q^1/3，式中：

Q—延时***最大一段***量，

V—保护对象安全允许振速，

K—与地形、地质条件有关的系数，

a—与地形、地质条件有关的衰减指数；

(4)、计算大***施工的安全厚度h_a＝R×A，式中：A为安全系数，其取值范围为1.3-1.8；

(5)、根据大***施工的安全厚度h_a≥地采安全生产的缓冲垫层厚度h_b，确定采空区顶板硐室***最佳厚度h，即从空区顶板至***硐室的中心线距离：当h_a≥h_b时，h＝h_a；当h_a<h_b时，h＝h_b。

(6)、在采空区上方距顶板最佳厚度h处布置相互平行的条形药室；

(7)、开挖巷道，以解决冲击波问题；

(8)、放置***，实施***。

下面对本发明进行进一步说明：

所述步骤4中的安全系数A根据顶板岩石的硬度系数确定，一般为均质、致密坚硬，硬度系数f＝12～16的花岗岩、玄武岩、辉绿岩等时，A取1.3；均质、中硬，f＝6～8的大理岩、石灰岩、斜长岩等，A取1.6；不均质、节理裂隙较发育、中硬，f＝5～6的千枚岩、石灰岩、斜长角闪岩、石英砂岩等，A取1.8。

该采空区顶板硐室***最佳厚度h也就是采空区上方顶板距药室的距离，在本发明中，确定采空区顶板硐室***最佳厚度后，就在采空区上方距顶板的最佳厚度上布置相互平行的条形药室，该条形药室采用小断面(巷道宽×高＝1.3M×1.7M)，浅眼微差***，减少施工过程对采空区顶板稳定性的影响；同时在条形药室施工过程中，采用声波仪、多点位移计进行定期监测，及时预报顶板岩体的稳定性，保证了大***实施过程的安全。

本发明首先进行采空区顶板岩体稳定性分析，当空区顶板岩体处于稳定状态时，确定既满足地采作业安全的缓冲垫层厚度要求，又能满足施工安全的安全厚度要求，即寻找出能满足2个安全厚度要求的最佳厚度。同时在最佳厚度上开挖小断面条形药室，条形药室暴露的空间小，一次***使用的***量少，条形药室的施工对空区顶板岩石的稳定性不至造成安全影响。该方案的优点是：利用破碎岩石的自重充填采空区，***单位消耗量小，充填料垫层分布均匀，施工周期短，投资省，成本低，管理方便，能适应不规则空区顶板的***要求。

附图说明：

图1为本发明大跨度空区顶板硐室***最佳厚度的确定方法的流程示意图。

图2为本发明一较佳实施例的条形药室平面布置示意图。

图3为图2的A-A剖面示意图。

具体实施方式：

如图1-图3所示，在第一较佳实施例中，采空区顶板崩落层面积F₀为13000m²，缓冲层至顶板高H为40m，顶板崩落层厚度L为20m，顶板暴露面积F为14800m²，缓冲层岩石粗糙系数k_c＝6.6×0.1da，da取0.5，da是与岩石艰硬及粗糙程度有关的系数，da变化范围为0.4-0.6。首先采用有限单元法模拟在岩体重应力场作用下，对采空区四个剖面的应力分布情况进行分析，其剖面上的点应力安全系数均大于1.0，证明采空区顶板岩石整体是稳定的；接着计算满足采空区地采安全生产的缓冲垫层厚度h_b＝0.74k_cH^1.25L^0.02(F₀/F)＝19.3m(该公式为B.P伊缅尼托夫提出的缓冲层厚度公式)；再根据GB6722-2003***安全规程确定延时***最大一段***量Q为9kg，保护对象安全允许振速V为10cm/s，与地形、地质条件有关的系数K为250，衰减指数a为1.8，计算***振动安全允许距离R＝(K/V)^1/a×Q^1/3＝12.44m(该公式为公知公式)；由于该采空区顶板为均质、中硬，f＝6～8的石灰岩，故取安全系数A为1.6，计算大***施工的安全厚度h_a＝R×A＝12.44m×1.6＝20m；最后，根据大***施工的安全厚度h_a≥地采安全生产的缓冲垫层厚度hb，确定采空区顶板硐室***最佳厚度h＝h_a＝20m。确定最佳厚度后，在采空区上方距顶板20m处开挖条形药室，共布置T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13、T14等14个条形药室，其断面均为高1.7m，宽1.3m，并开挖释放冲击波的巷道，同时在条形药室中布置硝铵***7.73t，铵油***154.77t，实施***，达到了施工过程安全、投资省、充填效果好的目的。

在第二较佳实施例中，该实施例与第一较佳实施例相比大致相同，只是该采空区顶板为均质、致密坚硬，硬度系数f＝12～16的花岗岩，这时可取安全系数A为1.3，这样计算大***施工的安全厚度h_a＝R×A＝12.44m×1.3＝16.17m；为满足地采生产安全所需缓冲垫层厚度19.3m的要求，同理可确定采空区顶板硐室***最佳厚度为19.3m。在采空区上方距顶板19.3m处开挖条形药室实施***后，同样实现了施工过程安全、投资省、充填效果好。

在第三较佳实施例中，该实施例与第一较佳实施例相比大致相同，只是该采空区顶板为不均质、节理裂隙较发育、中硬，f＝5～6的千枚岩，这时可取安全系数A为1.8，这样计算大***施工的安全厚度h_a＝R×A＝12.44m×1.8＝22.39m；同理可确定采空区顶板硐室***最佳厚度为22.39m。在采空区上方距顶板22.39m处开挖条形药室实施***后，同样实现了施工过程安全、投资省、充填效果好。

Claims (4)

1、一种大跨度空区顶板硐室***最佳厚度的确定方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)、进行采空区顶板岩体稳定性分析，当采空区顶板岩体处于稳定状态时，实施下一步，如果采空区顶板岩体不处于稳定状态，则终止此方法；

(2)、参照B.P伊缅尼托夫提出的缓冲层厚度计算经验公式：h_b＝0.74k_cH^1.25L^0.02(F₀/F)，计算满足采空区地采安全生产的缓冲垫层厚度h_b，式中：

k_c-缓冲层岩石粗糙系数，H—缓冲层至顶板高，F₀—顶板崩落层面积，L—顶板崩落层厚度，F—顶板暴露面积；

(3)、计算***振动安全允许距离R＝(K/V)^1/a×Q^1/3，式中：

Q—延时***最大一段***量，

V—保护对象安全允许振速，

K—与地形、地质条件有关的系数，

a—与地形、地质条件有关的衰减指数；

(4)、计算大***施工的安全厚度h_a＝R×A，式中：A为安全系数，其取值范围为1.3-1.8；

(5)、根据大***施工的安全厚度h_a≥地采安全生产的缓冲垫层厚度h_b，确定采空区顶板硐室***最佳厚度h，即从空区顶板至***硐室的中心线距离：当h_a≥h_b时，h＝h_a；当h_a<h_b时，h＝h_b。

2、根据权利要求1所述的大跨度空区顶板硐室***最佳厚度的确定方法，其特征在于，所述步骤(4)中的安全系数A根据采空区顶板岩体的硬度系数确定：均质、致密坚硬，硬度系数f＝12～16的花岗岩、玄武岩、辉绿岩时，A取1.3；均质、中硬，f＝6～8的大理岩、石灰岩、斜长岩时，A取1.6；不均质、节理裂隙较发育、中硬，f＝5～6的千枚岩、石灰岩、斜长角闪岩、石英砂岩时，A取1.8。

3、一种大跨度空区顶板硐室***方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)、进行采空区顶板岩体稳定性分析，当采空区顶板岩体处于稳定状态时，实施下一步，如果采空区顶板岩体不处于稳定状态，则终止此方法；

(2)、参照B.P伊缅尼托夫提出的缓冲层厚度计算经验公式：h_b＝0.74k_cH^1.25L^0.02(F₀/F)，计算满足采空区地采安全生产的缓冲垫层厚度h_b，式中：

k_c-缓冲层岩石粗糙系数，H—缓冲层至顶板高，F₀—顶板崩落层面积，L—顶板崩落层厚度，F—顶板暴露面积；

(3)、计算***振动安全允许距离R＝(K/V)^1/a×Q^1/3，式中：

Q—延时***最大一段***量，

V—保护对象安全允许振速，

K—与地形、地质条件有关的系数，

a—与地形、地质条件有关的衰减指数；

(4)、计算大***施工的安全厚度h_a＝R×A，式中：A为安全系数，其取值范围为1.3-1.8；

(5)、根据大***施工的安全厚度h_a≥地采安全生产的缓冲垫层厚度h_b，确定采空区顶板硐室***最佳厚度h，即从空区顶板至***硐室的中心线距离：当h_a≥h_b时，h＝h_a；当h_a<h_b时，h＝h_b。

(6)、在采空区上方距顶板最佳厚度h处布置相互平行的条形药室；

(7)、开挖巷道，以解决冲击波问题；

(8)、放置***，实施***。

4、根据权利要求3所述的大跨度空区顶板硐室***方法，其特征在于，所述条形药室断面的巷道宽为1.3M，高为1.7M，且在布置条形药室过程中，定期监测顶板岩体的稳定性。

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