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铜坑矿细脉带矿体特大事故隐患区治理方案的研究

文档作者：陈何孙忠铭姚根华余阳先文档来源： 1．北京矿台研究总院 2．华锡集团有限责任公司		点击数：	更新时间： 2021年05月17日
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第1 7卷第3期
2008年3月
中 国 矿 业
CHINA MINING MAGAZINE
Vol_17，No．3
M arch 2OO8
铜坑矿细脉带矿体特大事故隐患区治理方案的研究
陈 何 ，孙忠铭 ，姚根华 ，余阳先
(1．北京矿 台研究总院，北京100044；2．华锡集团有限责任公司，广西柳州545006)
摘要：铜坑矿细脉带矿石自燃形成火区，使矿山开采顺序紊乱，并遗留大量未处理的采空区，对
矿山安全生产造成重大事故隐患。根据矿石发火机理、火区控制措施、事故隐患区域地压安全性分析以
及矿山开采技术条件，制定了采用大爆破顺序崩落细脉带采区范围内的剩余矿石，并彻底消除所有空区
的技术方案。针对不同的爆破条件和预期效果要求，采用束状竖直大直径深孔为主，局部辅以100mm
的上向中深孔或小型硐室分次爆破技术方案。对方案实施的安全技术措施和矿山环境的可能影响也进行
fr分析。
关键词：事故隐患；火区；治理；技术方案
中图分类号：TD85—9 文献标识码：B 文章编号：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)
细脉带矿体为华锡集团公司铜坑矿三大矿体之
一
， 具有较长的开采历史。火区下细脉带矿体的开
采及事故隐患区的治理，一直是个悬而未决的问
题，原因是其开采条件复杂。从矿山开采的安全
性、合理的开采顺序及资源的充分回收出发，必须
进行细脉带事故隐患区的治理ll1]。
1 细脉带矿体特大事故隐患区
1976年5月，崩落带矿岩出现了自燃发火，
1987年进行改造，在火区底预留25m厚的隔火矿
柱。570～625m 水平之问采用分段空场嗣后充填
收稿日期：2007—12—20
作者简介：陈何(1964一)，北京矿冶研究总院研究员。
采矿法回采。由于火区隐患的制约，细脉带矿体开
采速度严重滞后于下部的91 、92 矿体，导致总
体开采顺序紊乱，细脉带矿体底部留下了大量的未
处理的空区。局部地段有矿柱受拉应力、压应力、
剪应力破坏现象。空区不仅威胁着细脉带矿体东部
三大矿体重叠区采矿作业的安全，而且，随着时间
的推移，由于矿柱支撑体系的削弱和破坏，有可能
造成大范围的岩层移动。从而使上部的隔火矿柱受
到破坏，火区可能扩大蔓延。1997年，铜坑矿细
脉带火区被广西认定为特大事故隐患区。
细脉带矿体505m水平以上采矿形成的空区总
量为67．8万m。，充填16．8万m。，顶板垮落回填
空区量为42．7万m。， 目前尚有空区量8．3万m。。
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第3期 陈何等：铜坑矿细脉带矿体特大事故隐患区治理方案的研究
其中：570～625m水平剩余空区量为3．6万m。；
505～570m水平剩余采空区为4．7万m。。细脉带
矿体保有资源总量：362万t。
2 火区发火机理与燃烧情况
细脉带火灾主要是由FeS 、C与氧气复合作
用引起。预氧化的硫铁矿是引起火灾的主要物质。
在矿体南部的上部，黄铁矿、单质炭比较富集，并
形成了一条炭质页岩与矿体相接触的破碎互成带，
黄铁矿预氧化后氧化速度加快。细脉带矿体的接触
破碎带是主要的自燃发火带。矿体的直接顶板为一
平均厚度达60m含FeS 、C的岩层。局部地点的
炭质页岩有自燃特性，火灾与炭质页岩有密切联
系。炭质页岩的崩落是构成矿区浅部自燃火灾发生
及其扩大的主要原因。
具有自燃特性的预氧化硫铁矿、炭质页岩下窜
到矿体下部，由于矿体含硫量较高，可引发深部火
灾。矿石是构成矿区深部火灾蔓延的主要原因。等
量的FeS 、C在供氧充足的条件下燃烧时，耗氧
量为供氧不足时的2．5倍，放热量为其4倍。因
此，井下防灭火措施应以抑制供氧量为主[2]。
火区中段地温低值， 向东、西燃烧的旺区分别
形成了东部、西部温度异常区。火区中段(6 线)
燃烧较充分，燃烧已到达地表；东部异常区热源中
心埋深较大，由深部及近地表热源综合引起。燃烧
体中心位于8 剖面线120～140m 深处。向南东、
北东蔓延。向东蔓延燃烧个别地段已达到近地表。
核心温度150℃ ；西部异常区由深部热源引起，燃
烧中心在3 线及其向西延展的部位，核心温度
100℃ ，处于逐渐熄灭状态。井下毒气：650m 水
平SO 浓度很低，均低于2ppm。
3 地压安全性分析
铜坑矿地压监测系统比较完善，有效地掌握了
细脉带隔火矿柱及周边地压活动情况[3]。对细脉带
隔火矿柱进行了连续的水准测量、微震监听和分
析，结果表明，该区域总体上地压活动趋于平缓。
应用FLAC软件，分别模拟三大矿体重叠区，
在不同开挖状态下，采区的应力、应变、位移及变
形等状况。矿体不同剖面数值分析，初始状态下，
隔火矿柱治理工程实施的区段，基本处于未破坏状
态。开采区域内水平应力比垂直应力大，垂直应力
在采区的间柱上集中。模拟地压规律与现场地压监
测结果基本一致。
4 事故隐患治理可行技术方案
为尽快和彻底消除事故隐患，选择高效的技术
方案是必要的。采用高效、高强度的技术手段集中
作业，可以选择工程岩体相对稳固，并进行有效的
支护和重点监测，保证作业的安全[4]。因为民采破
坏了矿柱的完整性，采用常规的技术工艺参数进行
治理已很难实施。因此，必须考虑技术方案在特殊
工艺条件下的可行性和适用性。细脉带矿体剩余矿
量尚有362万t，在进行事故隐患治理的同时，应
尽可能兼顾回收剩余的矿石资源。方案实施的目
标，是彻底消除地压隐患，将火区置于可控状态并
最终消除隐患。
根据空区及隔火矿柱处理方式的分析，细脉带
安全事故隐患治理的可行技术方案有：①空区部分
充填、顺序回采、隔火柱矿自然冒落方案；②充填
空区、中深孔强制崩落隔火柱矿方案；③深孔强制
崩落空区、隔火柱矿方案；④ 空区部分充填、深孔
强制崩落隔火柱矿、空区方案。
通过对不同方案治理工程量、成本、方案实施
难易程度、采矿贫化、损失、施工作业安全性等进
行综合分析比较，选择第4种方案作为铜坑矿细脉
带矿体特大事故隐患区治理技术方案。
5 事故隐患治理总体技术方案
5．1 总体技术方案
采用大爆破顺序崩落细脉带采区范围内的剩余
矿石，并彻底消除所有空区的技术方案。根据不同
的爆破条件和预期效果要求，采用束状竖直大直径
深孔为主，局部辅以100mm 的上向中深孔或小型
硐室分次爆破技术方案。
根据细脉带矿体剩余矿量的分布情况及开采条
件，分两个区域逐次采用大爆破进行细脉带总体事
故隐患治理和资源回收。矿岩爆破总量：213．75
万t(其中12～14线：46．35万t，大12 采场以
西：167．4万t)。工程费用：783．75万元。方案
实施后，可采出矿石200．2万t。
5．2 束状竖直大直径深孔爆破技术
束状深孔爆破是以由数个密集平行深孔形成共
同应力场的作用机理为基础的深孔爆破技术。与单
孔爆破不同，束孔爆破形成的应力波具有一定的厚
度，应力波峰值作用于岩石的冲量更大、时间更
长、有效作用范围更广，因此，其爆破效果更好。
由于可以以一束孔的共同作用设计爆破参数，在工
程应用方面有很大的灵活性和实用性[5 ]。在铜坑
矿细脉带事故隐患的治理工程中，根据不同的爆破
条件和作业条件，采用4～8个直径为165mm的大
直径深孔组成束孔，束问距和抵抗线为5～10m。
5．3 爆区设计方案
第一爆区爆破范围为：560～625m 水平，12
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1O2 中国矿业 第17卷
～ 14 之间的大14 采场、大12 采场及其对应的
625～650m 水平隔火矿。总崩矿量：46．35万t。
孔数：9O，孔深：4342m，装药量：92．67t。
第二爆区分为三个矿块段分次爆破处理。各矿
段拉槽后分次起爆。第一矿段：9 、10 、11 采
场拉槽量爆破量10万t，最后一次崩落量30万t。
一次爆破最大药量小于70t。第二矿段：6 、7 、
8 采场拉槽量爆破量15万t，最后一次崩落量32
万t。一次爆破最大药量小于80t。第三矿段：大
4 采场后退式下向逐层落矿，最后一次崩落方式
崩落。分层高度6～10m，分层矿量5～8万t，炸
药15～2Ot。最后一次崩落量3O万t，爆破最大药
量小于70t。
细脉带矿体空区处理后，地表塌陷区范围为
0．36km。。
6 火区的控制
顺序起爆，使竖直矿柱就地坍塌，水平矿柱均
匀下落。爆破补偿系数为10 ～20 ，属于挤压
爆破，爆破后上部火区的燃烧物和高温矿石不会下
窜。大爆破起爆前，在隔火水平矿柱的上部巷道空
间，施放相当数量的氮气。在隔火矿柱的下部巷道
空间，布放一定数量的固体二氧化碳。它有利于降
低爆堆间隙气体的含氧浓度，降低爆堆的温度。大
爆破后，根据覆岩下放矿矿岩移动规律，快速均匀
放矿。使崩落体均匀下落，控制火区的扩大与蔓
延。放矿结束后，及时封堵。
火区燃烧物质的下移：崩落矿体高从570～
650m共80m，上部火区崩落矿岩随放矿过程下
降，设计安全隔层20m。爆区所有矿段放矿后，封
闭细脉带560m 以上所有进路，最终消除火灾隐
患。
7 安全技术措施与矿山环境
通过现场爆破试验确定矿山大爆破的实际安全
距离。以大爆破爆心在地表投影为中心， 半径
400m为半径的区域为危险区，半径800m 为半径
的区域为警戒区。大爆破的主震频率为15420Hz，
按震动速度确定的危险范围在60m区域内。
采用分区微差爆破，单段起爆药量< 10t。硐
室爆破药量< 10t，硐室堵塞距离>4m。爆区人口
处堆坊10m，并修筑阻波墙。爆破以前，对爆破震
动和空气冲击波影响范围内的结构物、设施、设备
进行安全检查，采取必要的加固、封闭或暂时疏散
等相应措施。爆破后加强通风24h，并检测空气合
格后，方可重新作业。爆破施工、警戒区设置及指
令程序、生产恢复等按爆破安全规程执行。
加强地表塌陷区的监测与管理，完善地表观测
网，通过对地表的下沉、倾斜、弯曲、水平移动、
水平变形、剪切变形等监测数据作定量分析，更加
准确地预测可能发生的破坏性塌陷。必要时地面加
盖黄土，注石灰水等措施处理。地表塌落警戒区
内，无关人员不得进入。矿山设计已划定0．9kin
的冒落区范围。本次治理的地表塌陷区范围约
0．3km ，在已划定冒落区范围内。
确保地压监测系统的正常。利用声波监测系统
监测隔火矿柱的岩声情况，进而分析、判断隔火矿
柱的稳定性。治理期间，继续加强火区下部密闭墙
的维护和管理，为火区及采空区的安全管理提供保
障。
细脉带特大事故隐患区的存在，也是矿山环境
保护工作的重大隐患。对细脉带特大事故隐患区的
进行治理，将从根本上消除并控制火区、空区等对
环境产生的长期不利影响。治理过程中，对环境的
主要影响是：地表塌陷区范围扩大和火区二氧化硫
排放可能超标。若火区塌陷区二氧化硫排放超标，
即时通过地表简易充填站进行充填覆盖、注石灰水
处理。从长期效果看，由于治理从根本上消除了火
区长期燃烧的条件，因而SO 的总排放量降低，有
利于矿山的环境保护。
在治理总体方案实施过程中，除了为保证安全
和达到预期效果所采取的安全和技术措施外，还制
定应急预案，以处理万一由于不可预料的因素而发
生的安全事故。
实施治理方案，主要费用包括：工程费、材料
费、设备费、管理费、科研费等，预算总经费为
1427万元。治理工作预计3年内完成。
最终达到消除细脉带570m水平以上所有空
区，形成贯通地表的连续崩落体，回收矿石约200
万t，彻底消除地压灾害隐患，将火区置于可控状
态并最终消除隐患。
8 结论
铜坑矿细脉带火区事故隐患治理工作势在必
行。火区局部处于缓慢燃烧(氧化聚热)状态，总
体上处于控制状态。细脉带的地压活动趋于平缓，
隔火矿柱治理工程实施的区段基本处于稳定状态。
采用束状竖直大直径深孔爆破逐次强制崩落技术，
适应性强，容易满足空区处理的要求。作业地点集
中，易于选择工程岩体稳定的作业区域，安全性
好。所采用的技术手段效率高、见效快。治理过程
中，火区处于可控状态。治理工程有利于改善下部
(下转第106页)
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1O6 中国矿业 第17卷
位抽放巷道可以抽出高浓度的瓦斯，统计情况如表 流瓦斯35 ，其抽放瓦斯纯量为6．48 m。min～。
1所示。根据统计计算，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数据
通过水封式高位抽放巷道抽放高浓度瓦斯，煤
层瓦斯含量明显降低，有效的降低了工作面回采时
的瓦斯涌出量和井下瓦斯灾害事故发生的几率，极
大地提高了矿井安全生产的可靠程度。从表1中数
据可以看出，111l(1)综采工作面采用高位抽放
巷道后效果明显，能有效地解决综采工作面瓦斯超
限问题。由于高位抽放巷道距离煤层顶板16 m，
水槽底端距煤层顶板11 m，中间有稳定岩体隔开，
且水槽存水量仅需50m。。因此，采用水封式系统
不会对综采工作面构成水灾隐患，同时有助于改善
抽放系统的密封性，进而提高瓦斯抽放浓度和瓦斯
抽放率。
4 结论
(1)水封式高位抽放巷道能增加煤(岩)层
透气性、密封性好，在张集矿应用结果表明，工作
面瓦斯抽放浓度保持在3O 以上，具有抽放浓度
高、稳定性好的优越性。
(2)从应用效果来看，采用FLAC数值模拟
方法来确定冒落带和裂隙带范围是可靠的。
(3)采用水封式高位抽放巷道，技术上是可
行的，适用于单一煤层开采，能有效地解决综采工
作面瓦斯超限问题， 以确保矿井安全生产。
(4)采用水封式高位抽放巷道后，大大减少
风排瓦斯量，有利于提高经济效益。 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页)
采区的应力状态，有利于矿山环境保护。治理工作
可以达到彻底消除地压灾害隐患，将火区置于可控
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