[发明专利]采空区切顶与矿柱崩落法

说明书

技术领域

本发明涉及对采空区的处理，特别涉及一种采空区切顶与矿柱崩落法。

背景技术

荆襄磷化集团大峪口磷矿在露天采坑下开采下层磷矿，覆岩平均厚度为50m，矿体倾角30°左右，矿体厚度3m。由于矿体缓倾斜连续分布，且地表出露，容易开采，被当地人盗采形成了38万平方米的采空区。矿方要求实施采空区处理，既消除顶板冲击地压隐患，又从技术上堵塞非法开采通道。因此提出切顶与矿柱崩落法，在未采矿体上部沿走向全长处理采空区，形成沿倾向宽70～110m宽的自然冒落带，冒落而消除顶板冲击地压隐患，非法盗矿也不容易穿越，从而从技术上堵塞了非法开采通道。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种采空区切顶与矿柱崩落法，使顶板自然冒落，不仅可以消除薄覆岩下采空区的顶板冲击地压，而且可以成功堵塞非法开采通道。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

采空区切顶与矿柱崩落法，直接崩倒顶板极限跨度内的矿柱，使顶板自然冒落，所述顶板极限悬臂跨度l_max根据下式求得

l_max＝1.25H[σ_c/(γH)+0.0012k]^0.6

式中k＝|H-100|，γ为上覆岩层容重，H为上覆岩层厚度，σ_c为顶板岩体抗拉强度。

如果采空区顶板覆岩中有天然存在的大型弱面，将顶板切断，或者不存在大型弱面的情况下通过爆破切断顶板，则顶板极限悬臂跨度l_max根据下式求得

l_max＝0.435H[σ_c/(γH)+0.0026k]^0.6

式中k＝|H-100|，γ为上覆岩层容重，H为上覆岩层厚度，σ_c为顶板岩体抗拉强度。

所述大型弱面指50米以下的薄覆岩顶板中分布的大型断裂或断层。

如果进行爆破切断顶板，则爆破切断顶板的炮孔深度L根据下式求得

L＝AN-L_扩

式中N为直接顶板岩层的平均厚度，A为切断顶板形成悬臂顶板的爆破及裂纹扩展深度占覆岩厚度的百分比，可以通过数值模拟计算确定；L_扩为爆破裂纹的扩展深度，由下式求得

式中，z是岩石声阻抗，可查表取值，r_e为炮孔半径，S_t为岩石的抗拉强度。

为了减小实际应用偏差，在所述顶板极限跨度或极限悬臂跨度l_max的值根据公式求得之后，用数值模拟或相似模拟修正。

本发明与现有技术相比，具有的优点是：

1)不是崩落法、充填法、支撑法和封闭隔离法这四种基本采空区处理方法中某几种方法的简单联合，而是通过切顶与矿柱崩落，既达到使顶板应力向有利于安全开采的方向重分布的目的，又实现封闭、隔离采空场的目的，从而促进安全生产，并消除顶板冲击地压隐患，而且还从技术上经济地堵塞非法开采通道。

2)空场处理和矿柱回收及底板清理可同时进行。

3)实施后，可以减缓地表不均匀沉陷，并可有计划地将采、掘废石排入处理过的采空区。

4)经济，简便，工作量小，施工快捷，处理38万平方米采空区，施工经费不超过120万元。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例一

采空区不存在弱面，直接崩倒顶板极限跨度内的矿柱，使顶板自然冒落，所述顶板极限悬臂跨度l_max根据下式求得

l_max＝1.25H[σ_c/(γH)+0.0012k]^0.6

式中k＝|H-100|，γ为上覆岩层容重，H为上覆岩层厚度，σ_c为顶板岩体抗拉强度。

利用本方法，矿柱崩倒后，顶板按照预计情况自然冒落，没有任何安全隐患，消除了顶板冲击地压隐患，且能够从技术上堵塞盗矿通道。

实施例二

采空区上有50米以下的薄覆岩，且覆岩中存在天然的大型弱面，基本将顶板切断，顶板极限悬臂跨度l_max根据下式求得

l_max＝0.435H[σ_c/(γH)+0.0026k]^0.6