摘要：铝土矿的直接围岩为粘土岩、铝土岩、铝土页岩、铁质页岩等软弱岩石，稳定性较差，遇水易泥化，给地下铝土矿山的顶板管理带来较大的难度，从而制约矿山的生产能力，导致矿山的生产经济效益差。SSP地质探测雷达首次应用于铝土矿山，着力解决顶板管理困难等问题，经现场试验图像分析，可探测出岩层内部10m的厚度，预先摸清顶板及两帮的岩层分布情况，为支护方式的选择提供了先行的条件，进而为矿山安全高效的开采提供了技术保障。
关键词：铝土矿；地质雷达；顶板管理；支护方式
前言
铝土矿是我国重要的矿产资源，近年来，露天可采铝土资源已逐步耗尽，转入地下开采已成为必然趋势。随着矿体埋藏深度的增加，围岩应力也逐步增大，顶板的管理难易程度也逐渐增大。
中铝贵州分公司矿业公司猫场铝土矿矿体属于缓倾斜薄至中厚矿体，矿体为中等以上稳固。但矿体的顶板岩性组成及分层现象较为复杂，矿体顶板岩性由直接顶板粘土岩和铝土岩与间接顶板白云岩组成，矿体顶板一般由矿体护顶矿壁、直接顶板粘土岩或铝土岩和间接顶板白云岩分成三至五层不等。矿体直接顶板粘土岩和铝土岩节理裂隙比较发育、松散破碎，属于不稳固岩体，其自身的强度较低，特别当铝土矿矿体开采完毕后，粘土岩或铝土岩遇到间接顶板白云岩渗流出的水就会发生泥化、崩解，几乎失去承载能力，导致采场的直接顶板粘土岩或铝土岩的垮塌、冒落，制约了矿山的生产进度和生产能力，严重影响了矿山的经济效益。
随着科学技术的飞跃前进，秉着科技创新，争创实效的原则，猫场铝矿引进南非陆泰克SSP地质雷达，目的是解决矿山的顶板管理难得问题，为矿山安全高效的生产提供技术保障。
1 SSP地质雷达简介
南非陆泰克公司研发的新型SSP地质雷达，现场操作简便，获取的数据通过无线通讯输入便携平板电脑，现场操作人员可即时获取岩体构造特征，精确快速辨别现场的地质构造可为快速支护决策提供依据，从而有效降低岩体灾害风险。
SSP通过无线传输，可将探测的原始数据实时传回手持式终端进行处理分析，并得到可视化的岩体内部探测数据，可快速直观的显示被测区域的内部情况。SSP仅重4.5kg，可单人完成探测操作，并且陆泰克公司根据地下工程实际应用场景，将雷达探头设计成滚轮式，进一步提升扫描效率。同时SSP使用可更换式电源（AA电池），保障了设备连续使用时间。实物图和界面如下：
图1 设备实物图
图2 钻孔对比图
图3 矿脉对比图
SSP雷达具有数据实时处理，现场快速成像的特点，与传统地质雷达技术相比，可以更加直观的显示雷达探测结果，不需要进行波形解译等操作，有效的降低了雷达技术在实际工程中的应用障碍，提高了使用效率，SSP地质雷达与传统地质雷达对钻孔和矿脉拟合图像对比如图：
2 现场试验
选取猫场铝矿1160m中段北部10#采场10-1平巷和10-2上山为试验地点。 根据采场周围钻孔资料和采场部分矿体的揭露情况，矿体属于缓倾斜厚矿体，矿体直接顶板为铝土岩或粘土岩，直接顶板稳定性较差，从已回采的情况来看，直接顶板均会发生冒落，造成矿石贫化和损失，为有效控制顶板暴露面积和时间，确定采用进路式房柱法回采。该采场沿走向布置，矿块长度50m，高度为矿体厚度4.2m，平均斜长90m。在保证回采过程安全的前提下，在矿体顶部留0.8-1m厚的护顶矿，留顶底柱和间柱，顶底柱约4m，间柱3m，点柱尺寸为4m×4m，点柱间距为8-10m,以10#采场1#上山为例，上山从上而下推进设备，拟合图像如图：
图4 上山顶板探测图
图5 上山右帮探测图
3 探测结果分析
SSP地质雷达能探测十米以内的岩层分布情况，探测原理：根据发射信号头反射到接受信号头信号的强弱判断岩层的变化情况。根据铝土矿围岩层位关系分析，图1成像接近探头的0-1米信号保持一致，颜色变化稳定，判定为留设的护顶矿体，1-2米信号平直不变，分布均匀，判定为直接顶板粘土岩或铝土岩，2-10米信号范围偏大，分布较宽，判定为摆左组（C1b）间接顶板白云岩；图2为上山右帮拟合图像，根据成像分析，距离右帮3米位置有一条从下往上的小断层，断层以上的岩层范围分布较广，判定为含矿层。
4 现场支护及施工
根据图像分析结果，1#上山直接顶板粘土岩厚度为一米，留设1米厚矿体护顶，顶板稳定性较好，不会发生离层或冒落伤人事件，可以不采用支护措施。巷道右帮3米位置处有一条小断层，布置巷道时尽量避开或采用相应的支护措施。
5 结论
铝土矿的直接顶板为较为软弱的粘土岩，稳定性较差，顶板冒落和片帮也是时常威胁着井下工人的生命和财产安全的事件之一。通过SSP地质雷达可以较好的提前预判顶板和两帮的岩层分布情况，从而根据实际情况采取相应的安全措施，避免造成人员伤亡和矿山经济效益的损失。
参考文献
[1]赵坤.铝土矿地下开采顶板冒落预防初探[J].现代矿业.2011(12).
[2]雍伟勋，王凯.铝土矿软弱顶板变形规律的数值模拟研究[J].2018,36(4).
论文作者:简永军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/12/9
标签：顶板论文; 矿体论文; 铝土论文; 铝土矿论文; 粘土论文; 地质论文; 矿山论文; 《基层建设》2019年第24期论文;