近含水流砂层下存窿矿石的回收与空区处理.pdf

品 } 鼍 { 1 雌 。 ／ ， l ， * ** **** {采 矿； 近含水流砂层下存窿矿石的 回收与空区处理 吉 林省 黄 金 研究 所 延 宝 廉1 二 亡 g 口 【 摘要】 设计的招远盅峙金矿存窿矿石的回收和空区处理方案． 用了0 ． 6 十月的时间施工． 回收矿 效益 ，证明了技术上的可行性，并为类似条件下矿体开采提供了成功经验． 关 键 词 ．． 堑 壅 里 互 璺 些 ， 耋 里 丝 翌 ， 、7 蠢 步 层 ● ， 一 ／ ● 。 。 ／ 、 1 水文地质特征与 开采技术条件 矿区Ⅱ号矿休赋存在井田东翼水文地质 条 件复杂部位 ，地 表有 钟离 河流 过 见 图1 ， 矿体上 采最终顶板标 高距 地表含水流 砂层 庸 板仅有 1 2 m。该流沙 层 涌 水 量 为 1 8 7 ． 6 6 ～ 3 6 6 ． 2 5 m。 ／ d 地下水位 高峰 期7 ～l O 月 份的 含水处 于饱和状态 ，低 谷期含水层 亦超过半 饱 和状 态，其含水 丰富 ， 补给 条件好 ， 覆盖面 积大 这给矿体 的回采工作带来一 定的难度 。 Ⅱ号矿体赋 存在二号脉破碎 带内，矿 体 上 、下盘 各有 几公分到几十公 分厚 的破碎牯 泥带 。矿体 长9 0 m，7 ～2 线 间厚 度 为 3 ． 8 m， 倾 角8 4 。 ，矿 石金属矿物 以黄铁矿为 主， 其 次有 黄铜矿 、闪锌矿 等 ，含金 品 位 平 均 为 6 ． 2 g ／ t 。 2 2 0 1 和2 0 2 采场 以及 间柱崩落后的实况 开 采 Ⅱ号 矿体按设计 使用 了无 底柱 浅孔 留矿法。 在井田东翼 3线 蕊侧 布置 了两个采 场 ，即2 0 1 [ 2 0 2 采场。矿 块构成要素 采场 ／ 一 6 z 图1 Ⅱ号矿体 平面 位置 长3 O m，宽3 ． 8 m 等 于矿体 厚度 ，间柱 宽 6 m，采高5 0 m。2 0 1 采场 从1 9 8 5 年1 2月 至 1 9 8 6 年 8月回采结束 ，历时 7个 月 2 0 2采 场 从1 9 8 6 年 4月至1 9 8 6 年 6月 回采结束 ，历 时5 个月 ，问柱于1 9 8 6 年l O 月用 中深 孔崩落 。 当2 O 1 采 场东端采 至接近零米处 ， 矿 岩 极不 稳固，易塌 落 ，通 风人 行道 系 统 遭 破 坏 。2 0 2 采场 的回采工作滞 后于2 0 1 采 场，采 至零米 附近，停止 上采 ，并 崩落 闯柱。 2 0 1 和2 0 2 采场 圆采结束 ，即 将 问 柱 崩 落，并开始大量放矿。估算存窿矿堆表面至 l 近含水 砂层下存窿矿石的回收与空区处理廷宝廉 维普资讯 空区顶板之间 的空间约有2 0 0 0 m。 ，空 间顶板 T近似拱形，留矿堆面不平整，且有大块岩石 覆 盖在其上。顶板节理 、裂隙较 发育 ，上、 下盘围岩有平行矿体的裂隙层，与矿体倾向 基本一致 。 矿 房 回采过程 中，局部放矿期 间，两盘 围岩受放矿的摩擦，发生移动，不断片落并 混入矿石中，既造成矿石的贫化，又逐渐从 底部向上波及。矿房接近回采终了时，受地 应力作用，2 0 1 采场东翼的采准天井上 部 塌 落 ，2 0 2 采场 两翼 采准工程亦遭破 坏。 当闯柱崩落 后，采场暴 露面积急剧增太 约6 5 0 m ，地压 活动更加明显 ， 不仅 两 盘圈岩不断脱落，顶板也开始冒落，含水流 沙层下泄的危险性愈来愈大，暂 时 停 止 放 矿 。矿 山采取 两种补救措施 ；其 一是 在留矿 堆上部用横 撑支 柱维护 两盘围岩。但底部放 矿证实，围岩脱 落并 未 阻止，顶板 冒落的岩 石将宙矿堆上的横撑矿柱砸垮并被埋住。其 二用地 表钻孔注浆法充 填矿堆上部 空间，实 施方案为 自地表 向下对 应2 0 1 采 空区打 一 个 3 5 0 mm钻孔 ，用l 0 昼 夜的时阔向空 区灌注 水泥砂浆3 0 0 m。 ，但钻孔被堵停止注 浆，其 结果 只在钻孔周 围形成厚薄不 均的水泥砂 浆 与上、下盘 围岩 接触 不严 。 当采场底部放矿 时，水泥砂浆层本身亦下移，并被挤碎，混 入矿石堆中，这两次尝试均朱奏效。 3 ． 空 区处理与存窿矿石 回收方案 3 ． 1 选择方案的原则 1 有可靠措施保持含水流砂层 与空 阔的厢水层的完整性，使含水流砂层不下泄 空 区 ， 2 能最大 限度 地将 存窿矿石放 出以 减少矿石 损失 ， 3 为 Ⅱ号矿体的深部 开采及矿 山今 后发展 从技术上 给予安全 保证。 3． 2 方 案选择 一 2一 在留矿堆上浇筑人工假顶作掩护 ，放出 存窿矿石 ，河砂充填空区的方案。此方案满 足了方案选择的三条原则。 方案实质，先用2 0 0 号钢筋混凝土 在 留 矿堆上浇筑0 ． m厚的人工假顶与 上， 下 盘 围岩用锚杆连接成一整体，阻止上、下盘岩 石片落及疆板岩石冒落。存窿矿石从底部川 脉运走，用钟离河砂充填空区，见图 2。 阿2 2 0 1 和2 0 2 采场及人工 钢筋混凝土假顶示意图 4 钢筋混凝土假顶 的作用和 处理方案的安全性 4 ． 1 一般 概念 对 钢筋混凝 土拱支 护巷 道的作用 ，有着 两 种不 同的看 法。一种观点 认为 ，钢筋混凝 土拱 的强度远远低 于原 岩的 强度 ，拱 难 以承 受原岩应力场对 它的作用 ，因而钢筋混凝 土 拱不能有效地阻止围岩移动，不能确保巷道 的使用安全。另一种观点则认为，钢筋混凝 土拱 可以有 效 地 但不是 绝对的 阻止 围岩 的 移动， 可以控制地压活 动，钢筋 混凝土拱 可以保证破碎岩体内的巷道使用安全。笔者 偏向于后 一种观点 。 对于2 0 1 和2 0 2 采场 ，可看 作两 者连超来 有色矿山1 9 9 5 维普资讯 的一个大断面巷道或沿走向看成一个高墙巷 道 来考虑 ，这 样钢 筋混凝 土拱 的作用更为重 要 。 为 了研究 和解决金 岭矿 存窿矿石放 出的 问题 ， 就 必须对采 场的地压现 象进 行分析 ， 以 便借用大断面碉体钢筋混凝土拱支护原理。 4 ． 2 采 场 地压 采场内矿石回采后，破坏了围岩内原有 应力场的平衡状态 ，在围岩内产 生 应 力 集 中， 在地应力作用下 ，引起原岩的变形 和破 坏而出现地压。地压的大小与应力值有关， 但 地应力 值并不直 接反应地压大 小，从岩石 力学的观点来看，地应力值是引起地压的重 要原 因，而 围岩 的变形和破坏则 是引起地 压 的直 接原因。 在一定 的地应力作用下 ，原岩 能否 发生 变形和破坏及变形程度的大小 ，与围岩的物 理机 械性 质是密 切相 关的。根据岩 体 的属性 及 其变形破坏的 特征 ，地压 可分 为 以 下 六 类 ’ 1 弹性地压。地应力值小于岩体的 强度极 限和屈服极 限，围岩 处于基本稳定状 态，只有在个别部位，由于结构面的影响， 局部岩体 强度被削弱而断裂破坏，产生松脱 和坍落 ，但不引起围岩总体失稳。局部岩体 松 脱和 埸落 ，是弹性 地压产生的主 要原因} ． 2弹塑性地压。地应力值小于岩体 强度极限，但围岩应力超过其屈服极限，使 围岩在一定范围内处于塑性状态，塑性 以外 的岩体，仍处于弹性状态。地压主要是围岩 塑性 变形 引起 的，地压的大小决定 于岩 石的 性质 、支 护刚 度和支护时 间，支护 可以阻止 围岩变形的发展，如不加阻止任其发展 ，地 压性质则 转化为松动地压 。因此，在这种 形 式的 地压 区域内 ，既要 求支护有 适 当 的 刚 度 ，又要 求及时架设支 护} 3 流变地压。岩体应力超过其屈服 极 限，围岩发生 显著的塑性变 形 和 粘 性 流 动 地压主 要是岩体变 形流动引起的，流变 地压有明显的时间效应，当人为提供的抗力 小于地 应力值时 ，支 护与 围岩 是 共 同 作 用 的 ，当抗 力大于地应力时 ，可 以阻止 围岩 变 形 } 4 冲击地压。地下开 挖过程 中，围 岩 中积累了大量弹性变形能，地压是由弹性 变形 能突然释 放而 引起的 。特 别 当局部岩体 接近于破 坏泣力 条件和破坏后 的岩 体剐度仍 大于其 围岩体 刚度时 ，围岩 的弹性变形 能更 容易 突然 释放} 5 风化，膨胀地压。岩体遇水体积 膨胀和体积增大崩解，产生地压，即使围岩 在没有地应力作用条件下，也能产生变形和 流 动j 6松 动地 压 。围岩为 松散不连续 介 质。本身容易破坏，松动和脱落，在地应力 的作阁下 ，更能 加剧这种破 坏， 而 I 起 地 压 。地压 的大小 决定于塌 落体 的重量 ，在支 护及 时的情 况下 ，可 以控 制破坏和塌 落的范 围，可以控制地 压。 在分析 了金 岭 Ⅱ号矿 体2 0 1 、2 0 2 采 场具 体 情 况后 ，笔者认为该采场 的地 压表现形式 主要为松 动地压 、膨胀地 压、流变地 区还 有冲击 地压。 由于 Ⅱ号矿体赋存在 2号脉破碎带 中， 上下盘有 断层泥和l ～2 m的松散不 连续 的岩 层，岩体裂 隙水的 渗入 ，致使岩体膨胀 ，在 岩体中产生附加膨胀压力，同时 自身的岩石 力学性质恶化，强度降低，但在开采之前反 应不 明显 ，当开采后引起 应力解除 ，在水和 空气的作用下，暴露面蚀变加剧。膨胀效应 明显表现 出来。 这种膨胀岩体 以外的钾化 花岗岩 受次生 构造和风化作用形成裂隙纵横切割，岩体整 体性很差，回采所形成的空问，在没有支护 的情 况下，由于岩体破碎而产生的变形和塌 落，顶部岩石 的弹性 变形能 将会 突然 释放 ， 发生冲击 地压。 由上述 分析 可看 出 ，存窿矿石放 Ⅱ ； 过程 近台水流砂层下存窿矿石的回收与空医处理 廷宝扉 一 3 一 维普资讯 中的地压是上述四种形式地压的综合效应。 从地应力方 向来看 ，主 要是 来 自上 、下盘方 向的压力。沿走 向和垂直方 向作用于 钢筋混 凝土拱的 外载荷值是很小 的，垂直方 向的压 力 通过钢筋混凝土拱 可传递 到上、下盘围岩 中。利 用钢 筋混凝土拱 给围岩 以支护 抗力 ， 阻止围岩变 形与破坏的 扩展 ，在钢筋 混凝土 拱 的作用下．使围岩的应力场保 持 平 衡 状 态。对控制地压来说，钢筋混凝土拱是一种 合理的 支承方式 。 笔者 认为，2 0 1 和2 0 2 采 场，是在 近含水 流砂层处 ，且上下盘岩石破 碎较 甚， 加之 地 应力的 作用 ，容 易产 生多种形式 的地压， 为 了保 证 回收存窿 矿石空 区处理的安全 ，必须 有 效地 控制 地压，这 是选择支承采场 方式 和 施工工 艺的 主要依据。 4 ． 3 钢筋混凝土拱体的安全性 钢筋混凝 土拱体的作 用，就是用钢筋 混 凝土体形成人工 假顶 ，来 保证放矿和空 区充 填作业时安全 。能 否起到 此作 用呢笔者 认 为，在存窿矿石 不动 的情 况下，采场上 、下 盘围岩不会脱落 ，顶 板岩石处 于稳定，采场 应力暂 时达 到平衡 。此时在存 窿矿石上部 空 问构筑钢筋混凝土拱 体，并 用砂浆锚杆 插入 上 、下 盘 围岩与钢筋 混凝 土拱 体连成一个 整 体 ，以保证采场上部 围岩 已形成的应力 平衡 状态 ，这 样就能避免 放矿 过程 中因上、下盘 围岩脱落，打破应力平衡状态，造成顶板岩 石 的 冒落。 只要作用在 钢筋混凝土拱 体上的外载荷 值小于钢筋混凝 土拱 体的 强度 ，就可 以保证 回收矿石 过程 中的安 全性 。为了得 出定量 的 关系， 我们 借用 了金 川公 司龙首矿大 断面硐 体钢筋 混凝 土拱 支护用过的参数 ，并 做了修 订 。具 有足 够的 安全 系数。只要严格 按设 计‘ 施 工就 可以保证安全。 5 方案 的实施 按照上述确定的方案，选用2 0 0 号 铡 筋 ～ 4～ 混凝土拱体，人工假顼钢筋混凝土拱体厚为 0 ． 7 m，且沿采场长度方向布置三个 钢 筋 混 凝 土棵。按设计 浇筑人 工假顶 ，放 矿后 ，再 用河砂充填满整 个采空 区。 5 ． 1 混凝 土制备及 下料系统 混凝 土制备站设 在 3线地 表2 0 1 和2 0 2 采 场矿柱顶部 ，安装 1台2 5 0 L混凝土搅拌机 ， 制备好的混凝土经 3 5 0 ram钻孔溜到采 场， 如 图 3。 匡 箱 L 鞠逑管I 由 图3 混凝 土的 制备及输送 系统示意 图 5 ． 2 混凝土 配比及材料 的选 择 为 了保证放矿 过程 中人 工假 顶不塌落 ， 要 求混凝土体必须 有足够的 强度 ，稳定性和 整 体性 ，根据 以往 施工经 验，确定 用2 0 0号 混凝 土作为人工 假顶。胶结 材料选用招远县 生产的4 0 0 号硅酸 盐水泥 ，粗 骨料石 子 粒 度 8 3 5 mm，细骨料取 自钟离河，要求筛去杂 草 和树 根 ，含泥量 低于3 。 2 0 0 号混凝土配 比为水泥 砂 子 石 子 水 1} 2 ． 5 55 ． 1 2}0 ． 6 5 。 制备l m。 2 0 0 号混凝土各种材 料用量表k g 5 ． 3 混凝土的 制备 在 3线地 表矿 体顶部 钻孔附近制备 混凝 土，将水泥 ，砂 、石 子 、水按 上 述 配 比 配 料 ，阁独轮车 上料，一台搅 拌机 三班连续作 有 色矿 一【 9 9 5 维普资讯 业。制各过程中关键一环是要严格控制水灰 比，这是保证混凝土体强度的重要前提，向 搅拌机内加入水时用定量水箱控制水量。 5 ． 4 混凝 土浇筑工艺 将制各好的混凝 土按上述输送 系统送至 浇筑工 作面 ，并用 振动棒捣 实。 5 ． 4 ． 1 平整 留矿 堆 为 了使人 工假顶近似拱 形 ，把 留矿 堆顶 部用人工平整成弧形 ，使将来形成人工假顶 沿矿体走 向和垂直矿体 走 向均 呈拱 形。 5 ． 4 ． 2 尾矿铺 垫 与钢筋 配置 空 区沿矿 体走 向 需 作 人 工 假 顶 长 达 6 0 m．上 、下盘 围岩稳 固性差 ，空 区顶 板接 近地表风化带 ，索混凝 土抗 弯性 能差 ，人工 假顶上部受压下部受拉，产生弯矩。为了提 高假顶 抗弯强度 ，在 混凝土 中配 置有 规则的 钢筋。主副筋全部用机8 的螺纹钢 筋绑 扎， 网格密 度5 0 0 ram5 0 0 mm，钢 筋措接 长 度 0 ． 5 m，假顶层的钢筋敷 设在 其下 部 ， 保 护 层厚2 0 c m。为 了使假顶 与上、下盘 围 岩 连 成一个整体，在上、下盘每隔i m距离 打 一 根3 m长的锚杆 ，并与 假顶钢筋 网连 在一起 。 在 绑扎钢筋前先将 留矿堆表 面铺 一层尾 砂，作为垫层，使其表面平整。这样做可以 控制跑浆，并能防止矿石园胶结放不 出来造 成损失。 5 ． 4 ． 3 浇筑钢筋混凝土假顶 制各好的混凝土通过钻孔溜到采场，用 独轮车堆到2 0 1 采场的一侧 ，后退式 浇 筑， 到钻孔处再从另一侧即2 0 2 采场后退 浇 筑， 直到 接上 为止 。混凝 土浇筑 量 为 5 0 0 m。 ，旎 工时 间为 l 0 d 。 5 ． 5 后期 太量放矿 和空区充填 人 工假 顶养 护凝固后 2 8 d 开始 大 量 放矿。考虑 到2 0 1 采场矿石 品 位 L 2 0 2采 场 高 ，故应从2 0 I 采场 至2 0 2 采场依 次 进 行 出 矿 ，将矿石 全 出完 ，用河砂 自地表 钻孔充 入 采空区，河砂充填量7 4 9 0 m 。 ，8 3 d 完成充 填 任务 。 6 结语 实践 证明 ，本 方案对此近 含水 流砂层 下 存 窿矿石 的 回收 、空区处理及 防止地表 陷落 是行之有效的方法。经过2 8 8 d 的时间在保证 绝对安 全的条件下 ，放 出 了2 0 2 2 2 t 存 窿 矿 石 ，实得黄金8 5 ． 8 6 k g ，并将空区充填 满 ， 保证 了下个 中段矿石 的正常 回采 和全 矿井的 安全 生产 。 责任编辑周致勤 含东吾 } c 砂暮下存瞄矿石的回收 与空区处理延宝廉 维普资讯