湘西金矿采场支护技术成就及金属.pdf

湘西金矿采场支护技术成就及发展 。 湘西金矿刘用章都中秋 丁 一一 【＼ 【 摘要 】 本文较全面、系统的对湘西盍 麦护技术发展情况以及 取得的敬果， 进行了介翱和 ‘ 噘 美 奠 词 采场支护采矿方法 发展技术进步 l ／ - ， 、 ， ． 0 ． 3 万m。 以上，无任何控顶措施，安全状 况 1 很 恶劣，时有 冒顶 和引起的地表开裂、下沉 湘西金矿为缓倾斜 、极 薄至中厚矿体 ， 的危险。解放后， 重视 了采 场 顶 板 管 理 。 赋存于马底驿组紫红色板岩中上部的层间断 1 9 5 3 年以后，矿山采用削壁充填采矿法，根 裂及其上下盘羽毛状裂晾中。矿体形态、产 据矿岩稳固程度及其它条件，合理确定采场 状均较复杂，厚度变化太，分支复合频繁。 要素，并逐步推行机械化作业。在开采顶板 矿石为石英脉及蚀变圃岩中网脉， f 8 ～地， 不稳固的薄矿体采场中，除用立柱、木垛支 较稳固。矿体上下盘均为薄层状板岩，各层 护外，局部留有不规则矿柱或保留 厚 度0 ． 8 岩体软硬相间，f ～ 6，在断层、节理、 ～1 ． O m 的护层，在其上部若有地表 建 筑 物 层 理发育部位的楔形块体，稳定性极差，容 需要保护，另采取矿石条带接顶充填空区的 易顺层剥落，是采场中一大安全隐患。尤其 措施。6 0 年代初期，用哑铃型预制水泥垛和 是向深部开采，矿岩体中的层、节理等软弱 木糊锚杆支护采场。7 0 年代以后，采矿方法 结 构面在 空间分 布上纵横交错 ，似 如网状 ， 已由单一 的削壁充填法 演变成锚杆 护顶 的浅 其密集程度多达2 0 3 0 条／ m。 ，又遇难以 治 孔房柱、全面、切顶中深孔 房 柱、尾 砂 充 理的破碎带，引起地压活动加剧，常出现片 填，机械化水平分层削壁充填法，长短锚索 帮冒顶，给采场支护带来更大困难。 杆护顶的竖向分条连续 回采 与间隔回采 该矿山至今已有1 1 0 余年开采 历 史，采 尾砂充填法等多种变形采矿方法，采场控顶 掘深度近8 O O m。开始，仅 限于开采 露 头 含 技术H趋完善，改变了过去单纯使用削壁充 金矿体，随后逐渐转向地下巷道采矿，见矿 填，木材支护和利用岩柱及护顶矿支撑顶板 采矿，遇到富集矿体，开采范围较大，长宽 的被动局面，积极应用锚杆、长锚索和锚网 数十米，高 4 ～ 7 m，采空区 最 大 体 积 达 喷与尾砂胶结充填联合支护，大大改善了作 v、 ，vvvYvvvvYvYvvYvvYvvYvYvvYv、 ， YvvY 流相互干扰，风流分散，提高每条电耙道有 近年来，我矿在提高电耙出矿效率方面 敷风量，缩短通风时间，简化通 风 管 理 工 作 。 3电耙道的专用进风及回风井巷尽 量呈对称布置，以免风流短路，保证每条耙 遭均能获得足够的新鲜风流。 5结语 做 了一 些实实在在 的工作 ，使我 矿在 资源枯 竭，可布置采场范 围越来越少 、出矿 口 H趋 紧张等困难条件下 ， 仍能维持年产6 0 7 0 万t 的 矿 量 。这 充 分 证 明，提 高 电耙 出 矿 效 率是保证矿山生产麓力连续稳产、达产的重 要措施 之一 。 责任编辑张焕臻 湘西 盒矿采 场支护 技求成 就及 发展 刘用 章 ～ 19 一 ≤ 至 维普资讯 业安全条件，降低了矿石损失、贫化和坑术 消耗指标，提 高了回采强度 和矿 山 经 济 效 益 。据不完全 统计 ，至今 用锚 网喷支护的采 场 总面积达4 ． 5 万m。 ，安 装锚杆 、锚索 约 5 万根 。如与木材 和水 泥垛支护相 比，每 年可 为矿山创效益达2 0 万元 以上 。 2 采场支护形式 1 9 6 0 年 以前 ，主要用立柱，木垛及废 石 充填支护法，较厚矿体的采场，则利用矿岩 自身强度 自然支撵顶板 。1 9 6 2 年开始 ，大 量 采 用预制 水 泥垛并在 个 别采 场用术制 锚杆支 护 。 1 9 7 0 年 以后，特别是近 十多年 来，在研 究 与应用岩 石力学理论基础上 ，结合采 矿方 法试验 ，陆续发展了金属锚杆 、喷浆、钢丝 绳锚索和锚网喷联合等多种支护形式，所采 用的锚杆 有金属楔缝式 锚杆 、砂 浆锚杆 、楔 管式锚杆、钢绳锚索等四种。 2 ． 1 金属楔缝式 锚杆支 护 锚杆 材质选用 A 。 普通 圆钢 ，它 由杆 体 、 楔子 、托盘，螺母四部分组成 。杆 体设计长 度2 ～2 ． 3 m，巾2 2 2 6 mm，楔 子 厚 度 2 2 ～ 2 5 ram，楔 角7 ～9 。 ，见 图 1。 图1 金属 楔缝式 锚杆结构 一 杆件 2 一 楔子 3 一 垫 板；4 一 螺 帽 锚杆安装 与工作面凿岩 同时进 行，用上 向式 钻机垂直 顶板凿孔，扫 孔后，再将插有 楔 子和配上托盘 、螺母 的杆休一 次 送 入 孔 底，套上杆 臼用钻机冲紧 ，并拧紧 螺母，以 产生 4 t 1 t 9 ． 8 O 6 6 5 1 0 。 N左右预应 力为 宜 。施可根据 工 网度 间距 1 m、排 距O ． 8 m， 生产中实际情况 适 当 调整。 楔缝锚杆结构简 单，加工容易 ，锚 固力 大，平均 1 1 ． 5 L ，最 大选 1 6 L ，用于空场法 采 场取代护顶矿，有时还作为削壁充填法回采 中遇到矿体 变厚地段 的护顶措施之一 见 图 4。但 由于楔缝锚杆存在着 较 严 重 的 缺 点 ，逐渐被 砂浆锚杆替代 。 2 ． 2 砂 浆锚 杆支护 鉴 于金属楔 缝式 锚杆存在 问题 ， 1 9 7 3 年 开始对砂浆锚杆进行 工业试验 ， 1 9 7 7 年后 ， 在垒矿采掘 工程 中普遍应 用。 目前，该锚杆 仍是巷道和部分 采场 唯一使用 的锚杆 螺纹钢 筋 砂 浆 锚 杆 ，长 1 ． 6 ～3 ． 5 m， 1 6 2 0 mm。砂浆 的水灰比为0 ． 3 8 ， 在现 场 掺和拌 匀，用矿 山自制 的压气注浆器 见 图 2注浆 ，用先注浆后插杆 体的施工方法 。 经 测定，锚杆安装8 h 后 ，锚 固 力 为0 ． 7 I t ， 1 6 h 为4 ． 9 t ，2 4 h 达到7 ． 7 t ， 握裹力0 ． 9 6 MP a ， 有时 为了满 足工程特殊 要求，还用快硬早 强 矾土水泥 ，安装8 h 后 ，锚 固力可达7 ～ 1 1 t 。 图2 砂 浆锚杆 注 浆器 l 一操作手把 2 一收料斗3 一钟形阀门 4 一缸体} 5 一支 架}6 一下料 锥管 I 7 一 营接 头}8 1 2 一 密封 胶 垫 ，0 一证 浆管 l 0 一 进 风管 口I 1 1 一 啦营 全长锚 固砂浆锚杆 的主要优 点 是 成 本 低 ，使用范 围广 ， 不仅可加 固各种复杂的软 、 硬岩 体，还可在地压大 的采场 中应 用，其效 果尤 为突出，这种锚杆在全矿 使 用 数 量 占 6 O 以上 ，至今在采掘 工程 已 安 装 1 3 万 余 根，其 中采场约 3万 根。 2 ． 3 楔管式锚杆支护 由于砂浆锚杆安装工艺复杂，准备工作 占用时 『 日 J 长 ，安装后不能 立 即 承 载 。于 是 一 20一 有色 一1 9 9 5 ． 5 维普资讯 1 9 8 2 年我 矿与长沙矿 山研究院合作试验研 究 竖 向分 条尾砂充填法 时，在 该法的试验 采场 使用 了此种锚杆， 效果很好 。这种锚杆 由留 缝异径 管 、上下楔 、定位销、挡环 、托盘组 成 见 图 3 。杆体长一 般为2 m， 4 1 ． 5 ram， 顶锚段长 1 m。楔子长0 ． 1 m，上下楔的上下 端厚度分别为1 5 ra m和2 5 ra m。 醛1 l l I r 1 6 。 2 u 、 3 圈3楔管式锚杆结构 图 l 一 上楔I 2 一 留缝 异 径营}3 一托盘 }4 一 挡环 5 一下 楔I B 一 定位锖 锚孔深度 比锚 杆 长 度 大 5～ l O e m，将 套好楔子和托盘 的锚 杆 自由插入锚 孔 中后 ， 再开动钻机用冲击器 冲紧锚杆，使托盘紧贴 岩 面， 随后 冲断 定位销，迫使 下楔 上挤 而扩 大两楔子的叠加厚度，达到顶锚段管壁胀紧 锚 固岩层 的 目的 。这 种锚杆 重量轻、安装简 便 、费工费 时少 ，安 装后能马上 承载，锚 固 力达 1 1 ． 3 ～ 1 1 ． 6 t ，在软硬 岩层 均能 使 用。 但成 本比砂浆锚杆 高3 0 ％，对 异径 管的材质 和孔管径 的差要求严 格 。 2 ． 4 喷射混凝土与 喷锚 支 护 喷浆加固技 术，从 1 9 5 9 年开始使用 ，后 来进一步试验喷锚加固采场中大的断层、破 碎 带等地质 构造弱面 见 图 4，其施工顺 序为，先喷后锚 ，稳住弱面，再安锚杆。弱 面喷浆 厚度 7 0 ～ 1 5 0 ram， 锚杆 长度 2 ～3 ． 5 m， 厕 安装网度1 m X 0 ． 8 m。料浆中水泥和砂石 的 重量配 比为 1 4 ，并掺入一 定的速凝剂 。 ’ 设 备一般置于上水平或天井内，砂浆鲑管路用 风力送到施工地 点。 目前，喷锚支护应用范围广，特别适于 开采条件复杂，回收过去遗留下的难采残矿 和矿柱 。据统计 ，至今用它 已安全 回收 以往 丢失高品位的残矿量7 万t 以上，产值达2 5 0 0 余 万元 。 2 ． 5 长锚索 与锚 网喷联合支 护 8 O 年代 初，在研究试验 连续分条尾砂充 填法的控顶技术时表明，用单一锚杆护顶， 只能安全回采一个矿房，其跨度 不 能 超 过 9 m。当连续 回采两个以上矿房时，锚杆 组 合梁 的梁端 弯曲应力 达到梁 的抗 弯强度 2倍 以上，不能保证回采，故在此法矿房之间用 长锚索 补强支护 ，即对顶板预加 固，防止顶 板冒落，以确保顺利回采和充填。1 9 8 3 年又 将长锚索与锚阿喷联合支护用于二次开采上 部 老采区充填料 网脉 厚大矿体采场 。由于采 用长锚 索 、 短锚杆 、 金 属 网、喷浆 与尾砂胶 结 充 填组 成的支护 体 系 见 图 5，适 应 性 强，安全可 靠，使此 法 沿 用 至 今，在近 1 0 年 ，用这种 联合支 护体系共采出矿石3 0 余万 吨 ，约 占采 场总 出矿量的 2 0 ％。 圈5 老采区充填采场支 护体 系示意 图 】 一充填 鹎} 一 网球矿 悻}3，4 一上下 舟层 切 割 天井 }5 一 中深 孔}6 一 工矿壁 } 一尾砂腔 蛄竞 填科 }8 一短锚 杆}0 一 长锚摩 }l 0 一金属 同} 1 一喷射 水泥砂 浆 2 ． 6 联合支护的参数和长锚索的安设 1锚 索 、锚杆参 数。长锚索预先 在 矿房切割天 井内，呈 “ 之 ”字 形布 置，在用 湘 西金 矿采场 支护拄 术成就 及盘屐 捌用章 一 2l 一 维普资讯 连续分条尾砂充填法时，采场中央及两侧的 锚索 长度 各为6 m和4 ． 5 m， 网度 I ． 5 m8 J 在开采充填料网脉矿体时，采场中央及两侧 的锚 索长度分 别为8 m和6 m， 网度为 I ． 5 m 3m～ I ． 5 m5 m。短锚 杆紧跟 回采 工 作 面 安装，呈菱形布置，有效长度一般 为 2 m， 网度 为 I mi r e o 2钢 筋网支护参数。在长锚 索控顶 下，每当矿房上采i O r e 左右，返回进行布 网 喷浆 ，主 、副筋 均 为8 ram圆 钢 ，按0 ． 2 m 0 ． 2 5 m网度用 2 5 圆丝绑 扎成金 属 网，井 固 定在锚索 和锚 杆上 。 3 喷射 水 泥 砂 浆 厚 度。一 般 为 1 0 0 ram，并分两次喷射而成。 4 长锚索的安设。锚索选用 2 2 m m 和 3 1 mm旧钢绳 ，按设计 长度 割成 段，除油 清洗后，加工铽作锚头。锚孔清洗后，将系 有排气管的锚索送入孔中，弓 { 出排气管，用 术塞封孔，再将注浆管插入预留孔 内 约0 ． 2 N O ． 3 m，用注浆机水泥砂浆压 入 孔 内，排 气终止时，表明孔内 已注满 浆，拔 出 注 浆 管 ，然后 堵塞孔 口。注浆工艺 系统 见图 6。 图6 锚 索前进 式注浆系统 【 一锚 孔 2 一砂 浆}3 一钢绳 I 4 一 排气管 5 一注 浆 管I 6 一对 塞 T 一盛承容器}8 一注浆机 3 采场支护是影响采矿技术 的 重要 因素 采 场支护直 接影 响采 矿方 法的选择，台 理 的采场 支护形式可扩 大某些采矿方法 的使 用范围 ，可 组成多方案 的组合式采矿方法 。 例 如在6 0 年代 以前，该矿沃 比矿 区，无论矿 体厚薄，普遍采用柱式 削壁充填法，影响了 矿山生产 的发展 。随着 向东西两 翼开采，将 初期留矿护顶和在房 间留连续矿柱，改为锚 杆护顶的点柱式房柱法，使采场回采率由初 期的7 5 ％提高到 8 8 ， 综 合 效 率 稳 定 在 7 t ／ 工 班 左 右， 采 场 出 矿 能 力 达5 0 N 8 o t ／ d 。与此同时， 为了改变矿区中下部的部 分顶板不稳固，厚度变化大的薄矿体富采场 控顶方法，采用了锚杆护顶的尾砂密接充填 法，经不断的完善回采工艺，使此法各项指 标大有提高。 从8 O 年代开始 ，矿区进入深部 开采 ，地 压增大，因此将尾砂密接充填法改为长锚索 预控顶连续分条和间隔分条尾砂充填法，随 着分条用空场法向上 回采，紧跟回采工作面 安设短锚杆和预先支护的长锚索联合加固顶 板，当分条采完后，再用分级尾 砂 充 填 空 区，用这种组合式采矿方法取得 了 好 的 效 果。为满是矿山扩大生产需要，1 9 8 3 年起， 对该矿区上部过去遗 留下的充填料网脉矿体 的开采和控顶方法进行了研究。由于此类矿 体经首次开采影 响，顶板 已出现较 大变形 ， 局部 地段 顶板 已冒落 。在 回采过程 中要维护 这种不稳固，应力分布极复杂的顶 板，又要 保护地表建筑物，是二次回采的技术难题。 通过 以长锚索为主的锚 网喷联合支 护的分 层 空场尾砂胶结充填法的研究和应用，使这一 难题 得到解决 。使该 矿生 产规模 达 到5 O 0 ～ 6 5 0 t ／d ，进入 国内大型矿 山行 列。 根据矿体稳固情况和其它条件，分别采 用锚杆 、 喷浆 、 喷锚 、 长锚索短 锚杆 、 长锚索 与 锚网喷等多种支护形式，使采矿方法的回采 工 艺得到简化，提高 采矿强度 ，缩短 回采周 期 、降低矿 石贫 损率 、相 应的扩大矿 山生产 规模 。 4 采场支护方法 的评价和展望 综上所 述，湘西 金矿 采场支护技 术经过 下转第5 6 页 一 鹅 一 有色矿山 】 5 I 5 维普资讯 分已经给定的条件下建立起来的，因此可用 搜索方法确定最优的分 区划 分，其 步 骤如 下 1 给定一初始分 区划分 方案 。 2根据 实际要求选 定适 用的 优化原 则，进行分 区开采动态优化计算 ，确定出分 区部分 ALRD 最优 的生产费用C J用 文 献 [1]提 出的方法计算剩余部分 LR C B 生 产费用C ，于是露天矿生 产总费用 为 M Cl C2 3 移动分 区划分 界 线 。重 复 步 骤 2 ，重新计算露天矿生产 总费用M。 4经 过若 干次计算 ，将 得出一系列 生产 总费用 M l ， M 2 “， M 及 对应的分 区划分 方案； Ll J L2 ， ⋯ ， L 显 然，这些 总费 用中的最小者所 对应 的 分 区划分 即为最 优的分 区划分 。即 M} Mi ra { Ml ，M2 ，⋯，M } L-L 4 结 论 露天 矿多分 区开采 是较常用 的一种 具有 较 好经济 效益的开采 方法 。实践 表明 ，本 方 法是可行的，它 可解决分 区开采的下列关键 问题 1 确定三分 区开采条件下的各分区 开采最优 的开始 和结束时 间。 2最优 地分 配各分 区的矿石开采量 和岩石 剥离量。 3最优 地确定分 区划分 方案 。 本文所提 出的 方法 可直 接应用于露天矿 多分 区开采优 化设 ‘ 中。 参考文献 l 云 庆夏． 均衡 露天矿 剥 离工作 的新方 法． 右 色 金 属 ， 9 8 4 c 4 ． 2桂中岳 ． 矿 业 运筹 学． 北京 冶金工业 出版社 ．】 9 8 9． 3 云废夏 ．黄光豫 ． 薛介 民等． 露天矿采掘计划的微机 CAD优 化收 件色 ． 化 工矿 山技术 ，1 9 8 8 B ． 4 李克民．张幼蒂． 露天矿分区开采优化 教 学模型． 盒 属矿 山 ． 目 g 0 3 ． 责任 编辑周致勤 ⋯ Ⅲ ⋯ ⋯ Ⅲ⋯ ⋯ ， ． ， 上接第 2 2 页 4 0 余年特 别是近 l 0 年 的迅速发展，逐部形成 本矿 山支护方法的特点 ，是我 国黄金矿 山中 掌握 采场护顶技术较好的矿 山之一 。但 也存 在许多 问题 ，主要是设备不配 套，机械化程 度 不高 ，劳动强度大，支护施工 中测试手段 不 完善等 。对此 ，今后应开展下 列工作 1 加强对深部岩体力学 与新 型锚 杆 的试验研究工作。通过对岩体结构特征和质 量评 价， 以及 地压与采场结构尺寸关系 的研 究，确定台理 的支护形式和参数 。大力 试验 推广陕硬膨胀水泥药卷新型锚杆，代替现用 的锚杆， 以降低 采场支护成本， 2 加快开发人工点柱快速形成采矿 工 艺，取代 护巷矿柱 和运 搬困难 ，架设操作 繁重的水泥预制垛支护，以及解决削壁充填 难于接 顶造成 大面积空顶悬顶的 采场因地压 而 丢矿问题 。预 测应用这 项新 技术可减少矿 石损失约 5％。 3在研 究更 新现 有设备 和工具 的 同 时，配套组建喷锚机 械化 自动化作 业线 ，将 手工操作 减少到最低 限度 。补充必要 的新 型 仪器仪表 ，加强技术监 测，进 一步提 高 支护 施工质 量 。 4 目前 ，尾砂供应量不 足，采场 充 填欠帐，很不利于深部地区控制。为了使采 充平衡，大力开展利用掘进中的废石为骨料 的垒粒级块石胶结充填工艺研究，拓宽新的 充填料来源，弥补尾砂充填量不足，同时又 可提高充填体的刚度，更好的控制深部大面 积开采 中的 地压。 责任编辑周致勤 一 5 6 一 宥自矿 ～ 9 s ． 5 维普资讯