崩落区回填的生产实践.pdf

一 崩落 区回填的生产实践 丰 山 铜 矿 墅 ， _ r 9 3 [ t i l l本文就丰山铜矿无底柱舟致崩蓓怯及覆盖甚的形或过程进行了舟绍，分析了在丰山特定 条件下利甩露 天剥离鹰石回填崩落区的原固和效果，对回填厚度及其对崩落范围．巷道稳定性澎响进行 了 键 诃 j 崩 塑 覆 盖 层回 填 厚 度地 压力 刁 誊南 c 乏 关 键 诃 ； 崩 落 区覆 盖 层回 填 厚 度地 压 q 珥 芍 ． ． ’～ ， ～ ， 、 、 袭 1 我 国 部 分 矿 山 形 成 疆 盖 层 l 丽 百 工程量及费用 目前，我 国使用无底桂分段 崩 落 法 开 采的矿山，在其顶板不能 自然冒落时，为消 去空区隐患，将围岩强翩崩落，随后随着开 采的进行，在上盘陆续补充放顶。用崩落嗣 岩充填空区或形成缓冲矿石垫层，这对控制 矿山压力 ，转移或缓 和应 力集 中， 防止围岩 太面积塌落产生气浪，对生产坑道、设备和 人身的安全起了积极作用。然而这样也据高 了采矿成本和降低了采区生产能力。我国部 分矿 山开 采初 期为形成覆盖层 ，增加 的工程 量及相应费用见表 1 近几年，我矿利用露天剥离废石回填崩 落区取代过去上盘补充放顶的实践表 明；和 用剥离废石回填崩落区，能保证生产安全， 取得较好 的经祷效益和环境效益。本文就我 矿崩落区回填情况作一介绍，并就有关回填 后对崩落范围，井下巷道稳定性影响进行了 分析与计算。 2 矿 山开采概况 “ r I t覆盖厚度 费舟成本 矿山 覆盖层形威方法 万J 玎。 m 万元 元／ m 2 ． 1 地质概况及开 采技术条 件 2 ． 1 ． 1岩体构造及矿体赋存条件 丰 山矿 床赋存 于一 个不对称蘑菇状 花岗 闪长斑 岩体 截穿 的接 触带中，属厚大型 、中 偏高温，以锕为主的铜钼共生的矽卡岩型矿 床。矿体沿花岗岩体与寤陵江灰岩接触蚀变 带分布。在长2 4 0 0 m、宽8 0 0 ra 的矿化带内， 分为南缘 和北 缘两 个矿 带。矿体受成矿 前北 西西向构造线控制，矿化带的走向与断裂带 走向基本一致。围岩和火成岩体接触带受强 烈挤压，岩石破碎，裂 隙发育，大量岩浆贯 入岩层和裂隙中，并捕掳了国岩，形成了复 廿* _- u-*甘**廿******斗****母*忭*非* **廿■ * 廿廿 ● } 高仪器的精确度。 6 加强施工管理，严格施工措施， 参考文献 增加施工人员、验收人员的责任心和技术水 谭 卓荛 ．炮孔偏辩及其控制的理论研究 ． 童属矿 山， 乎，在施工中保证炮孔参数的精确度，为崩 1 ， 9 ． 矿 打下 良好 的基础 责任编辑 黄燮 中 崮蔫区匾填的生产实陂一直如鹿 ～ l 3 -- 维普资讯 杂的矿体。矿岩界线不明显，矿体分支，复 一 台，尖灭现象频 繁，形态呈 扁 豆 状、透 镜 状、迭瓦状等，厚度 1 ～6 0 m不等j 倾 角5 0 ～ 7 0 。 ，倾 向南西 2 ． I ． 2水 文地质 矿床水文地磺条件属中等类型，喀斯特 蓿 洞不发育j 地下水 补给来 源不丰 富， 主要 为 大气 降雨 的直 接 补给。矿 区邻近的 长江 ， 夹溪湖 ，上巢湖等地表水体与矿区地下水无 水 力联系 。矿 体上盘大 理岩节理 、裂 隙 比较 发育，且裂 隙延伸距离长。节理面为绿泥石 化、滑石化等非金属矿物所充填，渗透性 中 等，为原始地形大气降雨渗入南缘矿带的主 要 通道，下盘花 岗闪长斑岩为 隔水 层， 隔水 效果 良好 。井下充水 为构造裂 隙水 和降雨成 洪灌入崩落区 矿区为一个三面环 山的马蹄 形盆地，汇水 面 积4 ． 7 5 k in。 ， 其 中 南 缘 1 ． 5 k inz ，雨季 易集水灌入 井下 。年 降雨 量 平均为 1 3 0 0 1 5 0 0 ram。 2 ． 1 ． 3矿岩 性质 主要矿石 类型 为矽 卡岩型铜钼矿 ，少量 含铜花岗闪长斑岩和含铜大理岩。矿石有致 密块状，疏松状及角砾状。接触蚀变带均为 构造裂隙破碎带，节理、裂 隙特别发育，稳 固性差。特别是下盘花岗闪长斑岩常被切割 成碎块状，上盘 靠近矿休 的大理岩常 被切割 成巨大 的团块，裂 隙中常有 绿泥 石 ，蛇纹石 充填及地下水沿裂 隙运动而沿三角节理成大 块冒落。其矿岩物理力学参数见表 2。 2 ． 2开 采现状 裹2 矿岩物理力学参数 矿 山于 1 9 6 5 年开 始建 设， 1 9 7 1 年简易投 产 。南缘矿体设计采用无底柱分段崩落法， 设 计 规模 为3 0 0 0 t ／d 全矿规模为 3 6 0 0 t ／ d ， 其 中北缘担负5 0 0 t ／ d 。 由于矿床条件复杂， 矿岩破碎， 设计 的采 矿方 法难 以适应矿体 的 开 采条 件，矿 山长期达 不到生产能力， 经济 效益 差、资源损失大 。1 9 8 0 年 矿 山与设 计单 位将南缘 1 6 线以西地下开采条件最恶劣的难 采矿段改为露天开 ，1 9 8 4 年 形 成1 5 o o t ／ d 生产能力，l 6 线以东 一 直 使 用 无 底 柱 分 有 矿 一| 9 9 4． 3 维普资讯 段 崩落法 以1 5 0 0 t ， d 能力维持 生产 。 由于南缘采矿技术条件复杂，采用无底 柱分段崩落法开采过程中存在严重问题。巷 道坍塌，炮孔错位，变 形，堵 塞，眉 线 破 坏，矿 石损失贫化大 。随着开采 向 深 部 发 展 ，采动 地压及雨季洪水 危害难 以处 理，采 矿条件 日 趋恶化。 根据我矿南缘矿带的开采技术条件和开 采现状，结合国内外采矿技术发展水平和充 分 利用矿产资源，通过可行性研究，决定 自 一 6 0 m水 平 以下选 择分段碎 石胶结充填 法为 主的采矿方法取代原无底柱分段崩落法， 目 前 正在 进行采矿方 法试验， 采矿方 法技术改 造的前期准备工作 已经完成。 南缘井下使用无底柱分段崩落法已采完 0m、 一5 O m两 个分段 1 1 个分 段，累 计 出矿6 2 0 万f 。西部露天预计今年结束采矿。 为接替西露天生产，北缘6 5 8 矿 休 露 天 扩 境，预计近期形成生产 能力。其 南缘开采现 状见 图 1。 ～ 一 ～一一 一一一 ～ 一 ～ ’ 。 1 露 无 坑 馕 屡 7 f ’ 1 一 i， 色 莹 嘉 l1 j _ l n 0 、 ≠～ ／ { lJ 1 50 ， 宝誉 ．2 1 一 ／ { ’ 一 d ∞ 、 。 ～ J 图1 南缘矿体开采 现状 纵投影 图 3 覆 盖 层 3 ． 1 上盘强制崩落围岩与表土剥离 南缘 1 O 一 1 6 线的 1 矿休， 上部 覆有 1 O ～ 1 5 m厚的表土及风化破碎层，上部矿休大 都 有老整采后充填物 目前采深 最 深 达l O O m 左 右。由于矿体出露地表较近，覆岩层厚度 不足，达不列l 5 2 0 m的要求，故在 第一， 二分段采矿前，先在上盎围岩甩深孔强制崩 落 了大 约3 O 万 m。 大理岩 作为 覆盖层。 因矿休 上部表 土、风化破碎岩 石及 老 窿 充填物的影响，给采矿，运输，选矿等造成 了严 重危害 。为 了给生产 安全 御造条件， 降 低 损失贫化、 提高选矿指标。 于1 9 7 8 --1 9 8 0 年 间曾对南缘1 6 线 以东 一5 0 m 崩 落 范 围 内 的 7 2 万m 表 土进行 了剥离。 3 ． 2 露天剥离废石回填 随着开采深度的不断下降，受开采影响 而形成的地表塌陷区和错动带不断扩大，至 今在 一5 0 r a 开 采影响范 围内地表形成 了一 个 9 6 7 2 0 m 的塌陷区，塌 陷区之外形成了移 动 裂隙带，致使 1采深越大，地压及其波及范围越 来越大，随着采深增加，上盘棱柱体滑移力 成为采区地压来源后，出于矿体倾 向与上盘 山坡坡面呈斜变，崩落带呈弧形向上扩展， 滑体规模越来越 大，其 滑移力及 其波及 范 围 也越来越大。故采区内沿矿休走向圊采进路 崩落区回填的生产实眭 廖如甯 维普资讯 垮塌范围不断增大，垮落时间不断提前。而 且随着地 表塌 陷 区和错动 区的不断扩大，还 存在 高山滑坡及 山崩的 隐患 。生态 环境遭受 破 坏，山林 的赔 偿、 山地 征购 等工农关系 难 以姓理 。 2 随着 采深的增加 ，沿 上盘 山坡形 成8 0 一 l 0 0 m高差的移动裂 隙 带 。如 在 l 2 1 3 线 之间 的南 面山坡上 1 3 0 m标 高 左 右 ，可 见明显的错动裂隙带，其宽度在局部地方可 达0 ． 5 0 ． 8 m 左右。错动带向外发展，造 成 了南缘 防洪 沟的开裂 和塌 陷 、地 面防洪设 施 报废 ，导 致暴雨时地 面迳 流量大幅度 减小 ， 往井下的渗透量显著增加，大气降雨后几小 时，井下最大涌水量可达1 1 0 0 0 m 。 ／ d 。雨 后 l～ 2星 期，矿体上盘 滴水严重 ，采场炮 孔 无法装药 爆破。 由于水 对围岩的侵蚀作 用， 降低了矿岩的稳固性，增加了巷道的维护费 用 ，也增加 了作业 的不 安全 性。恳对 ，由于 水的作用，会造成塌掐区泥水下灌，若没有 足够厚度 的覆盖层，将有 发生 灾害性事 故的 可能。 为了 减小 地压对采区 的影 响，避免地表 高 山滑坡及 缓解雨季东 的聚集及减小 露天剥 离废石 的运输距离 、减小废石场征 地等，通 过全面分析后，我们利用露天剥离赓石对崩 落区进行回填，井下出矿后，．随着局部塌陷 坑的形成在短时间内立即回填恢复原状，使 覆盖层基本上保持原有地形标高水平。其覆 盖层 厚度 目前 已 达 8 0 1 0 0 m，几 年 来 ，估 汁在崩落区内回填了大约2 O e 万m 。 露天 剥 离 废 石 。 3 ． 2 覆盖层 厚度 一 般 认为 ，回采分 段以上应 形成 I ． 5 2 倍分段 高度 i 5 -- 2 0 m 以上 的覆盖 层 。 目 前，这 是一个实践经验 不多并 缺 乏理论 研究 的 问题 。 根据几年的生产实践，我们认为在确定 覆益层最小允许厚度时，应当考 虑 以 下 因 素； 1 上覆岩层有否突然崩落及其 自然 崩 落的最大可 能休积J 2崩 落岩石 的 自 由空阀 高度 、崩落 面积 的相对值 3开 采 深度 } 4崩 落 区是否积水 及泥水是否 下 灌J 5对井下巷 道稳定性 影响程度 。 在我 矿具体条件下 ， 由于暴 雨和崩落 区 的地 形特 征，考 虑 以上因 素，在 目前开采 深 度 1 0 0 m左右条件下 ，采取 了以回填 方 式 加 大覆盖层 厚度 的作 法。 3 ． 3 覆盖 层厚度 对上盘移 动角的影响 地表与岩体移动的形式和裂变程度取决 于岩体的力学性质 、矿体埋藏条件和使用的 采矿方法等。 目前，国内外尚没有适合各种 情况、各种条件的采后岩移及地表变形预计 方 法。 霍克 E． Ho c k 根 据极 限 平衡理 论 所 提 出的分 析渐进式塌 陷理论模 型 如图 2 适用于我矿南缘开采倾斜厚大矿体南山山坡 塌陷情况。 臣2 渐进 式塌 陷理 论分 析筷型 该法认为 当 向下作用在 断裂 面上的 由 楔形 块重 量、塌 落覆盖 层重量 以及 张力裂 附 中水压形成的力的合成超过滑动面由抗剪力 而产生的阻力时，岩体将产生断裂。用这种 方法 可确 定不同开采深度所 形成 的移 动 角B - 及 陷落角p 该法除 考虑 了上盘岩体 的力 学 参数，开采辣度影响外，还考虑了覆盖层厚 度对岩体移动韵重要影响。用我矿上盘大理 岩 的相应力 学参数 ，在 不同开采深 度H、不 同覆盖层厚度H c 时，利用曲线图计 算 的 移 一 1 6 ～ 宥 矿 一J 9 9 4 维普资讯 寝8 不同开采深度、不同疆盖层厚度时移动角、陷落角 动角 、陷 落角见 表 3。 由表 3可 以看 出；在 同一开 采深度 ，因 覆盖层厚度不同，对上盘的移动和陷落范围 影 响较大。这一结 论 与我 矿实 际情况是相 吻 合 的。 圈 3 F 同覆盖 层厚度上 盘移动范围 图 3是我矿南缘1 3 线剖面在现开采条件 下 ．按 表 3针‘ 算结果 绘制的 上盘岩体 移动范 围。 由图 可明显看 出 增加覆盖层 厚度对 缓 解高 山滑坡是 大有盏曲。且 随着 果 深 的 增 加 ，其效果 愈加 明显 。 3 ． 4 覆 盖层厚度对 巷遭稳定性影 响 ．4 ． 1 采场中岩体应力特征 根据采 矿方法 的基本特 征，采场岩体 中 的应力 特征 可分为 两个 阶段 。当采场 尚未 回 采 之前，岩体的应力 来 自覆 盖岩石 的压力 、 岩体 自重 的压力和滑 动棱柱体产生 的压力 ， 这一阶段岩体破坏主要是由于这些应力的作 用大于岩体 的强度而造 成。 当采场进 入团采 骱 段 ，岩体应力场 则随着 回采 的不 断变 亿而 受到 不断 的扰 动，并 出现应力 集中和应力橙 疏的现象 ，地压的显现主要是 由于应力集 中 引起 的。 3 ． 4 ． 2 覆盖层 厚度对 巷遭稳定性影响 国家地震局地壳应力研究所对我矿南缘 地应力 坝 I 量 研 究 结 果 表 明；南 缘 矿 带 一 l O O m 水平 以上浅部矿带由于应力 集 中 存 在着较大 的初 始应力 ，最 大 主 应 力 达 1 5 一 l 8 MPⅡ ，尤 其是最大 剪切应力 ，剪 切面近东 西 走向，与水平 面 夹 角5 0 。 左 右，量 值 为 5 ． o MPa 左右，是巷道来 压失 稳的 主要 原目 。 废石回填形成的山脚下回填层对坑下采 场应 力状 态有双重影 响 一是其 自重作 ； ； 使 垂直 应力 增 大，按r h 计算，8 0 --1 0 0 N 填 r h 值 为2 ． 0 2 ． 5 MP a 左 右， 二是对应力集 中 区下移和加 大趋 势得 到缓 冲，使下部采 区水 平应力 集 中减弱，并且 同时 减小 了擅应力 出 现 的可能性。 所 以，从总体上说 ， 目前的 回 填 厚室对巷道的稳定是有私 』 的 4 回填效果与教训 4 ． 回填效果 我矿在 目前开采深 度l O { m左 右 的 条 件 下，采用露天剥离废石补充回填崩藩区并使 覆盖层基本上保持原地形标高、保持均匀放 矿的前提下，通过几年实践表明，经济与社 会效益显著 1使 用机械 载重 汽车 、推 土机 施 工，将废石 回填 崩落区，使充填 区充填更 密实 ，加 大 了覆盖 层的厚度，控制 了地压活 动 ，转移或缓 和了应力集 中， 减小 和缓 解了 上盘岩 体的移动 范围和地表 的下沉量。从而 崩落区回壤的生产实践 廖如庸 一 1 7 维普资讯 寿王坟铜矿深部开采的技术管理 北 京 科 技 大 学 童 j i j 1广 ’， ’￡ 、 ／ 盼 【 摘 要 l 寿 王 寝 铜 矿 投 产 3 6 年 以 后 ．处于资源紧张 深部开采困难的不利壤地．本文针对深 B 矿 ／ ， 体开采的特点，介绍了该矿深都开拓，通风系统改造．采场强化管理厦加强技术管理．巳延长矿山寿命 e 年 验 ．／ 国旆， 一 { 关键词；婆塑芏签 墨通风系统改造耙道布置探采结台大密集系数 寿 王坟 铜矿是 国家 第一个五 年计划重 点 项 目，1 9 5 7 年 4 月投产。矿山设计服务年限 1 1 ． 5 年，将远 景矿量估 计在 内为l 9 年，年采 选能力6 6 万吨 。投产 后为 回收铁 、钼 ，分别 子 1 9 5 9 年和1 9 7 0 年进行 了两次扩建 ，生产 能 力提 高到3 5 0 0 3 9 0 0 t ／ d 。至1 9 9 2 年 底，矿 山累计出矿量3 5 7 7 万t 。年 平 均 生 产 能 力 1 0 3 ． 2 万 t ，最 高年生产 能力达 1 4 2 万t ，上 缴 利润2 ． 8 0 亿元 ，是建 矿总投资 的3 ． 4 倍 。 目前；矿 山 已开 拓到 下九 中段 ，进 入深 部 阶段开采 ，主 要 矿 体 为 1 8 、 6 ’ 、2 、 s 6 ‘ 的深部部分，矿量 约5 0 0 万t ，铜 、铁 品 位分 别为0 ． 4 1 ％和3 O ． 儿 。 l 深部开拓系统 根据矿体赋存条件，上部为 。米以上平 硐 一 溜井开 拓方式 ，下部 为平硐 一 竖井一 盲竖 井开 拓方式 。 深部延 深开 拓方案经过斜 坡道、斜井 、 混合井等六个方案比较，最后确定采用双罐 忙 ● ●●砷 ●● ● ●● ● ●● 咐● ● 抽砷 ● 自扭 砷 ●砷 ●啪● ●●砷 ● 蜘 帕 啪●●● 忙 砷 ● 0_H●●● ●铀 坤 ●州 口● 神 ● ●● 砷 ●●●●● 消除或缓解 了由于采矿工 作 向深部 发展 地面 存在 高山滑坡的隐患，有利 于生产 安全。 2 由于 加大 了覆盖层厚度 ，下部放 矿时岩层下降幅度减小，不会产生大 的峭壁 裂 口等泥水 通道 ，从而减小或 阻止了 由于暴 雨 使泥水突然下灌造成井 下灾害 事 故 的 可 能 。 3利用露天剥离废石 回填崩 落 区， 可减小运输距离1 1 ． 5 k in， 节省运输费用、 加快露天剥离进度、减小排土场征地、免除 井下上盘 补充 放顶工序。 4阻止和缓解了南 山崩 落和滑 坡的 隐患，保护了山林免遭破坏，缓解了山场征 购 时间，有利于工农关系 。待 一6 0 m水平 以 下改 为分段 碎石胶 结充 填采矿法后 ，崩 落区 平整后 可植被 和复 田，地表基本 可 恢 复 原 状。 4 ． 2 教训 在 利用露天 剥离废石 回填崩 落区 的实施 过程 中， 由于管理 及其 它因素的影响 ，也 曾 给生 产造成 了一些 不利因 素。 1有时 将剥离破碎 的、风化甚至表 土回填在崩落 区内 ，从而 给井下采矿造成不 利条件 2井 下出矿 控制不 够严格，有时多 出度石 ，加 大矿石贫 化。 参考文献 1 解世恢． 金属矿床地下开采理论与实践． 东北工学院 ． 1 9B 6 2 张佗运 ． 崩落祛矿山前诧水下灌阿匿 ． 化工矿山． 1 9 8 0 ， 3 ． 3 国家地震局地壳应力研究所． 丰山铜矿地应力研究眨 坑道稳定性分析报告． 1 9 9 2 ， 5 ． 4 采矿设计手册编委会． 果矿设计手册 ．捧2 卷下册 ． 中 国建筑 工业 出版社 ，t 9 8 7 ． 责任编辑舜燮 中 一 1 8 _ 一 有 色 矿 一1 9 g 4 ． s 维普资讯