金川镍矿大面积开采的稳定性分析与对策.pdf

，久彻 一 金 的 竹 稳定性分析 与对策 金 川 有色 金 属 公 司 皇笪 【 摘 要】 盒川镍矿通过2 0 多年的生产宴眭与科研工作． 在矿岩特别破碎 地压很大的条件下． 3 5 y Y m 的矿 体莲 续、 大面积 应用 下向胶 结克 填采矿 法开采 ．取 得了很 大成 功 ．作 者在 总 结 经 验 的 基础上。通过矿岩稳定性分析 ．对二鄯工怍大面积开采范围的矿桂留设 开采婀序。乡阶段开采等『可题 提 出 了具 体意 见 ． 关键词大 面积开 采下 向胶结充填 法稳定性 下 向胶结充 填采矿法一般 认为是 一种低 效率、高成本的采矿方法，但金川镍矿经过 2 O 多年的 生产 实践 和多次技术改造 ，以高度 机械化开采 和 良好 的生产管理 ，使 这种工艺 复 杂的采矿方 法成 了一种高效 率、贫化 率和 损失 率低的方法 。现 在金川矿区每年用下 向 艘结充 填法采 出的矿石 已达2 l 4 万 t ， 占地下 开 采总量的9 8 。龙首矿用 下 向胶结充填 法 开采的 面积 已达 2 ． 8 万I n ，采高 1 8 o re；二矿 区西采 区达 5 ． 8 m。 ，采高 G O re。二 期 工 程投 产 后，生产规模还 要扩大 一倍 以上，而且是 多 阶段回采。因此保证整个矿 区范围内的整 体 回采 安全性 ，将是至 关重 要的课题 。 1 矿 区地质概况 金川 矿体走 向 长6 ． 5 k in，宽 l O 多 米 到 3 0 0 m ，深l O 0 0 m，共有4 个矿睡 b覃开发一、 二矿 区。含矿母岩为超基性崧俸，呈不规则 岩墙状侵入前震旦纪层中。 ．富矿体主要赋存于基性强的岩石宙，其 中特 富矿为 块状结构， 矿体较 稳固J 富矿 几 乎 赋存于含辉橄榄岩和纯橄 榄岩 中，里海 绵 晶 铁结构，节理较 发育 贫矿 赋 存于二辉 橄 榄 岩中，为星点结构， 节理特别 发育 ，不 稳 固 。 金川矿区位于龙首山隆起带，北接潮水 盘地，南与祁连山地槽相毗邻。龙首山两侧 有深大 断裂 ，这 些大 断裂 控制着构造运动 、 岩 浆活动 和成矿作用 。 主要断裂有四组一组压性断裂，规模 较大，为矿 区主断裂，两组扭 性断裂 ，近 南 北方 向规模 小，数量较多，近东西方 向规模 大，数量较小，一组横扁张扭性断裂，规模 小 ，数 量较 多 。 一 2 。矿 区开采 目前金川矿 区 由于矿岩 备件 特别差， 主 要使用下向高进路回果方 案 见 图1 ，采 团l 无轨机械化下向胶结充填采矿法 一 10 一 有 色 矿山 一 】 9 964 维普资讯 甩普 通 电耙 或无轨机械化 出矿 。沿矿体 走向 每5 O ～ 1 0 0 m划分 为一个盘 区，采 场 中 间开 分层遭 ，再 拉开进 路，在分层道 以下根 据矿 体 大小设 2 ～ 4 个溜矿井 。在 矿体 上 、下盘设 l ～2 个充填 通风井连通上 中段，分段 巷道与 分 斜 坡道 相通。 开 采时，采用H一 1 2 7 或H一 1 2 8 双臂 液压 台车 凿岩 ， Ei mc o 9 2 8 的 6 m。 铲运机 出 矿， 采矿进 路交错地 向下开采 。 在整个开采范围内的众多采场中，有备 采、开采、已采完准备充填 和 已 充 填的采 场，所 以真正暴露 出来的 空 区顶板 面积 大约 只占开采总面积的1 t 4 ， 充填采甩- 3 mm砂子及4 2 5 硅酸 盐 水泥 2 0 0 3 0 Q k g ／ m 。 ，粉煤 灰 搅哥 后 通过 1 o 0 充 填管进 入采 场，充 填 料 强 度 4 ． 5 ～ 7 ． 3 5 MP a 。采场充填 挡墙用粉煤灰 空心砖 砌 筑 ，可大量节 省术 材。采场底板铺 设金属网 并用钢筋与上层连接，确保下层回采安全。 一 个盘 区 实 际 生 产 能 力 为 2 6 2 6 ． 8 万t ／ a ，平均日产8 2 0 t ／ d ，1 9 9 3 年 全 矿 平均 贫化率4 ． 3 2 ％， 损失率4 ． 4 8 ， 盘区全员劳动 生产 率 l 4 ． 1 9 t ／ d 人 或4 6 8 4 ． 1 7 t l a 人 。 龙首矿是金J 】 『 有色金属公司现已开发的 两个矿 区之一，它有东 、中，西三个采 区， 中部 采区为老采 区，西部采区刚投产，东部 采区正在建设，总的生产 能 力为3 0 0 0 t l d 。 中部 采 区全部采用下 向倾斜分 层 胶 结 充填 法 ， 矿体厚 l O ～9 O m， 长约4 0 0 m,中 问为富 矿，上下 盘有贫矿，整个 采 区为贫 富兼采。 现 已从地 表 1 7 0 3 m采 到1 4 0 9 m水 平 ，采 高 3 O 0 m，其 中用大面积下 向胶 结 充 填 法的 高 度为 1 8 0 m，整个采 区 布 置 1 1 个采 场 ，主 要采用下向六角形进路胶结充填法采矿。中 部采 场充填料用一 2 5 ram经 破碎 的戈 壁集 料 藏 结材料为4 2 5 硅 酸盐水泥。 平均 水泥用量 为 1 9 9 ． 9 批g ／ m ，充填体强度 为5 “ - -7 MP a 。 水 泥浆 与戈 壁集 料混合后用 电耙 将其 输送 到 各采 场 由于 回采是 用六角形倾 斜进 路的方 法进行的 ，因而充 填体 比较 密实 ，基 本达到 了接顶的目的，龙首矿大面积下向胶结充填 采矿情 况如 表1 所示 。 表1 龙首矿下向胶结充填回采情况 二矿 区第期设计为9 9 万t ／ a ，实 际 生 产 能力 已达 1 4 5 万 ￡ ， 县 ， 二期工程设计能 力为 2 6 4 万t ／ a 。采矿方法为下向胶结充填法 占 9 6 和 上向分 层胶绪充填法 占4 ， 西 部 区段 为二矿 区主要开采 地 段 ，开 采 面积 5 ． 8 万 m ， 目前 已开采 的高 度 为6 0 m左右 ， 东部 采区约2 万m ，采 高 1 5 0 m。二矿 区西部 采区太面积下向胶结充填法的开采情况见表 2。 裹2 二矿区下向慷结充填回采情况 3 大面积下向开采 的 岩石力学观测 采用下向胶结充填采矿法进 行2 万m。 以 上的大面积开采在 国内外述没先例，金川有 色金属公司与有关单位进行了长期、有效的 科研合作，对金川矿 区开 采 后 的 围岩 、贫 矿、充填体的总体及局部稳定性进行了长期 监 铡和分析研究， 证明了金川镍矿开 采方法 的 合理 性。 金 J 1 I 镍矿大面积开采的稳定性分析与对策 金铭良 邮编7 3 7 l 0 D 1 维普资讯 金川 矿区的地质 和生产 特点是 矿 岩破 碎 ，地压大 ，采场周 围巷遭受开采 和地压 的 影 响，经常发生 变形 破坏，开采 富矿和下 盘 贫矿的同时还要保护上盘厚大的贫矿，开采 富矿要 尽量减少损 失，保持9 5 以上 的 回采 率 。 采 用下 向胶结 充填采矿 法向下开采的应 力状态是逐步叠加还是逐步衰减，这是关系 到 太面积 开采对深部 采矿 的安全问题 ，通 过 使用钢 弦压力盒 、锚 杆测力计 ，伸长仪来观 测胶结 充填 体的收 缩量 ，层 间分离和 围岩塑 性变 形情 况，根据观测得 出长期开 采后 充填 体对深 部采场 的影响如下 。 1 充填体的强度随时问延长而增高。 据过取样测试，由于充填休 采 用 硅 酸盐水 泥 、砂 ，石 子和部分粉 煤灰 ，在井下温度 ， 湿度、压力变化极小的情况下，其强度逐步 缓慢地增长 ，一般7 天为 2 MP a 左 右，2 8 天为 4 ～7 ． o MP s ，三个月屠由于下层及左右进路 回采 ，使 充填休暴鼹 、通 风，强度 还将 逐步 提高，这就使充填体承载能力随时间 逐步 向下 层回采延 长而 增加J 2 下 向开 采的 层间空隙。下 向 胶结 充填采场分层之间的空隙是由于充填材料的 千缩 和充填 不密 实而 造成 的，一般胶结 充填 体 的充填水从采 场排 出后的 千缩 率为 尾砂及 磨 砂混台 料浆的2 ’磨 砂料浆的 1 ，戈壁 砂石充填料 的0 ． 2 。采用 倾斜进路 充 填 的 密实性好 ，而 水平 进路充填则 有 平 均 1 0 0 ～ 2 0 0 ram空隙不易充填密实，所 以就分成2 N3 次 层充 填，第一层 1 ． 5 m，灰 砂 比1 4 J 第 二层2 m灰 砂 比l 8 1第 三 层0 ． 5 m，灰 砂 比1 8 ，使上下分层充填料尽量密实，有少 量空 隙由于受封上下盘及 顶板的收敛变形 ， 使层阃空隙随着开采深度逐步加深而消灭， 采场上部的充填体也就逐步密实，以阻止匿 岩及 上部岩体的移 动} 3 采 场下．向圊 采的围岩位 移 及 碰力 变化。在 二矿 区大 面积开采 过程 中采用 伸长 仪 、巷道收敛观 测、水准测量等一系 到手 段 来观测，取得的数据示子表3 和袁4 。 裹3西部采 医巷道 断面 收敛 实测结 果mT n 裹4 西部采 区采 场围岩 位 移实测结 果 采场下 盘位移量大于上 盘，上部 中段 围 岩位穆量大于下部中段，在第一年，两盘位 移达到1 2 6 0 mmt下向来场顶扳 的 下沉量 与开采方案有关，倾斜进路采坜充填密度， 下 况量平 均为 1 5 ram，而水平进 路 顶 板 下沉 量要高出一个数量级。采场两盘围岩 中的应 力主要是压应力充填体中的 应 力 值 变化很 大，- 在 开采三层 1 2 m 以后 ，压力 将 逐步 减小 见 图2 ， 4 二矿 区矿岩和 充填料的 力 学 性质 -- 1 2 -- 有 色矿 山一l 9 9 6 ， 维普资讯 r 日 筒 圈 2 二矿 区一 F向回采 时上 盘对 充 填 体 的作H { 力 I 与充填体对 上盎的抗 力 Ⅱ 对 比。西 部开 采面积达到5 ～e 万 ，是金 j 1 1 矿区主要开来对象，其主要耵 石及围菪与充 填体的力学性质经多次渊 ，其结枭如表 5 所示 。 襄5 二矿区西部矿岩及充填体力学性质 暗 石 梧散密茬 抗压 强囊 抗拉强度 弹性棋 鼍 泊船 内鬻擦 角 ’ I| | 寨力 嚣 静t ／哗 MP 8 MP a l 一 ． ．’ MP a 注；表中 教器用 钻机钻取较好的岩体进行鹣试． 这是由国内三个研究单I位共同完成的 - 从表5 可看 出， 充填料在固 岩 中 相 当于 中等软弱的矿岩，但其弹性模量过低，所 以 在开采充填之后，还会继续发生匿岩变形及 长期 蠕变，一旦充 填体 变得密实后则会 逐步 停止 变形，所 以胶结充 填料在采场 中的 充满 系 数越高越好 。 4 大面积下向开采 的对策 二矿 区二期工程的采矿方 案如 图3 所示 ， 在 沿 走向 l O O m长 的矿段 埘分 为 一 盘 区，第 图8 二 区二期工程采矿 方案 一 步骤用机 械化下 向胶结充 填 法 采 竞8 O 8 5 m ，留下1 5 ～2 O m矿桩，待采完一 个 阶段 后用辊 同方法进行第 二步 骤厨采 。 有限元数值模拟 表明，矿 房开采后 ，问 柱 内的应 力集中增大 ，其 最 大 主 应 力 值达 4 4 7 ． 9 4 MP a 间柱基本上属商应力区变形， 经过一段时间后间柱出现压碎破坏。而在不 留间柱的情况下，岩体 内的直 力 为9 7 ． 9 9 ～ 3 2 6 ． 4 7 MP a ，大部分载荷都转到上下盘围岩 内。高应办甚分布在靠近矿律和充填体的崩 岩接触带上， 由于充填佯甜 上下盘 围岩大面 积的控制作用，所 留矿柱仅支撑上部岩体。 二期设计的大断面无轨造输巷道均布置在破 碎的上盘固 岩中，矿房开 采后加速 了巷道 收 敛变形及破翱。图4 是1 1 5 0 m 水平 固 采 矿柱 时的霍克 一 带朗破坏系 数分 布 图 ， 由此可 见， 用大 面积下向腔结 充填法并 留下垂直矿 柱进 行 回采后 由 于分 段巷道变破坏；圆采 矿柱 将困难 。 ． 一 ‘ 盒 】 1 ] 镍矿大面积开采的穆定性分析与对策盒锆盎 i B 犏7 3 T l e o 维普资讯 上盘 A B C 围4 1 1 5 0 m水平霍 克一 布朗破 坏系 数的分布 二矿 区西部 采 区的矿体 上部小下部太 ， 开采面积从 3 万m 逐步增大 到 l 0 万 m。 ，为 保 证深部开采 的安全，特提 出如下对策 。 1 是否 留间隔矿 柱 。在金川 矿 区用 下向胶结充填法是从不留矿柱的，回栗率很 高 ，过去 回采面积最大 达5 万 13 3 。 ，没 有 出现 任何问题 。现在要在8 ～1 0 万13 3 。 面积 上ll连续 回采，是否按设计 留5 ～8 个 1 5 2 0 m留一 个 矿牲 后 回采，这是 一难题 ，因为这 些矿 柱极易被上下盘开采后的压力挤碎，同时大 量 分段巷道也 被破坏 ，给今后 回采间隔矿柱 带来极 大 阻难 。 ～， 一 ． ． ． 建议在 1 1 5 0 m中段以上采用连续开采方 法 面 1 O m啦段 下 在 l 6 行 留 。一 个 中间 5 0 m宽酌大矿柱；将8 一 i 0 万13 3 暴露 面 积均 隔成二个开采 医段 见凰5 进行 连续 回采。 围5 金川二矿区多阶段回采方案图 ． - 这样可以支撑l l S 0 中段以上的矿休，在二个 中段犬规模圈暴时，而不会使矿体和岩体发 生丈 的移动’保 持通 向上下 盘的主要粉矿 回 收遘 不受破坏，矿桂 靠近分斜坡道， 回采 矿 柱特别方便 失矿 柱不容 易因上下盘 应力集 中所破坏 ，但该 矿柱不是永久性的 矿柱 回 采时 间的 合理 性还有待研究 } 2 开采顺序安排。由于矿体 的 厚薄 和开采 方案 不问，对开采顺 序的合理性 安排 有很大 影响，根据经验 ，开 采顺 序应从两端 逐步 向中l央 推进，也就是 中问采场略高 于两 端 采场 ，这对 地压控制效果最佳 ，尤其可减 少对 围岩 内分段巷道 的破坏， 3 多 阶段 回采。为提高生 产 能 力， 针对下向充填法单位采场面积产量较低的问 题，应考虑尽可能实行2 々3 个 阶 段 同 时回 采 。 目前 龙首矿为单 阶段 下 向 开 采 ，二 矿 区西部 将 由 单’ 阶 段 逐 步 发 展 为 两 阶段 1 2 5 0 m、1 1 5 m中段和 三阶 段 1 3 3 0 m， 1 2 5 0 m，l 1 5 0 m中段 回采 。东部为5 个阶段 同时回采。 从5 图可清楚 看 出破坏系 数f 的 曲线， 已 采的采 区顶板 至今正在采矿的 进路的直接顶 板，其混凝土假顶的稳定性是逐渐增加的。 主要 原 因是上 部混 凝士充填体 受初蛤 采动影 响比下部严重，当开采到一定蹀度后，混凝 土充填体的稳定性就会逐步变好。速已被金 j f l 矿区东西部采 的同一矿体2 3 十阶段 同时回采所证实。 ， 、．， 破坏系数I 目 媸 图6 随采充深度而 变化的采矿进 路 上 部 充填体的 破坏 系数情况 有 色矿 山一j e 9 6 - ‘ 维普资讯 ／ I ， 一 一／ _种间接测高的方法 一 ．， ／ o ， 厶 -、 冶 有 色 金 葳 公 司铜山口 矿 望 丛 ‘ ’ ， 1 ， 。。 【 摘要 】 利甩三角形边角要系导出了到量三角高程的另一方法的计算公式．其外业资 料月经纬 仪， 按 一 定 要 求 测 再 ． 可 解 测 量 虽 不可 涉 墨 的 某 点 的 高 程 问 韪 ． 此 法 内 业 篁 单 ． 能 达 到 台 理 的 精 职 丑精 度 工 彰 ． 关 键 词 堡 童 璺 耋 丝 、 2 一移 J t - 1 前言 在工程测量中，常常遇到需要知道高程 的某些点，却无法近前或无法攀登，如建筑 物顶或高压电线上的某点。 ‘ 为了解决这一问 题 ，经过探讨，可以利用常用 的 测c 蠡 工具 经纬仪、标尺 、设计适 当的 测量 图形 ， 作远距 离观测 ，这样不仅工作量小 ，施 测方 便，而且也能保证要求的精度。 2 施测方法及求解公式 目前，多 数测量 问题都 离 不 开 测 角测 边，这里要勰决的问题依然从 测 角量 边入 手 。 - 2 ． 1 施测方浩。 如图1 所示，在峭壁上有一 古 塔，今欲 知其塔顶 M点的高程 。我 们可在塔附 近 ，有 利苇观 测的地带设置测站 ，进行 角度和基 线 边长的测量 图中A点 为高程 已知点，在 A点 设 经 纬 仪对M点用正倒赣划_蜮角d ，又在 瞄 准M点 的方向线上按要求精出B 点，同 对甩视 驻法 测出基线 A点 至B点问的视 距D 和 视 高 r R 以 及倾角1 ，并量出A站仪器高K _ 。接着将仪 器移至B 点，用 f司 样舶方 法 铡 l出B 点至M点 ’用多阶段下向充填开采方式提高矿山产 量，在国外已有成功的经验；怛其多数是在 窄矿脉 或不规则矿体中进锭，所以规模都不 太。而金川矿区由于实现了高效率的下向充 填开采，年产量已达2 O O 万 t 以上。金川二矿 区二期工程一个阶段回采能 力 为5 5 0 0 t ／ d ， 两个阶段的回采能力为s O p o t ／ ，这 就 是该 方法灵 活 、高教的 优点。 l5 小 结 ’ 金川镰矿的雄首矿和二矿医妇夹面积下 向胶结牵填采矿 已有2 O 多年盼经验 并经过 长期岩石力学科学试验和强测，鲸台起来有 如下 结论 一 - ． 1 太面积下 随胶鳍 兖填法 采 所造 成的上部岩体破坏和移动魁报小的 一 充填体 箴阻止土部岩蒋及厨岩太盼变形和破坏 2 金川矿 区 已有 叫 矿体 连续 3 ～ 5 万 太面 积下 向 开采 的经 验。 ， ‘ 3 在 B 万m{ 面积 下臀多 个 间 隔 矿 柱 不如臂一个5 O m。 的矿柱 夏能控 龇．1上 部矿 体围岩稳定性，探 证达封巾业安垒l及回采率 高的 目的 。 4 开采 顺序从两 端逐步向 中 央 推进 能 更有效的控 制地 压。 ． 5 多阶段 圊采能提 高产 量 ，金 川 镍 矿 已有两个 阶段 同时 回采 的经验，但两个 阶 段的回采高度不 得小 于2 O m，另外充 填 体要 保 持密实， 以保 证上 中段 回采的 安全。 一 种间接测高曲方法胡先点 邮犏4 3 5 1 0 0 维普资讯