块石胶结充填体稳定性研究.pdf

3 a一 块石胶结充填体稳定性研究 A I 摘要】 石腔 结充填 体力 其 ’进勰证 ． 关键 词 ； 长沙矿 山研究 院傅鹤林 采用 湿遗法 进 行块石腋 结充 填体室 内力 学试验 ．配台声被 法进 行现场 测试 ．确定 了块 学 雠 胡 础 粮 职 艄 对 堡 亘 壁 缝直 摸 湿 选 法 声 渡法 垄 兰 有 限 元 法 广西大厂矿务局是中 国 第 二 大锡业基 地，是 国家 出口赚取外 汇支援 国民经济 建设 的重要部 门之 一。铜坑矿 是我 国 目前 主要生 产矿 山之一 ， 由于受 客观 条件 限制， 长期只 采不充，造成欠充填3 0 余万米。 ， 如不 及时充 填，将出现无矿可采的局面。为了改变这种 现状，加速偿还 充填 ，尽快达 到采充平衡， 并为了 降低充填成本和保 证充填质量，决定 采用块石胶结 充填 。 众所周知 充 填的 目 的 是 为 了减小地 压，最太限度地回采矿物资源。由于块石胶 结充填在我国尚未使用过，能否达到预期 目 的，必须在推广之前进行试验。根据铜坑矿 的情 况，第一步 回采矿房 ，嗣后胶 结充填， 再回采矿柱，试验采场选在 l ’ 矿 体 的一盘 区 I 采场 固 I s 位于9 1 ‘ 矿 体 中 ， 因而 对 9 1 ‘ 矿 体 和 I。 的基 本情况进行论述 。 1 9 1 矿体及 I 的基本 情况 铜坑矿 的主要矿休有 3个， 即细脉带 、 9 1 矿体 和9 2 矿体 。 9 1 矿休 是一个似层状 的浸染 状 矿体 ， 它 由东北 向的 裂隙、层面及 星散状 矿浸染组 成，呈似层状 赋存 于宽条带， 细条 带和矽质 带岩中。矿体 走向近东 西，倾 向 北 ，倾角 1 5 。 ， l矿体 长4 8 0 m，平 均 厚 1 4 ． 2 8 m，最大 厚度5 0 m，赋 存于 3 5 0 4 9 O m 标高 之间。 由 于密集的东北向断层和层间剥离相交切，以 及 多时 期的矿化 活动 ，使矿体 中心部 位锡 石 品位较 高。 、 9 矿 体分一 、、三 盘区，一 盘 区包 站发矿组的人员没有认真做好配矿管理。精 矿产品销售管理 工作 的另 一个 问题 ， 即装车 汁量管理问题。矿 山生产的精矿产品主要发 货场地为栖霞 山火车 北站， 由于该 站没有轨 道衡量计，铁路部 门为 了使 车 辆运 输安全， 严格执行按规定的车皮 吨 位装 车 、计算运 费 、超吨重罚 的政策。在矿 山制订的过磅计 量装车发货管理制度不能认真执行的情况下 怕麻烦，发货人员为了防止超吨重羁， 因此， 出现较多 的 装车亏吨 。据统计 ，全 年 发售铅精矿 有4 7 个车皮，亏2 9 5 t ，损失运输 费 、 装车费和平整费计 1 8 8 0 0 元 ； 锌 精矿 有 1 0 4 个 车皮 ， 亏5 4 1 t ，损失装运 等费用3 0 2 0 0 元 ， 铅 、锌 精矿 发运 亏吨共计 损失装车 、运输 等 费用合计4 9 0 0 0 元 ，平 均摊 入 每吨原矿多投 入0 ． 4 0 元 ， 因超吨罚 款为 1 6 7 6 7 2 元，平均 摊 入每 吨原矿多投入 1 ． 3 6 元。 认真执行车站发货管理制度，l在做好配 矿工作的 同时 ，做好计 量堆放 、防止 出现装 车 亏吨或超吨较 多，也是减少经济损失 、提 高投入产 出利润 率的一个有效途径 。 -- 22一 有 色矿 山 【 9 9 6 ． 4 ， ， 德 维普资讯 括试验 矿 块 、基 建 块 石 I c 、 It ， I a 、 I 和 临时矿 块 O 、O 。 I c ～ I 均 已 回采完 毕。 I 、 I 正在用 块石胶结充 填， I s 、 I。 已充填完毕， I a 是 块石胶结充填 ， I。 是 棒磨 砂胶 结充填，O 、O 。已采 完 ，已 用 棒磨砂胶结 充填完 毕 试 验采场用VC R 法 回采完毕，尚未充 填。 二盘 区包含 Ⅱ ～ Ⅱ 和临时矿块O a ～ O 其 中大部分 已采完 ，只 有 Ⅱa 、 Ⅱ 、O 、O 。 已用 棒磨 砂胶 结充 填完 毕。三盘 区有 9个矿块 ，有的矿块 正进行 采 准工 作，有的 已回采 完毕 。 ． I a 是用分段 空场法 回采的 ，长7 3 m，宽 1 8 m， 白底部 出矿水 平 起，高约4 0 m，体积 4 ． 4 万 m。 。采 场两 端为盘 区矿柱 。具 体 见图 1和 图 2。 图1 9 1 矿体开 采现状 图2 9 1 矿体 一盘区基本情况 I s 块 石胶结充 填的功 能是 ； 1 支 护岩层 ，改善矿 柱 受 力 条 件，使矿房 间矿 拄 、盘 区矿 柱由二向受力变成 三向受力， 增 强 了稳定性 。棚果充 填体 比较鸯密坚硬 ，接 腰庭好 ，可 以承 担部 分荷载，因此充填体 支 护岩层可以减少上部各 中 勘 巷 道的沉陷} 2 提供后 部 圄采 的作业场所 ，例 如， 回 采矿柱时，有的巷遭就可以设在充填俸内， 3保证安全而有敲地回采矿柱。充填的 目的是最大 限度 地提高 矿石 回采率，故 将包 围在充 填体 内的矿柱 采出来。矿柱的 回采往 往导致原来矿柱承担的部分荷载转移给充填 体。因此，既要保证安全有效地回采矿柱， 充填体 又必 须有 足够 的强度能承担该部分荷 载，同时要求块石胶结充填体在以后回采矿 柱时有 良好 的抗 爆性能 以抵抗 由爆破振动 I 起 的周 期应力。 2 块石充填体稳定性研究 充填体力学目前尚无 自己完善的理论和 方法 ，主要借助 于岩 石力学的理论和方法 进 行研究 。 混凝土常视为人工假石，块石腔结充填 体属 于混凝土范 畴，当充填体 处 于 单 向受 压 单 向受拉或受剪时，充填体萌破坏常常 是被压坏， 拉坏或剪坏J当充填体娃于复杂 应 力状 态时 ， 使 用摩尔一 库仑 准 恻 ， 即充 填 体的破坏是由于某一面上剪应力超逮其抗剪 强度而引起韵，因而只有确定了充填体的应 力状态后， 方 能确定充填体的稳定性。 确 定充填体的受力状态 ，有 理论 生的解 算和现场模似。理论上的解算为现场提供指 导 ，现 场弼试反过来验 证理 格 上- -的 解算 结 果 璧于 I ． 。 酌情 况，拟用有 限 元法 的理 论 解算，以揭菇究填体 即回采矿柱 验证理 论解弊鲴果 其基本参数为试验潮得 。 1 块石胶结 填体力学科试工作 由于块石艘结充填在国 谢 尚 无 成功先 例。块石胶结充填力学测试工作也无经验可 借 鉴，因此摸索一 套适 用的试验 方法极 有价 值 。 s 块石 臆缚充填 料为锯坑矿 采 石场的 块石和水泥棒磨砂糯 要求形成具有所需强 度和自立的天工矿柱。为此， 测试块j再 胶结 充填体力学的参数有单 l辎 拙} 压 、抗压强 度、凝聚力、内摩擦角、弹 性 模 量 和泊橙 块石 旺结充 填体稳 定性 研 究 傅鹤林 邮犏 4 1 0 0 1 2 23 维普资讯 化，此外还应测试充填体的其它力学性能。 ’ ． 用湿选法浇注室内试件 并 进 行 力学试 验 ，配 合声波法进行 室内和现 场测试I确 定 了块石胶结 充填体韵 力学参数 I见表 1席 力 擎性 能 。 ’ 裹1 块石肢结充填体力拳参数 试l l 盏 盖 凳 鼎 ；毓 意；辇j -MPa M Pa M Pa } 1 M Pa ’m， 室 内2 8 d 0 d 现塌 d f 。 ． ,1 7 n 0． “ 8 ． 5 0． 7n 块石胶结 充填体力学性能 1充填 体 强度随养护时间增长，有增大的趋势，养 护龄期由2 8 d 增长到9 0 d ，强度增大l O ％，到 一 定龄期后 强度趋 于稳定} 2块 石胶 结 充填俸试件 中块 石相互咬舍形成骨架 ，达到 破坏极 限时，块石胶 结充 填体 试块破坏 主要 表现为拉伸破坏，由于破坏作用，试件表面 只 出现破 坏裂纹，但仍 保持整体状态 ，没 有 出 现大的剥蚀和脱落 ， 3劈裂试验 ，拉 伸破坏面瞄凸不平； 4 块石胶绪充填体 达 到极限破坏后。随着变形而增太，但仍有 相 当高的残余强度，可以继 续承 担 部分荷 载，这使得块石胶结充填体形成的人工矿柱 具 有相应 的剩余支撑能力 。 2 ． 2 块石胶结充填体稳定性分析 - 要保证今后矿桂回采安全，最大限度地 饵采碗石资褥，块石胶绪充填体锯否邀鄙要 求是关键所在。在岩石力学领域， 目前应用 最广泛的两种数值分析法是有限元法和边界 元法。有限元法出边界元法 具 有 较 高灵敏 性，铺够模拟复杂的几何边界，同时能考虑 不 同的材料及多种加载方式，在地下矿山工 程 中获得 广泛应用。 2 ． 2 ． 1 有 限元法基 本理 论概述 有限元法是一种数值分析方法，它直接 两 向实际工程结掏，将任一形状与多种介质 组 成的物质分成许多简单的几何形状的单元 法，在单元法内被定形函数， 求出各单元法 拘 应力 和位移 。 ． 73u 7 8 l 1 禹n 对工程结构体，总的势能表示为 { f [ 8 ] d v - J [ 0 j p d v ～ ‘ ， ． - f [ d ] q T d s 1 式 中 o 和e ～分别为应 力和应变分量 } _一任意点鲋位移j p 单位体积的体办 q 一 作用l的商静 、 、 在有趣元砬移法中 单刃位 移 应变和 』 力r为 ⋯． ’ d D I ． ‘ 2 ￡；B古‘ 3 a_D￡ 4 式 中 N一形 函数 } ． 惮 元节点位黟回罩 ． B 形函数构成的应变矩阵l D 弹性矩阵。 。 对系统位移求 得极 小值 - K F 5 式 中 K f [ B] [ B ]d F J [ N] p d v J [ N] q d s 2 ． 2 ． 2 计算 甜面的确定 有限届法用于地下采场毽定性分析时。 有郊下特点 ． 1将地下采场及其影响范 围内的嵌体和充填体进行离散化l 2作 用 在岩体及充 填体 上的荷载是 地应 力， 地应 一 2 4一 一 有色 矿山 l 0 8． 4 ． 一 维普资讯 力包 括重力地应力 和结构地应力 | 3刘 地下采场 税为 平面应变 问题 处 理 。 I 位 于9 1 ‘ 矿体 一盘 区，根据 一 盘 区现 状 单独分析 I a 中充填休稳 定性是不 准确的 ， 因为一 I 采 场长度 方向远大予宽度 方 向’一 盘 区很 多矿 块均 已回采且充 填，故决定对 整 个一盘 区及 扰动范 围进行 有 限元解 算，并列 某部分进行 分析 。 计算 制面选在 2 6 1 线 ，如 图 3所示 。 圈} 毒 有限元 计算剖面掏 2 - i 线 要分析充 填体 的稳定性， 必须 了解不 同 状 态下 充填体受力 情况， 因此 考 虑了 I 充 填 后 ，尚未 回采 I I。柱， 回 采 I 。 一 I 柱 尚未立 即充填 空区，整个一盘 区回采完且充 填完毕_来T解充填体的受力情 。 一 盘区宽约1 8 ，所有矿房高约4 o re 将计算模骞取为l 0 q 0 n 2 锄m 0见斟4 一 } 。 一 [二 j 0 餐 E 二 。 E三 、 、 冒 稍 限元计 算模垫 出于作用在岩体和充填僖_上的荷鼗为构 造应力和勘簦应力， 么模型垂直方向荷载 为 ． 8 式 中 水平方 向荷 载为 ； 盯 盯 Hr o ． 构造 应力， ’ MP ， H - ～覆岩厚度 ， | 侧压系数 r ，u 同 岩 一U 泊橙比， r 覆岩及充填休的松散密度 ， t ／ m 。 。 根据 大厂矿务局铜坑矿矿岩物理力学 参数测试报告 和长沙矿冶研究院对铜坑矿 棒磨砂胶结充填槔有关试验，确定了模型不 同材料的力学参数，见表 2。 襄2 模型不丽材料的力学参数 2 ． g 3 有嚷元韵解算绪果 ’ 采用 二维 线弹性 四节点有限 元 在 I BM,一 3 8 6 微机上进行解算， l 得到； C 1 一盘馐班外，计算特征范围内围 岩在不伺 状态下 是稳 定的 ， 2三种瘟力状态下， 一 盘 区 的矿 柱，无论是人 工矿柱还是原 生矿柱，其 内帮 应力均 水乎压应力为主 3 I。 一r 柱回采前 ， 矿柱上 的应 力 集中在人工矿柱上的应力很小， 4， I I。柱 回采后 尚 未 克填时 ， I l 和 rl 中的充填体中部出现水 平方向l的拉 应力 ； 其值为 0 ． O 4 7 MPa 瓤0 ． -O b 0 MPa ，低于 块石胶结充填体和持磨砂胶罐竞填体的抗强 度，但必须注意这些地段，如有犬的馨教振 动等外界干扰对 ，其稳 定 性 可 能会破坏 ， 收石啦结充填俸稳定性研究 傅鹤林 邮编4 i o i 2 一 2 5 维普资讯 因此回采 I 。 一 I 柱宜采用爆破振 动 较小的 采矿 方法 ，采 后应 立即充填} 5 回采 I s ～I 柱后 ，矿 柱上 的 应 力集 中点 出 现 了 转 移 现 象 ， I ～I。 柱、 I． ～O 柱上的应力 减小了 ， I 一I 、 0t 一 0 柱 上的应 力相应增 大了。了解这种变化 趋势， 对整个 一盘 区的矿柱 回采极有好 处} 6一旦一盘 区 回采完毕，且 已充 填 接 顶 良好，顶板上的应力转移到了两旁围岩 _ 。 3 。 。2O ． 善 ． - ， 上，但充 填体底都 围岩 出现 拉应力 ， 了解这 种情 况对 回采9 2 ’ 矿体具有 指导意义 7三种应力状态 下，块 石胶结充填 体和 棒磨 砂胶结充填 体均 处于稳定 状态，但 块石胶结 充填体承受 应力 犬于 棒磨 砂胶结充 填 体 承受应力，这说 明堍 石胶结充 填体的稳 定性 比棒磨 砂 胶结充填体的稳 定性 好 此外 ，在 I。 一I 柱回采后 尚未充填 对 ， 对 I a 中的充 填体 位移作 了分析， 见 图 5。 图5 I。 中充填体位移 曲线图 由图 5可见 1 I It 柱 回采后 尚未 充 填 时 ， I a中充 填体底部 水 平 方 向 最 大 位 馥 达 51 0 ’ 。 m， 顶 部 垂一 直 方 向 最 大 位 移 达 61 0 ～m，均 为压缩 位移 2 尽管水平方 向位 移达 5 Jx l 6 m， 垂直方 向位移 达6 x 1 D ． P m，但 对于柏 m宽 ， 4 O m高 的采宽 来说 是微量 的 ， 属 于 稳 定范 畴 。 ， 3 充填体揭露与观测 _ 、 根据对块石胶结充填 体 稳 定 性分析， I 3 - I． 柱如采完后， I 。 和． I 充 填 体 中出 现拉应力，固雌必须选择爆破振动小的回采 方 法。报据铜坑矿情况 ，回采矿拄的 方法 必 须保 证有足够太的 生产 掘力，因而选 择VC R 法将矿柱分成东西两段 回采 先采西段，詹 采 东段。 - 回采 I a I． 柱 西 段后 的情况如 图 6所 示 ，根 据充填暴露情 况发现t ． 圄。 圈 舅； 等 Z 0 0 豫 0 图6 回采 I 3 -I。 柱西段 后的情况 1 n 中的块 石和 胶结充 填体整体 性及抗爆性能 强于棒磨砂胶结充填体。在矿 拄 回采过 程中 ， 尽管 受爆破振动韵 影响 ， 但块 石胶结充填体 完整性依然 良好 ，而且棒磨砂 胶结 充填体 在受爆破振动 作用后 ，呈橙散脱 有色 矿 山 一 1 9 9 8 ． 4 维普资讯 ∞0 蛳∞∞∞ l 选 矿l 舀 峙6、 }j 目g 一5蜘 大型浮选厂工艺设计问题探讨形 ／ 北京有色 冶金设计 研究总院麓必作 ’ 一 【 摘要 】 在进行大型浮选广工艺设计时， 如何惜鉴以往的实践经验． 结台我国国情和项 目具 体情况．选择先进的碎磨慌 程． 。 确定台理的浮遗工艺．推荐可靠，高 效，经济的生产设备 ．历来是选矿 设计工 怍者的 研究 重点 ．笔 者根据 多年设 计工作 实践 总 结了对 上述 问题的 认识和 经验 教训 ． ． 捌 翌鎏 f 、三 堇 盟 堡 鱼 竖 娥 厂 大型 浮选 厂的建设能否 做到技术先进可 靠 ，基建投 资低，经济 效益 好，工艺设计 方 案起着决定性的作用。本文就大型浮选厂工 艺设计中，流程、设备选择等方面的问题， 提 出一些个人的见解 ，和 同行们探讨 I 先进碎磨流程的选择 衡量选矿厂碎磨流 程是否先进的 标志 主要应该是 ；经 营费少 、能耗低 、基 建投资 省 、设备 运转率高和达 产时间短。 然而 ，至 今我们还 未找 到一 种 碎 磨 流 程，能同时具备上述优点。在大型浮选厂设 计中， 目前有希望在某些方面实现上述 目标 的可供 选择的碎磨 流程 主要是 t 1三段一 闭路 碎矿一单 段 球 磨 流 程 ，简称常规碎磨流程 。 2新三段 闭路碎矿_单 段球磨流 程，简称新 常规 碎磨 流程 。 3 粗碎一半 自 磨 包 括 ABC 流 程 ，简 称半 自磨流程 。 1 ． 1 常规碎磨 流程 与新常规碎磨 流 程 的 比 较 新常规碎磨流程的 主要特点是 采用 了 超重型 圆锥破 碎机 和功率 自动控 制装置 。从 生产 实践看 ，设备处理能 力比 同规 格常规 圆 锥破 碎机大 出近 1 倍 破 碎产 品 粒 度P8 0达 到7 ram，而 常规 圆锥破碎 机的P8 0 一般 均在 1 1 ram以上 生产实例见表 1 。因此， 新常 规破 磨流程能够 实现 “ 多碎 少磨 。 实现 “ 多 碎少磨 ． ，可为 选厂 带来 下述 落 状 ， 2 在矿 柱回采过程 中 ，块 石胶 结充 填体 尽管暴 露高达 3 9 m，但稳 定 性 一直 良 好，未 出现任何丈的充填体垮塌现象，有力 地保 汪了矿 柱 回采作 业的安全 4 结 论 室 内力学试验 ，采 用湿选法浇 注 了尺寸 为 3 0 0 ramx 3 0 0 ram 3 0 0 ram的 块 石 胶结充 填体试 件。 ． 并采用单轴抗 压 、抗 拉试验 ，配 合声波法确定了充填体力 学 参数 和力学性 能。在确定了力学性能的基础上，将块石胶 结充填体视为人工假石，建立有艰元模型， 运用摩尔一 库仑准则 ，采用平面 弹 性四节点 有 限元 进行 了解算，确定 了充 填 体 的 稳 定 性， 为矿柱的 回采提供 了依 据。 参者文献 略 ． 大型 浮选F工 艺设计 问题 探 讨董 必 作 邮 编 I C 0 0 8 一 27 维普资讯