MATHEW法在矿房结构参数设计中的应用.pdf

I SS N 1 6 7l一2 9 0o CN 431 3 47 ／TD 采矿技 术第 9卷第 2期 Mi n i n g Te c h no l o g y，Vo 1 ． 9， No ． 2 2 0 0 9年 3月 Ma r ． 2 00 9 Ma t h e w法 在 矿 房 结 构 参 数 设 计 中 的 应 用 尚精华 ， 万国春 江西金山金矿生产技术科 ， 江西 德兴市3 3 4 2 1 3 摘要 阐述 了 M a t h e w法确定矿房结构参数的原理 ， 及 实际应用 中的步骤。应用该方法 确定了金 山金矿各种采矿条件下的采场结构参数 ， 试验性开采结果表 明， 矿 房跨度 l 2～ 1 6 m 时， 顶板安全有保证 ， 未见顶板大块片落现 象， 单个矿房产量显著提 高。 关键词 采场结构参数 ； 暴露面积 ； Ma t h e w法； 房柱法 ； 水平分层充填法 金 山金矿为地下开采 的大型黄金矿 山， 其矿体 产状平缓 ， 但矿体厚度及 品位变化较大。矿体平均 倾角 2 2 。 ， 厚度 0 ． 5～ 3 1 m。主矿层下盘近矿围岩多 为变安山质玄武岩 、 含碳千糜岩 ， 上盘近矿围岩主要 为安山质玄武岩 、 砂质千糜岩。矿体及其顶 、 底板围 岩属半坚硬至坚硬完整稳固性层状岩体，f 6～ 8 ， 矿区水文地质条件属简单类型。 金山金矿 主要采用房 柱法 回采 ， 中段高度 2 5 m， 采场一般沿走 向布置 ， 根据矿体厚度及矿岩稳固 性矿房跨度 7～1 2 m， 房间柱宽 2 ． 5～ 5 m。从 多年 已回采完毕的矿房来看 ， 除近地表采空区有部分产 生塌陷外 ， 其它采空区稳定性 良好 ， 未见大面积垮塌 现象。目前正在建设充填站 ， 拟对部分矿段进行水 平充填法 回采试验。 矿山现在的房柱法矿房结构参数是依据经验分 析确定 的， 有进一步增大的可能； 另从对部分充填矿 山的考察来看 ， 其矿房跨度变化较大 ， 为 1 0～2 5 m 之间。确定金山金矿水平充填矿房的合理跨度是有 待矿山解决 的问题。 1 Ma t h e w 法 M a t h e w法是在 N G I 法的基础上发展而来 ， 其实 质是根据岩体稳定性指数 Ⅳ， 初步确定采场结构参 数计算采场暴露面形状 系数 s， 将 Ⅳ和 Ls值投影 到 稳定性图表上即可初步判断采场稳定性； 或者是根 据岩体稳定性指数 Ⅳ在稳定性图表上求 出总体稳 定的采场形状 系数 ．s ， 在初步选定采场某一结构参 数后即可确定其它结构参数与暴露面积， 见 图 1 。 2 用 M a t h e w法确定合理的矿房参数 2 ． 1 求稳定性指数 Ⅳ NQ A B C 式 中 Q 岩体质量指数； 应力系数 ， 取 1 ； 岩体方位修正系数 ； c 设计采场暴露面方位修正系数。 Q R J J ／ J ． J 。 s t 式中 R 岩体质量指标 ； l， 节理粗糙度 ； ．， 节理水折减系数 ； ．， 节理组数 ； ．， 节理蚀变影响程度 ； 5 厂_-应力折减系数 ， 取 1 。 1 I I I 不穗定庆 ， 一 l l l I 、 ／ ／ 稳定区 ／ ／ ， 。 J r r J r ， ， ， ， ／ 、 ， 崩落区 ．r ， J ，／ ／／ 。 - ， ， f I 0 5 l 0 l 5 2 O 2 5 采场暴 露面形状 系数S 2 图 1 P o t v i n修 改 的 稳 定 性 图 表 一 般缓倾斜矿体房柱法采场的关键暴露面为上 盘 ， 上 向水平分层法采场 的关键 暴露面为顶盘 矿 体中 ， 其中R由地质勘探报告提供， ．， ， ．， ， ．， ， 由 地质技术人员提供。金山金矿的相关计算参数见表 1～ 3 。根据式 1 、 式 2 和表 1一表 3的参数可计 算出 Ⅳ值 。 m m ． ．z 鞭 掣波 6 采妒技朱 表 1 金 山岩体质量指标 Q 的计算参数 表 4 房 柱法上盘及分层 法顶盘暴露面积形状 系数 表 2 岩体缺陷方位修正系数 暴露 面 岩层倾角 系数 口 暴露面 岩层倾角 系数 上盘 l 5 。 1 5 。0 ． 5 顶盘 1 5 。 水平0 ． 3 5 上盘 2 O 。 2 0 。0 ． 5 顶盘 2 O 。 水平0 ． 3 上盘 2 5 。 2 5 。0 ． 5 顶盘 2 5 。 水平0 ． 3 5 上盘 3 O 。 3 0 。0 ． 5 顶盘 3 O 。 水平0 ． 3 8 表 3 设计暴露面方位修 正系数 C 暴露面暴露 面倾角系数 c 暴 露面暴露面倾角 系数 c 采场上盘 1 5 。 2 ． 2 采场上盘 3 0 。 2 ． 8 采场上盘 2 0 。 2 ． 3 6 采 场顶盘 水平 1 ． 0 采场上盘 2 5 。 2 ． 5 6 2 ． 2 由 Ⅳ求采场形状系数 由图 1 ， 上盘及顶盘暴露面积形状系数见表 4 。 2 ． 3 求矿房的暴露面积 SL L 1 ／ 2 L 1 3 式 中 ￡ 矿房跨度 即宽度 ， I n ； ￡ 矿房斜长 房柱法 ， 矿体水平长度 分 层充填法 ， I n 。 金山金矿 中段高度为 2 5 m， 普通浅孔房柱采矿 法出矿设备 为 3 0 k W 电耙 ， 其有效耙距不超过 6 0 m； 上向水平分层法矿房长为矿体水平厚度， 由平均 真厚 1 5 m计算。由公式 3 和表 4可计算 出房柱 法和水平充填法的暴露参数 ， 见表 5和表 6 。 表 5 房柱法采场结构参数 3 金 山 金 矿 采 场 结 构 参 数 的 确 定 裹 蓁 昱 3 ． 1 东部矿体 1 2 m， 暴露面积控制在 7 5 0 m 之内； 如东部采用中 从上述计算结 果可 以看出， 东部矿体浅孔房柱 深孑 L 采矿 ， 则采空区跨度应控制在 2 4 m之内 ， 上盘 尚精华， 等 Ma t h e w法在矿房结构参数设计中的应用 7 暴露面积控制在 1 3 0 0 m 之 内， 此时顶板不会大面 5 0 IT I 内布 4个矿房 ， 即矿房跨 度为 8～9 m。依据 积崩落 ， 超出此跨度则顶板 有大面积崩落可能。如 Ma t h e w法确定的参数 ， 在 一1 3 0中段 3 2 5至 3 2 9线 东部采用上向水平充填法 ， 不支护的矿房跨度为8 ． 5 已进行试验性开采 ， 矿房跨度 1 21 6 m， 到 目前为 I i 1 之 内， 否则需采取支护， 且即使采取锚索支护 ， 其 止 ， 3 2 5采 1 、 3 2 5采 2 已回采完毕 ， 从整个效果看 ， 跨度也不宜超过 1 6 m。 顶板安全有保证 ， 未见顶板大块片落现象 ， 单个矿房 3 ． 2 西部矿体 产量显著提高。 西部矿体整体稳定性较好 ， 其浅孑 L 房柱法矿房 上向水平分层充填法 的矿房设计宽度 为 1 2 ． 5 跨度宜控制在 1 5～1 8 m之内， 上盘暴露面积控制在lT l ， 从 Ma t h e w法确定 的参数来看 ， 此一跨度在西部 9 8 0 m 之 内。如采用 中深孔 回采 ， 则采空区跨度应 进行 试验 安全更 有保证 ， 最 终确定 在西部 3 0 5至 控制在 3 0 m之内， 上盘暴露面积控制在 1 6 0 0 I T I 之 3 0 9线间进行试验 ， 目前正在进行相关采准工程 。 内， 超 出此跨度则顶板有大面积崩落可能。在西部 参考文献 采用上向水平充填法 ， 不支护的矿房跨度为 1 3 m之 [ ]郭 然， 等 “ M a t h e w “ 法在采矿方法设计中的应用[ J ] ． 金属 ， 季 墨 妾 ， 且 即 使 采 取 锚 索 加 锚 杆 支 护 ， [ 2 3 bY采 II矿I ,1手9 9册9 , 编9 辑 2委0 采 矿 手 册 第 2 卷 [ M ] ．北 京 冶 金 工 其跨度也不宜超过 2 3 n l 。 业出版 社 1 9 9 o 1 2 ～1 8． 4 请 聆 特 粱 收稿 日期 2 0 0 81 1 2 5 。 一 。 作者 简介 尚精 华 1 9 7 1一 ，男， 湖北 当阳人 ， 采 矿 工程 师 ， 金山金矿浅孔 房柱法多年来沿用 的是沿走 向 主要从事井下采矿技术及现场管理工作。 上接第 2页 场开采提供 了可借鉴的经验。该成果在云锡矿山 3 中若发现块石胶结充填体不能 自立时， 留爆堆支撑。 一1一l 矿体及 1 45 矿体 的其它采场被有效推广 3 主 要 技 术 经 济 指 标 应 用 ； 。 袭 誊 以 接 通过对 1 4 5 矿体 一1 1 5 m几个矿房矿柱的回 顶 ， 导致回采矿柱时顶板暴露面积较大 ， 跨度达到 3 采实践 ， 获得了较好 的效果 ， 其主要技术经济指标及 倍矿柱宽 ， 建议缩小矿柱宽度为 4 m； 与传统的块石充填采矿法指标的对比见表 1 。 2 目前对块石胶结充填体的强度、 稳定性等 表1 传统方案与试验方案主要技术经济指标比较 尚没有较好的监测方式及仪器设备， 缺乏综合测试 酉 和评价手段， 应建立相应的力学理论模型， 以指导该 堕 壁 方法的进一步改进和应用； 菜 甚 3 2 2 5 1 0 6 0 3 5 3 分段高度可以进一步提高， 以 进一步提高 垄塞 ； 生产效率， 降低采矿成本和充填成本； 项目 护块 率 块 本 药消 4 在顶板的极限暴露面积 内 ，矿房柱 的回采 口 m 3 ％ t k g ／ t 叶 ，位 以口 1 Ⅸ 跆 L 日 | ， 历值 日 不 曩 _ ■ ■ ■ 步 距 可 以 适当 加 大 。 、 ⋯ ．． ．． 参考文献 墨 叠 _ l_ 些 旦 三 垄一 ] 手册 编辑委员会 ．采矿手册第 4卷 [ M] ． 北 京 冶金工 业 出版社 ， 1 9 9 0， 4 ． 4 结 语 [ 2 ]长 沙 矿山 研 究 院， 等 ． 老 厂 锡 矿1 4 5 矿 体 采 场顶 板 稳定 性 生产实践证明 ， 分段空场嗣后块石胶结充填采 矿法设计合理， 具有劳动生产率高、 块石充填能力及 充填率高、 回采率高 、 贫化损失低等优点 ， 可 明显降 低采矿成本， 尤其是可大幅度地降低充填成本， 能有 效地回收矿产资源 ， 防止矿石 自燃 自爆 ， 并能有效地 抑制氡及其子体的析出 ， 改善铲运机作业面的通风 条件 ， 基本控制住上部地压的活动， 为类似条件的采 监测及支护方法研究 [ R] ． 长沙 长沙矿 山研究 院， 1 9 9 2， 5 ． [ 3 ] 张春芳． 1 4 5 矿本胶结充 填采矿 法矿房矿柱 合理尺寸 的探 讨 [ J ] ． 云锡科技 ， 1 9 9 2 ， 1 l l ～ 2 0 ． [ 4] 张春芳 ． 1 45 矿 体 矿柱 回采 可 行性 论 证 [ J ] ． 云锡 科 技 ， 1 9 9 3 ， 1 9～1 1 ． [ 5 ] 解世俊． 金属矿床地 下开采 [ M] ． 沈阳 东北工学 院 ， 1 9 8 9， 4 ． 收稿 日期 2 0 o 8一l 1 一l 2 作者 简介 吴德权 1 9 6 9一 ， 男 ， 四川 永川人 ， 硕 士研 究生 ， 高级工程师， 主要从事矿山地下开采技术及管理工作。