用安全深度对竖井矿柱的圈定与开采.pdf

l 2 化 工 矿 山 技 术 1 9 9 4 正 f l 用“ 安全深度“ 对竖井矿柱 的固定 与开采 辽阳市人事局 摘要 红透山铜矿用安生 1 口 红 透 山 铜 矿 一 内的数百万吨积H 三 矿量变为可采矿量 关键词 安全探度保安矿柱围岩移动 ， ／ 目前 ， 我国地下矿山在设计保安矿柱时， 大 多参照原苏联矿业规程的规定 。其保险系数偏 大 ， 导致一定的资源积压。 红透山矿对原竖井保 安矿柱的试采成功 ， 说明了传统的圈定规范存 在偏大的弊端 ， 以及应用安全深度圈定保安矿 柱的可靠性。 l 概述 红透山矿上界出露于地表4 5 0 m标高 ， 下 部 目前控制到--7 1 6 m。矿脉急倾斜， 平均厚度 2 0 2 5 m。地表至其下的1 3 3 m标高共 3 2 0 m 垂高部分 已采成地表陷坑， 约 1 7 9 万 。坑底 埕 使 原 用 传 统 方 法 固 定 的 主 井 保 安 矿 柱 采 空后 已实施胶结 充填， 充填体 强度 为 3 ～ 5 Mp a ， 经 1 5 年观测证明稳定 。7 3 r n 一1 6 7 m 的 2 4 0 m高度 内空区部分留有原岩矿柱或胶结 充填支护， 大部分用尾砂 充填处理 。再下的一 2 2 7 m 一4 0 7 m的三个 中段 为残采区， 各类矿 柱正在用充填法 回采 。残采区以下的四个中段 正在进行开拓、 采准、 采矿 。 该矿主井 提升矿石、 废石、 人员材 料和人 风 直径 5 ． 5 m， 井 口标高2 8 9 m， 井底标高 一 5 2 7 m， 由于历史的原 因设于矿床上盘一翼， 在 3 0 号脉预计的开采陷落带内。 有部分复盖岩 ， 坑外缘经 2 0多年的 自然坍塌崩红透 山矿矿石为黄铜矿型黄铁矿， 围岩为 落已经稳定。 坑底之下的l 3 3 m ～7 3 m部分 片麻岩， 其物理力学特性见表 l 。 表 l 红 透 山 矿 矿 岩 力 学 指 标 2 原竖井保安矿柱 1 9 6 2 年该矿竖井 由某设计院设计并于同 年开始建设。 当时由于执行“ 三边” 技术政策 ， 深 部地质资料不清即建井。在建井过程中发现 7 3 m标高之下有相当规模的矿脉， 逐于 1 9 6 4 年 提出竖井保安矿柱设计 图 1 。 该设计以竖井为一级保护对象， 保护带宽 度 为 2 0 m， 错动角按 7 5 叶 十 ， 上 界标高 2 8 9 m 竖井平台 ， 下界标高--7 1 O m。按该矿柱范围 一 3 4 7 m以下至一7 0 7 m的 7 个中段均有大量不 能开采的积压矿量 见表 2 、 3 ， 其中表 2的数 据来源于 1 9 8 2 年有色治金设计总院对该矿主 井保安矿柱的核实资料。表 3为深部矿体埋藏 情况基本查 清的基础上 ， 根据 1 9 9 2年储量资 料， 由笔者计算核实的矿柱矿量。 维普资讯 第 2 3 卷第 5 期 化 工 矿 山 技 术 1 3 图 1 传统法与安全深度法圈定的主井保 安矿柱 l 主井F 2 盲罐 笼井； 3 盲箕斗井 { 4 传境法确 定 的 矿柱 7 5 a { 5 ． 6 分别 为接 7 5 a ． 8 0 D 碲定 的新矿 柱F 7 陷落 区F 8 显盖岩} 0 腔结层 F 1 0 3 0 号矿体。 表 2 1 9 8 2 年核实的压矿量 表 3 1 9 9 2 年核实的压矿量 3 按安全深度理论划定保安矿柱及开采实践 鉴于保安矿柱压矿 比例太大 ， 有关科技工 作者曾在 1 9 8 2 年建议在矿岩条件较好、 空区稳 定的前提下， 矿山可根据具体情况， 用胶结充填 法开采保安矿柱内的矿量。 但由于 1 9 8 2 年之后 矿 山经济拮据 ， 无能力采用成本较高的胶结充 填法， 而采用了普通上向分层尾砂充填采矿法 局部胶结 和浅孔留矿法 嗣后充填 。尽管上 述两种方法的充填体强度均很低 ， 但 经观测竖 井没有发生变形或岩移现象 至今已基本将柱 内压矿量安全开采 完毕 。 实践证明， 用安全深 度理论对该矿主井保 安矿柱重新划定的方法 新法 是可靠的。 重 新划定的主井保安矿柱 新柱 ， 大大缩 小了保安柱范 围， 传统方法圈定的矿量基本划 在“ 新柱” 之外。 其中只有数千吨矿量被积压， 且 为细小支脉部分。“ 新法” 圈定的“ 新柱” 压矿情 况 n尢表 4 。 表 “新 柱 ” 压 矿 情 况 “ 新法 ” 的实质是认为7 3 m标高以下矿体 赋存深度为安全深度 ， 并 该标高为保安矿柱 上界， 留出竖井保护带宽度 2 0 m后按 7 、 8 0 。 两种错动角划定保安矿柱至矿体根部。其结果 由表 4 、 图 1 可看出， 按 7 5 。 错动角 ， 在一4 6 7 m、 一 5 2 、 --5 8 7 m三个 中段仍有一定的积压矿 量， 按 8 0 。 则基本没有压矿现象， 只在--5 2 7 m中 段有数千吨积压矿量 ， 但不影响正常开采。“ 新 法” 的关键在于下述三个方面问题 是安全深 度的确认 ， 二是错动角提高的依据 ， 三是局部开 采柱内矿量的可行性。 维普资讯 1 4 化 工 矿 山 技 术 1 9 9 4 正 4 红透山矿安全深度的确定 所谓安全深度是指矿体采空后 ， 空区上部 岩石由于失去支撑而产生崩落。由于崩落的岩 石体积膨胀而充满 了采空区， 使上部岩石又受 到支撑而停止 冒落， 如图 2 所示。 在采空区上面 有一定厚度的崩落带， 在崩落带之上又有一定 厚度的下沉带。当矿体赋存深度大于某一深度 时， 地表就不会发生变形和破坏 ， 此深度即为安 全深度。 由此可知 ， 在图2中安全深度h 高度内 存在岩石移动可能性 ， 而 一h 部分岩石相 对稳定。 鬣 l} 确 ‰ l l 图 2安全深 度 安全深度 } m 空区高度 } 开采深度} om 一 胃落高度 } 弯曲裂隙层高度 对安全深度的确定大体有三种方法 ； 一是 公式计算法 ， 二是类比法， 三是实际观测法。 公 式计算基本是 以“ 三带” 理 论为依据， 以矿体开 采的宽度与深度 比为计算模式 ， 其中有些系数 为未知数， 计算结果差异较大， 一般只用于对安 全深度范围的预计上 由于各矿山岩体特性及 空区状态等不完全相同， 故类比效果也不很准 确， 一般也只是用在大体上估计安全深度赋存 范围方面 比较可靠的可用于指导实践的是实 际观测法。 它又包含有许多具体的方法， 如钻孔 注水法、 坑道观测法 、 应力测量法等 钻孔注水 即由地表向下段钻孔 并注水， 当孔内注水迅速 流失， 即表明孔底已进入裂隙层 ， 由此可计算出 安全深度 坑道观测法即通过废旧坑道观察裂 隙或弯曲、 变形岩层赋存部位， 并求出安全深 度。 应力冽量是通过对原岩应力的测量结果 ， 分 析出高应力区与低应力区 ， 低应力区可视为稳 定区， 并由此确定安全深度。 红透山矿用坑道观测法确定安全椿度。该 矿 3 0 号脉 为盲矿体， 其上界在7 3 m标高 ， 而 7 3 m与1 3 3 m之间为 1 号脉采空后的人工 胶结充填体 ， 实际上是较稳定的人工隔离层， 与 原岩不是同体 ， 当采空区未充填时， 空区由根部 按 7 向上崩落， 只能在原岩中进行 ， 发展到人 工隔层将被截止 在空区已实施充填的条件下 ， 由于充填体能在一定程度上抵抗围岩崩落的发 展 ， 这里是按增大 5 的错动角考虑 的， 其岩 移 上界仍不会超越隔离层。 因此 ， 隔离层以下应为 非稳区， 其上为稳定区。据此 ， 红透 山铜矿的安 全深度应是7 3 m标高至矿体根部部分。 稳定部分即视为岩体不会再发生移动 ， 所 以保安矿柱没有必要再从井 口2 8 9 m标高起 算 ， 只要从不稳定区上界标高- F 7 3 m起 向下 留 保安矿柱即可保证竖井安全。 5 增大错动角的依据 红透 山矿岩石错 动角最初是按 7 5 。 计算 的， 采矿方法为 留矿法， 但后 来改为尾砂分层 部分胶结 充填法 充填体可 增大岩石移动 角， 这里按 5 o 避 取 ， 所 以该矿岩 移角可 定为 8 0 。 。 通过十几年的实际观测表明， 该矿的实际 错动角为 8 0 。 ～8 2 。 。 笔者认为 ， 深度很大的又是 急倾斜的空区边帮的岩移， 不可能从根部沿错 动角一直发展到地表 在红透 山矿存在隔离层 的条件下， 观测证明隔离层是稳定的， 所以可以 山后陷落区的坑底和地面为上、 下界来确定岩 移角。该矿以按 8 0 。 确定岩石移动角为宜。 6 局部开采矿柱压矿的可行性 按 “ 新柱 ” 圈定结 果， 在 一5 2 7 m 中段 有 8 4 0 0 t 压矿量也是可以开采的。因为现在已有 了用“ 替柱法” 开采保安矿柱的成功实侧 ， 如锡 矿山用胶结充填法对河床和地表下的保安矿柱 内近百万吨的压矿量进行了开采 ， 结果地表变 形符合规定标准。这一实侧说明替柱法适于对 大面积矿柱的开采。 如果是小规模开采， 则对矿 柱的整体强度影响不大， 采后亦不必充填。如 瑁坑钨矿 回采竖井保安矿柱 内的一号脉压矿 维普资讯 第 2 3卷第 5 期 化 工 矿 山 技 术 l 5 量， 矿脉厚 0 ． 9 8 m， 采幅宽 1 ． 2 ～ 1 ． 4 m， 倾角 8 5 ， 矿岩稳固性好 ， 无层理、 节理、 断层， 用有底 柱的或混凝土人工底柱的留矿法开采 ， 回采终 止线距 竖井投影中心 5 ～1 0 m， 并采至井底 以 下 ， 距井底 1 0 m左右， 其开采效果较好 ， 证明了 局部开采保安矿柱不会影响被保护物的稳定 性 7 结语 红透山铜矿按“ 新柱” 范围开采 ， 已安全地 采出传统法保安柱内矿量。 1 0 多年的观测结果 证明， 原岩应力集中或围岩移动均在“ 新柱” 之 外， 说明“ 新柱 ” 圈定的理论 依据及其具体方法 是可靠的。 国内矿山虽有若千 回收保安矿柱成功的实 例， 这不足以说明留保安矿柱没有必要， 只是传 统方法划定保安矿柱在某些方面应改进 ； 用安 全深度圈定保安矿柱时， 其具体深度的确定应 该慎重 De l i mi t a t i o n a n d r e c o v e r y o f s a f e t y p i l l a r o f s h a f t wi t h“s a f e d e pt h” m e t h o d W a n g Ho ng we i Ua n gMu n i o i i t l P e r s o n n e l B u r e a u W a ng 2 Zf ang Ho 九 g 蚰C 0 p p 盯 Mi n e Ab s t r a c t Re - d e U m J t t i o n。 fI m a t e e t i v e D i l Ⅲ s h a f t a e e o t d i n 8 t o a l e t y d 神t h e o r y i n 1 ％ og u m s l n Co p p e r岫 r 嵋 t r n ． smi l l b 口 m o ft o r t 试 衄 m l b k 讲曲 m t h e 0 叫 a f e t y衄吐 扪 nnmn i n 幻 WO r k a b l e n 甘 v B Ke y w o r d s S a f e t y d p 山，S a f e t y ，W a l l 0 c l 【 d d a ∞r r 瞄 【 上接第 1 1 页 3 安全程度高 。在采准、 回采及出矿作业 中， 人员始终在分段耙矿巷或天井 内作业 ， 不进 入采空场， 且工作面有 良好的通风条件， 因而安 全性好。 对采空区的顶板进行中深孔强制崩落， 可消除固顶板突然冒落而带来的不安全隐患。 损失率较高 由于需在矿房四周保留矿 柱， 且这些矿柱般不能回收 ， 因而形成较大的 永久损失。 若用此法开采价值较高的矿体时 ， 可 以先采顶底柱 ， 尔后再砌混凝土顶底柱 ， 以此来 提高矿石回收率。 5 由于需要掘进分段集中耙道巷道， 因而 这种方法 比目前常用的电耙 留矿法的采切 比略 高。 但采切工程全部掘进于矿脉内， 因而对开采 效益影响不大。 我国化工和黑色矿山的矿石一般说都是低 价的。 因此 ， 尽管水平 中豫孔分段抛掷爆破采矿 法存在着损失较大 的缺点 ， 然而它的安全程度 高， 能获得较大生产能力， 对贫化也能有效地控 制 ， 并且采掘设备均可使用国内矿 山常用的设 备， 所以该法是一种具有实用价值的方法。 Su b l e v e l mi n i n g m e t ho d wi t h h o r i z on t a l me d i u m - d e e p h o l e d c a s t i n g b l a s t A n e w mi n i n g me t h o d f o r i n c n e d t h i n 01“ C V e i n W angHe x i a n g N o r t h C h i n a De s d g n a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e f o r Mi n e c o i l - s t r u e t i o n Ab s t r a c t A n t r al o r e 9 c r a n B r o a d w a y a r r a n g e d b e t e n 【 w0 n e i g hb o t t r l n 8 kV c 1 s - T 避 ， min e d t h r o u g h d r i l l i n g，b bs t - i n g，a n d s ub - s l tc l n g c a v in i n t h e d e v e o p l n g H ．a r el s t e din to t h e e e at r a l s c r a p ing r p 。 w甘a n d d r a m a b v l b t a t - B o d r a wi n g n ae h in Ke y w o r d s I n c l i n e d e v e i n， ∞c B b l a s t l VI l a tJ nB∽ O a wing 维普资讯