大矿房空场法回来的设计与实践.pdf

第 2 3卷 2 0 0 3 皋 第 3期 6 月 矿 业 研 究 与 开 发 MI NI NG R ＆ D V0 1 ． 2 3 No ． 3 J u n ． 2 0 0 3 文章 编 号 1 0 0 5 2 7 6 3 2 0 0 3 0 3-0 0 0 10 2 大矿房空场 法 回采 的设计 与实践 玉子庆 ， 蔡 汉迁 ， 李雁翎 ， 姜凡均 1 ． 柳州华锡集团铜坑矿 ， 广西 南丹县5 4 7 2 0 7 ； 2 ． 长沙矿山研究院， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 摘要 广西铜坑矿床的9 2号矿体为缓倾斜厚大贫锡矿体， 其稳定性较差， 且底顶板起伏 大 ， 在该矿体 试验采 用大直径 平行 深孔 空场 采矿 法开采 。 简述 了试验采 场的采 准 、 切割 工 程的设计， 重点介绍了凿岩爆破参数的选择和爆破效果 并根据实践结果， 对开采该矿体 的犬直径深孔孔 网参数提 出了建议 。 关键词 空场采矿法； 采切工程； 孔网参数； 爆破效果 中图分类号 T D 8 5 3 ． 3 2 4 文献标 识码 B De s i g n a n d P r a c t i c e o f La r g e r o o m Op e n S t o p i n g y h 一q i n g ，Ca i Ha nq i a n ，L i Y a nl i n g ，J i a ng F a n一 m 1 ． T o n g k e n T i n Mi n e ，L i u z h o u C h i n a T i n G r o u p C o ， Na n d a n ，G u a n g x i 5 4 7 2 0 7 ，C h i n a； 2 ．C h a n g s h a I n s t i t u t e o f Mi n i n g R e s e a r c h ，C h a n g s h a ，Hu n a n 4 1 0 0 1 2，C h i n a Ab s t r a c t 9 2。o r e b o d y i n To n g k e n ti n mi n e，Gu a n g x i p rov i n c e ，i s o n e wi t h fl a t d i p，g r e a t t h i c k a nd l o w gr a d e，who s e n o t o n l y s t a b i l i t y wa s p o o r e r bu t a l s o floo r a n d r o o f we r e v e r y i r r eg ul a r - ． The para l l e l l arg e d i a me t er l o ng ho l e o p e n s t o pi n g me tho d wa s u se d t o mi n e thi s o r e b o dy e x pe r i me n t a l l y ． Th e de s i g n o f pr e p ar a t o r y wo r k an d c ut o u t o p e r a tio n o f t e s t s t o pe are d e s c rib e d，wi th the e mp h a s i s o n the s e l e c t i o n o f d ril l i n g an d b l a s t i n g p ara me t e r s an d the b l a s ti n g e f f e c t ． Ac c o r d i ng t o the r e s u l t s f r o m p r a c tic e，the prop o s a l s f o r the d pa r a m e t e rs o f l arg e d i a met e r l o n g h o l e s us e d for mi ni n g t hi s o r e e b o d y a r e ma d e． Ke y W o r d s Op e n s t o p i n g me t h o d，P r e p a r a t o ry wo r k ，C u t o u t o p e r a t i o n，Bl a s tho l e g r i d p a r am e t e rs ，Bl a s tin g e f f e c t 广西大厂矿区铜坑矿 ， 目前其主要开采对象 9 2 号矿体为缓倾斜厚大矿体 ， 其上部有缓倾斜的 9 1 号 富矿体 和急倾 斜 的细脉 带矿体 ， 上部 两矿 体 的开采 已近结束。9 2号矿体 为巨型贫 锡矿体 ， 总矿量 约 3 5 0 0万 t ， 矿体平均厚 度为 1 4 ． 7 4 m， 倾 角 1 5 。～ 2 5 。 ， 矿体产出面积近 8 0万 m 。 9 2号矿体开采设计 推荐的采矿方法有两种， 其一为非 9 1号矿 体覆 盖 区段采 用 留连续 矿柱 的空 场法 ； 其 二为与 9 1号矿体重叠 的区段 采用组合式崩 落法 。 留连续矿 柱空 场法 将矿体 划分 为盘 区 ， 再 在 盘 区内按矿块划分为矿房和矿柱， 盘区矿柱即为连续 矿柱 ； 先采矿房 ， 滞后 2～ 3 个矿房回采间柱 ， 再进行 空区处理 ， 最后在安全 条件允许 的情况下 ， 回收部分 盘区矿 柱 。下 面 介 绍 9 2号 矿 体 首 采 试 验 矿 块 的 T 4 1 2采场 的设计 与回采实践 。 1 采场矿体 的赋存条件及周 围工程 T 4 1 2采场位于 9 2号矿体第 4盘区的中部， 即 在 2 0 4 和 2 0 6 勘 探 线之 间。矿体 主要 赋存 于硅 质 岩 D ； 中， 矿石 系数为 1 2～1 8 ， 但矿体内层理、 节 理裂隙较发育 ， 矿体 顶底 围岩稳 固 。矿 体顶底情 况 复杂， 顶板中间最高标高为4 3 0 m， 两端最低标高为 4 2 0～ 4 2 4 m； 底板最高标高 为 4 0 0 m， 最低标高 为 收稿 日期 2 0 0 3一O l一1 1 作者简介 玉子庆 1 9 6 3一 ， 男 ， 广西南宁人 ， 高级工程师， 硕士， 主要从事采矿技术和矿山管理工作． 维普资讯 2 矿 业 研 究 与 开 发 第 2 3卷 3 9 0～ 4 0 0 m。整体 形态 为沿 采场 走 向方 向 中间高 ， 两端低 ， 垂直走 向方 向为北低南高 ； 矿体平均厚 度为 2 8 m 。 该 采场顶 部附近 4 5 5 m水平有 主运输 道 和修 车硐室 ； 4 2 6 m水平 有 9 1号矿 体 Ⅱ8采场 的 出矿 运输道 、 2 41 线 和 2 6 线浅采空 区， 及 8 溜矿井 ； 4 0 5 m水 平有 2 0 4 、 2 04 1 、 2 0 6 、 2 2 、 2 21 、 2 4 勘探线 巷道 ， 同 时有 8 、 1 0 溜井 和 主溜井 延 伸 部 分 ； 3 9 2 m水平有 主溜井 ， 3 8 3 m至 4 0 5 m水 平有 9 2 矿体 的开拓斜道 ； 采场底部 附近 3 8 3 m水 平有 主运输巷经过 。 2 采矿方法与采切工程施工设计 2 ． 1采矿方法 按 9 2号矿体开采设计规划 ， 矿块 的结构参数 为 矿房采场宽 2 5 m、 长 8 0 m、 高 为矿 体 的垂 高 ； 间 柱宽 1 3 m、 长 8 0 m； 盘区之 间留有 2 0 m宽的连续盘 区矿柱。根据安全 、 可靠、 施工方便、 经济及生产能 力 大的原则 ， 以及该部 分矿体的具体开采技术条件 ， 通过对 几种方 案的 对 比和分 析 ， 确 定 采用 大直 径平 行 深孔 空场法 开采 。 ， 2 ． 2采切工程施 工设 计 切顶凿岩硐室布 置在 4 2 6 m水平 ， 长 8 1 ． 2 m， 宽 2 6 ． 2 m， 高 3 ． 8 m。沿长 度方 向每隔 8 m 留一条 宽 2 ． 5 m、 长 1 6 m 的 临时矿 柱 ， 顶 板采 用 光 面爆破 技术施工， 并对顶板节理裂隙发育的岩层及时用锚 杆支护 。 出矿水平主要布 置在 3 9 2 m， 采用平底结构铲 运机 出矿 ， 矿 房两 侧 布 置 双侧 出矿 进 路 出矿 横 巷 。 拉底硐室高度为 2 ． 8 m， 硐室内适当布置宽为 2 ． 5 m 的临时矿柱。由于矿体中间高 、 两端低 ， 且为北低南 高 ， 中间靠南 边部分矿体底极线约在 4 0 6 m， 因此 ， 该部分 出矿水 平 布置 在 4 0 6 m 水平 ， 利用 原有 巷 道刷帮 ， 向前推进 即可 。 在凿岩硐室 的中部向 4 5 5 m水 平掘 进通风 和 排废天井 ， 采场采完后 ， 4 5 5 m水平的废石即可排 人此采空区。因矿体两端较低， 在两端靠北面布置 两条切割天井 。 采切工程设计 总量 为 1 2 5 8 2 m。 ， 万 吨采 切 比为 8 5 5 m。 ／ 万 t 。 3 凿岩爆破参数 的选择及爆破效果 按炮孔直径确定最小抵抗线 ， 其计算 的经验 公式为 2 53 d， 炮孔直 径为 d1 6 5 mi l l ， 计算得 出 4 ． 1～4 ． 9 5 m。根据 爆破 一个 深孔 需 要的炸药量和该孔可能装入的药量相等的原则， 按 经验公式计算 出最小抵抗线 3 ． 7～ 4 ． 2 m。国 内 矿山大直径深孔柱状药包爆破的孔网参数为 _3 m 3 m～3 ． 2 m 3 ． 5 m， 而 国外矿 山大直 径深孔柱状药 包的爆破参数为 3 m 3 m～ 3 ． 5 m 4 ． 5 m。综合 国内外金 属矿 山的实践经验 ， 同时考虑到 9 2号 矿体 的凿岩性差、 而爆破性较好的实际情况 ， 确定其最小 抵 抗 线 3 ． 5 ～3 ． 8 m， 爆 破 孔 网 参 数 为 3 ． 5 ～3 ． 8 m 3 ． 5 ～3 ． 8 m。 大孔采矿法爆破孔网参数的选择在很大程度上 要受到 采场结构要 素 的影 响 ， 而 采场 结构 要素 又受 矿体厚度、 形状和倾角的影响。T 4 1 2采场实际长度 8 0 m， 宽 2 5 m， 实际炮 孔设计 中， 切割 槽炮 孔布 置 4 排， 孔网参数为 3 ． 2 m 3 ． 4 m 最小抵抗线 为 3 ． 2 m ， 而正常回采爆破孔网参数设计为 3 ． 6 m 3 ． 6 m。为 了探索 9 2号矿体 的最 佳爆 破孔 网参数 ， 在 采 场 的最后 爆破端 西端 布 置 4排孔网参数为 3 ． 8 m 3 ． 8 m 的炮 孔。整个 采场 布置炮 孔 2 3排 ， 1 8 4个 孔 ， 炮 孔 总 长 度 为 5 1 1 9 ． 9 m， 每 米 炮 孔 崩 矿 量 为 2 8． 7 t 。 采场按 设计 沿走 向分两 步 回采 ， 先靠北侧 回采 1 5 m宽 ， 再 回采南侧 的 1 0 m宽 。该 采场 于 2 0 0 1年 1 1月 开 始 回采 ， 自北侧 切 割 天 井 开始 进行 拉 槽爆 破。拉槽爆破的孔网参数为 3 ． 2 m 3 ． 4 m， 其爆破 效果非常好 ， 爆 破 产 出 的大块极 少 。正 常 回采爆 破 的孔 网参数 为 3 ． 6 m 3 ． 6 m， 其 爆破 效果 也 较好 ， 大块率控制在 3 ％ ～5 ％ ， 从 而使得铲 运机 的 出矿 效 率较高。但是 ， 在西端采用 3 ． 8 m 3 ． 8 m孔网参数 时， 由于孔网参数相对过大 ， 导致大块较多 约 6 ％ ～ 1 0 ％ 。北边 回采完后 ， 凿岩硐室顶板基本保持 稳定 ， 没有大 的不安 全因素 ， 对南边 采场 回采不会造 成不利影响。但 9 2号矿体的稳固性较差， 北面采空 以后 ， 南面 回采 时 ， 由于 大爆 破 的震 动破 坏作 用 ， 出 现了带炮崩塌的现象， 因而南边 回采时每次回采边 界的保护显得非常重要， 否则会给爆破装药带来 困 难 。 T 4 1 2矿房采场矿量约 1 6万 t ， 目前 已回采 了约 7 0 ％ ～8 0 ％ ， 预计 总 的 回收率 可 达 9 5 ％ 以上 ， 贫 化 率可控制 在 5 ％ ～ 6 ％ 。 下转第 8页 维普资讯 8 矿 业 研 究 与 开 发 第 2 3卷 6 算例分析 某露天边坡的剖面图如图 3所示， 其中发育有 两组正交裂隙 ， 裂隙隙宽均为 0 ． 5 m m ， 间距 为 1 m， 裂隙法向刚度 1 ． 51 0 ‘ M P a ／ m， 切向刚度 5 ． 51 0 MP a ／ m。岩 体 力学 参数 见表 1所 示 ， 上 游 水位为 8 0 m， 下游水位为 5 0 m， 底部 不透水 。 ／ 8 ／ ／ 。5 0 ．o ／ ／ 4 5 I 图 3边坡 裂 隙分布 剖 面图 表 1 岩体力学参数 岩 性 E MP a y k N ／ m 花 岗闪长斑 岩4 ． 2 x1 0 0． 1 大 理岩 7 ． 0 71 0 0 ． 2 矿 体 5 ． 01 0 0 ． 2 2 6 2 8 3 3 图 4、 图 5分别 绘 出 了不 考虑应 力 对渗 流 的影 响时和考虑应力对渗流影响时的渗流场等水头分布 图。从图中可看出， 不考虑耦合的情况下， 水力坡降 分布比较均匀 ； 考虑了应力对渗透性造成不均匀性 影响时 ， 水力坡降呈现出分布不均。水力坡降集中 在右下 区 ， 水流等势线有偏 向右的趋势 。 图 4 不考虑耦合的渗流等水头线 单位 m 图5考虑耦合的渗流等水头线 单位 m 7 结 语 1 本文给出了裂隙岩体渗流与应力耦合分析 的有限元模型， 算例结果表明模型是合理、 可行的。 2 从分 析可 看 出 ， 耦合 分 析结 果 与不 耦 合 的 结果相差较大， 因而考虑应力场对渗流的影响是必 要 的 ， 应予 以必要 的重视 。 3 本文 的模 拟忽 略 了岩 块 的透 水 性 ， 只 考虑 水流在裂隙中的流动 ， 结合分析岩块和裂隙的渗透 特性更加切合实 际 ， 有待于进一步研究 。 参 考文 献 [ 1 ] O d a M．A n e q u i v al e n t c o n t i n u u m m o d e l f o r c o u p l e d 8 tI u 8 a n d fl u i d fl o w ana l y s i s i n j o i n t e d r o c kⅢs e d[ J ] ．Wa t e r R e s o u r ． R e s ． ， 1 9 8 6。 2 2 1 3 8 4 58 5 6 ． [ 2 ] 王媛． 多孔介质渗流 与应力 的耦合计算方法 [ J ] ． 工程勘 察 ， 1 9 9 5， 2 3 3- 3 7 ． [ 3 ] 1 w a i K ． F l u i d fl o w i n s i m u l a t e d f r a c t u re s [ J ] ． A m i n s t C h e m E n g J， 1 9 7 6 。 1 2 5 9 2 6 3 ． [ 4 ] 陈平 ， 张有天． 裂隙岩体渗流与应力耦合分析 [ J ] ． 岩石力 学与工 程学 报 。 1 9 9 4。 1 3 4 2 9 9 3 0 8 ． [ 5 ] 罗焕炎． 地下水运动的数值模拟[ M] ． 北京 中国建筑工业出 版社． 1 9 8 8 ． [ 6 】 蒋友谅． 非线性有限元 法[ M】 ． 北京 北京工 业学院出版社， 1 9 8 8． [ 7 ] 仵彦卿 。 张倬元． 岩体水利学导论[ M] ． 成都 西南交通大学出 版社 。 1 9 9 5 ． [ 8 ] 许梦国， 欧阳治华． 岩体应力渗流问题耦合分析的数值模 拟[ J ] ， 武汉钢铁学院学报 ， 1 9 9 2 ， 1 5 3 2 3 2 2 3 7 ． 上 接第 2页 4 建 议 经过 T 4 1 2宽大 矿 房 的回采 实践 ， 并 考 虑 到 9 2 号矿体的稳固性较差和顶板起伏较大等的特点 ， 认 为该矿体空场法回采的采场宽度宜在 1 8 2 2 m， 矿 房内的回采顺序宜从一端向另一端或从中央向两端 回采 ； 切割槽和正常回采爆破的大直径深孔孔网参 数分别 为 3 ． 0 3 ． 2 m 3 ． 2 ～3 ． 4 m 和 3 ． 4 3 ． 6 m 3 ． 4 3 ． 6 m。 参考 文献 [ 1 ] 姜凡均． 柱状药 包爆破技术 及其应用 [ J ] ． 有 色矿 山。 1 9 9 9 5 ． 维普资讯