不稳固围岩急倾斜薄矿脉采矿方法试验研究.pdf

第 2 0 卷第 2期 2 0 0 0 年4 月 矿 业 研 究 与 开 发 M R ＆ D v 0 1 ． 2 0 N o ． 2 A p t ． 2O00 一 ， 稳固围岩急倾斜薄矿脉采矿方法试验研究 王连 荣 旁 碣 长沙矿山研究院， 湖南 长沙4 1 C 0 1 2 摘要牟平金矿的矿体为极薄至薄的急倾斜矿脉， 且围岩不稳固。针对该矿原用采矿方法的不 甲睡 s t u d y 0 f Mi 唱 Me t h o d 0 f S t e e pN a r r o wV e i nw i t hU mt l e0叩哪R o c k W A NGL ／ a n - t o n g 口∞ a I n s ti t u t e o f 蛐r l i I 】 g R e s e a r c h ， c h 础， H u ’ n a n 4 1 0 0 1 2 ， C h i n a A b s t r a c t T h e o mb o d i e s o fMo u p i C o l dMi n em s t e e p旺I m ∞ 一t h i nt o n l啪 w i t ht ms t a b ] e c 0 l l I l 奸 ．I n v j o ft b et ml 4 e c tm i n i n g mb 0 d o r i , i n a l y a d o p t e d b yt h emi n e ， 8f a l l s o a l et e s t f o r u p w a r dl o w e r B l i 忧 咖i J 1 g wi t h t a i l i n f i l l i n gⅧ c l y p e g o n n e ． Ke yWo r d s S t e e p n 1 w v e i n； Up w a r d s l i c e s t o p i n gw i t h j 】 i 】 f i n g ； Mi n i n gt e dmo l o g y ； F Oi n g 目前， 牟平金矿主要开采 I、 Ⅱ号矿脉。该矿的 矿岩破碎， 节理裂隙发育， 很不稳固i 矿体形态复杂 多变， 常有分枝复合、 尖灭现象； 厚度小于 0 ． 8 m的 极薄矿脉 占6 0 ％， 0 ． 8 1 ． 5m的薄矿脉 占4 0 ％。该 矿原采用削壁充填法和废石充填法回采 ， 采场很不 安全、 发生多起人员伤亡事故， 且矿石损失贫化大。 针对该矿的实际情况， 经调查研究， 确定进行上向分 层尾砂充填法工业试验。经过 3年多 的回采实践 ， 试验获得成功。该采矿方法现已在牟平金矿全面推 广应用。 l 开采技术条件 牟平金矿为一破碎带蚀变岩型金矿床。矿体走 向长 2 1 0 0m， 延深 3 0 55 0 0m。矿体为急倾斜极 薄 至薄矿脉。矿体 上下盘直接 围岩为厚度 0 ． 3 3 m 的蚀变岩， 一般丁盘较薄， 上盘较厚， 呈泥状、 粉状， 强度和硬度均很低， 一般f3 4 ， 很不稳固， 采矿 过程中易与崩落的矿石一起 冒落。间接围岩为混合 花岗岩， 较稳固。矿体由黄铁矿石英脉或石英黄铁 矿脉组成 ， ，l O ～1 2 ， 较稳固， 矿石类型属富硫型石 英脉矿石。矿体厚度为0 ． 5 1 ． 5 m， 平均 o ． 9 7 m 矿床水文地质条件简单、 矿区范围内主要地下水为 基岩裂隙水， 水量有限 ， 对采矿影响不太。矿区地表 有矿山建筑物和冶炼厂 ， 其余为良田覆盖， 烟 台 文 登 公路紧邻矿 区通过 ， 地表不允许陷落。 2 采矿方法试验 根据矿山的开采技术条件 ， 选择的采矿方法必 须 安全程度高 ； 对矿体变化适应性强； 矿石损失贫 化率低 ； 采矿成本低； 不影响地表建筑物。根据以上 条件与要求， 搜集技术可行方案集． 再根据其安全 性、 作业条件、 灵活性、 工艺的繁简程度等， 应用模糊 数学辅以计算机技术， 定量描述其影响因素， 构造采 矿方法隶属函数， 利用模糊综合评判原理终选最优 的采矿方法为上向低分层元矿柱尾砂充填采矿法。 2 ． 1 开采方案特点 上向低分层无矿柱尾砂充填采矿法具有如下特 点 。 1 上向低分层 分层高度 1 ． o m 回采， 可减少 上下盘围岩的暴露高度， 提高采场内作业的安全性； 2 用人工混凝土假底代替矿石顶底柱， 用袋 装尾砂垒筑隔离墙代替矿石间柱 ， 实现元矿柱开采 ； 收藕日期 1 9 9 9 1 0 1 9 作者笛舟 王连荣， 男． 赣江人． 长掺矿山研究侥高敏工程师， 从事采矿方怯研究 维普资讯 8 矿 业 研 究 与 开 发 第 2 0 卷 3 采用分级尾砂多点下料分次充填； 4 分层 回采与进路式回采这两种方案可以灵 活转换 ． 以适应复杂多变的矿体赋存条件。 2 ． 2 采场构成要素及采准工程布置 试验的采矿方法如附图所示。采场沿矿体走向 布置， 长 4 5 m、 宽为矿体的水平厚度。不留矿石顶 底柱和间柱。中段高度 4 0 Ir n 。采准工程有充填通 风天井、 出矿平巷 、 泄水平巷、 切割拉底平巷、 溜矿井 和泄水井。其中溜矿井和人行泄水井由顺路架设而 成 。 I Ⅱ 附图上向低分层尾砂充填采矿法 1 运输平巷2 装矿平巷3 一充填通风天井4 律 5 - - - 柱 砂充填律7 _ 行泄水平巷8 一人行 泄水井 擒井 1 O j 昆 凝土隔层 1 卜一 已采区废石 充填科1 2 一隔离矿壁 充填通风天井布 置在矿块 中央 的下盘围岩内， 与上中段回风巷贯通。在回采过程 中， 充填通风天 井下口与采场相通 ， 作为行人、 通风、 材料下放和管 道敷设的通道。出矿与泄水平巷均利用原有的探矿 穿脉， 出矿平巷位于采场 中央。其端部脉内与溜矿 井下V I 连接。泄水平巷位于采场两端． 在端部脉内 与人行泄水天井相通。布置在回采中段底部的拉底 层沿矿体全宽掘进。 2 ． 3 回采工艺 在拉底工程完成后 ， 在拉底空 间内构筑溜矿井 和人行泄水井的固定底座， 采用无假巷的砖混结构 ， 这样可节省材料 ， 且便于施工。同时在底板上浇筑 一 层厚 0 ． 6 m的钢筋混凝土人工假底 ， 作为下中段 回采至上中段时的假顶 。 经过综合分析和多次试验 ， 选定 回采分层高度 为 1 ． 0 m 。各层回采后用尾砂充填。采场空间最大 高度控制在 2 ． 8 m左右。实践表明 ， 该分层高度满 足采矿生产能力和安全回采两方面的要求。 各分层的回采工艺及顺序相同， 即凿岩、 装药爆 破、 采场通风、 出矿、 采场支护。这 5道工序一般循 环 23 次就能采完一个分层。采用 7 6 5 5型气腿式 凿岩机配直径为 3 8 m m的一字型钎头凿岩。钻凿上 向倾斜孔 ， 孔深 1 ． 51 ． 6 m。炮孔为 “ 之” 字型布 置 ， 孔间距 O ． 6～ O ． 8 m． 排距 O ． 7 irl l 。爆破采用 2 岩 石炸药． 药卷直径为 3 2 m m， 人工装药 ， 用非 电导爆 管起爆。一个分层的凿岩爆破根据 出矿要求可分为 2 3 次进行。爆破后 ， 新鲜风流从脉外运输平巷经 泄水平巷和泄水天井进入采场 ． 污风由中央充 填天 井排至上中段回风巷 ． 采场经通风、 洒水和撬顶后 ． 即可进行出矿作业 。矿石经溜矿井倒人矿车中， 然 后用人力推至井底车场。根据采幅的大小和上、 下 盘围岩的破碎程度， 对采场用圆木进行局部支护。 2 ． 4 多点下料分次充填 将待充填的采场沿长度分为左、 中、 右 3个充填 分区， 每区布置一个充填管下料 口。每个下料 V I 充 填一次 ． 先充填左、 右两个区 最后充填 中区。充填 前 ， 将天井内的充填管下口接上三通， 从三通V I 处向 采场左右两区各架设 1 根水平充填管 ． 用锚杆和粗 铁丝将充填管吊挂在采场顶板或岩壁上． 充填管下 料口位于分区的中央。充填左右 区中的某 区时． 将 充填管的一端与三通的一个出 口连接 ． 而三通的另 一 个出口则用盖板封住 。当人员撤至充填天井 内 时， 充填工作开始。充填至设计高度时 ， 立即停止下 料 ． 井迅速将刚充填的管道从三通上卸下． 井用盖板 封住出口。打开三通的另一个出口井接上另一分区 的水平充填管 ， 开始另一区的充填。采场左右两区 充填结束后， 再充填采场中间区。由于充填空间小 ． 砂浆流量太， 采场内充填水多 ． 操作人员均站在工作 台上拆卸安装充填管。充填水经采场两端的泄水天 井排泄， 经一个班时间的脱水后， 将采场内的充填管 移走， 就可进行下一个循环作业。 3 技术经济指标 经过近 3 年的工业试验， 获得 了良好 的经济效 益和社会效益。新旧两种采矿方法的主要技术经济 指标的比较见附表。 从表中可以看出， 试验方 案的矿石贫化率比原 采矿方法降低 3 3 ． 3 ％， 使矿石入选 品位提高， 产生 了明显的经济效益。经计算 ， 吨矿盈利 比原采矿方 法增加了 3 0 ． 5 0 元 ， 每年新增加直接经济效益 2 1 2 ． 6 万元。矿石损失率比原采矿方法降低 8 5 4 ％， 矿石 下转第 l 2页 4 ] Ⅱ 维普资讯 矿 业 研 究 与 开 发 第 2 o卷 有时对矿房顶、 底板的稳定会起到一定的积极 怍用 因垂直矿房顶、 底板的压应力引起 的矿房顶 、 底板的 感生应力为拉应力 ， 而总应力为原岩应力和感生应 力之和 ． 所以总拉应力减少 ， 甚至为压应力 ， 由于岩 石的抗拉强度小于抗压强度 ， 则矿房顶、 底板岩石的 稳定性得到加强； 4 当增加原岩压应力 P 时， 矿房顶、 底 板的 拉应力与之成正比增加 ， 实际开采过程中， 开采深度 增加 ， 矿房尺寸相应减小是很有道理 的。但同时也 应考虑矿床平面的压应力是否增加； 5 在实际生产中， 可用下述简便方法确定矿 房长、 短轴的方向及比例 如果沿矿房 的某个轴向发 生拉伸破坏， 则可在垂直与拉伸破坏的方向扩大矿 房的尺寸 拉伸破坏的方 向矿房 尺寸不变化 ； 或缩 小拉伸破坏方向的矿房尺寸， 而垂直拉伸破坏的方 向矿房尺寸不变 6 以重力应力为主时， 倾斜矿体或急倾斜矿 体， 矿房的长轴可布置与矿体走向相同， 短轴方向与 矿体的倾向相 同； 7 计算模拟也证明 若岩石的力学性质有差 别的话 计算的感生应力的差别也是 较大的。这说 明在不同的地点不能照搬采矿方法的结构尺寸， 同 时也说明岩石性质测定所产生的误差对应力计算结 果的精度的影响是较大的。 上接第 8页 附录 位移系数 丘 一Z l 2 27 一} 1 2 7 [ Y一 。 z ] } ／ [ 8 ， r 1 7 ， Z 。 ] 丘 一 一} [ 2 1 7 Z 一 1 2 7 j．2 ] ／ 『 8 1 7 r 2 Z 。 ] 一 y一 [ 2 1 7 Z 一 1 2 7 r 2 ] ／ 『 8 1 7 ，Z ] 丘 一z[ 2 27 Z 1 2 7 r 2 ] ／ [ 8 1 7 r Z ] 厶 一3 z x一} Y一 ／ 『 8 1 7 ， Z ] 一 Xf 【 2 27 z 1 2 7 r 2 ] ／ [ 8 1 7 r 2 Z 。 ] 一 Z{ 2 2 7 y一 1 2 7 [ 一 f Z ] } ／ [ 8 7r 1 7 r 2 z ] 一 Y一 [ 1 2 7 r 2 2 27 z 。 ] ／ [ 8 1 7 r 。 Z ] 式中 r 一} y一 参考文献 1 M D G 啪， Ⅱ Ⅱ c I o f Di 叩l 峨 帅 a n d S t r e h i - d u 。 Mi n o f s e 町 n R Dp l i 1 P a rt I V， J ． o f S o t h f ． b L _ o f M a n d d e d l ， 6 5 5 ． 2 刘北辰， 陆鸿寿编． 弹性力学 北嘉 冶金工业 出版杜 ， 1 9 8 7 ． 3 M． D． G抄扭藏 ． 地下工程的岩石 力学 北 豪 估金工业 出版社 ． 1 9 8 9 附表两种采矿方法主要技术经济指标比较 资源回收率提高。矿 山全 面推广新方法 以来 ， 一直 保持着安全生产的记录。因此， 新方法带来的安全 、 增效， 为矿山企业发展提供了条件。 参考文献 l 长抄矿山研究院等编． 充填采矿法 北京 冶童工业出版社。 1 9 7 8 2 果矿设计手册编写组． 果矿设计手册 北京 中国建筑工业出版 杜 ． 1 9 8 8 ． 维普资讯