缓倾斜多层矿体开采工艺的试验研究.pdf

2 0 0 O年 8月 第 2 9 卷第4 期 总第 1 6 3 期 云 南 冶 金 n J NNA N ME T ALL U RGY Ⅷ凹 ． ．N o 2 0 0 0 4 S u m 1 日】 ＼ 弓r t 缓倾斜多层矿体开采工艺的试验研究 郭金峰 ，谈晓明， ／ 侯大德 一一 马鞍 山矿山研究 院，安徽马鞍山2 4 3 0 0 4 摘要云南省斗南锰矿缓倾斜多层矿体开采时，通过相似材料摸拟试验和计算机数值计算分析等手段，对 各矿层 的先后 回采顺序 、超前 关系和矿房 的布置形式等方 面进行优化选择 ，并 据此进行采 矿方法工业试 验。实 践 证明，先采 矿层后采 V 矿层优于先采v 矿层后采 矿层 ， 矿层超前 矿层加 6 0 m为最佳 ，矿房以上下 对称布置时采场顶板位移和应力值均比交错布置时小 L 、 量 t 词 詈 鐾 堡 堑 ； 开 采 工 艺 ； 相 似 材 料 ； 试 验 季 ， f 体 广 衍 ； 艺 中 田 分 类 号 T I Y 2 6 3 ． 5 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 6 0 簧 _堀 2 b 帕0 4 6 o 1 3 一 啦 J ‘ - ’ 一 Ex p e r i me n t a l S t u dy o nM i n ing o ft he Pi t c hM u l t i l a y e r d d n eBo d y G UO J t nf e n g ，T A N Xi a omi n g a n d HO U Da d e M a a n s h a n Mi n e R e s e a r c h I n s ti t u t e ，M a A n S h a n ，A n h u i 2 4 3 0 0 4 ，C h i n a 1 ， 巧 A B S T R A CI I n r】 i t h e I i出 p il c } I m u l t i l a y e t b o d y Y I 蚰l B l l D o u n a n M 跚 l l e M i n e ，t h e 劬咖s e q u e n c e v a ． 由e| e a d i n g 止0 t 1 日 l 1 a n d 一o u t r d l 啪憾 榭o p t h mMe d b y。 md u c 唱 s i mu l a t e dt e 血 讪 w t e d a I a n d惜 c v mp e mM 皿Ⅱ r 吼 ． d 9m e t h y l 0 r L re s u l t s ，t h e h dmm l s c a l e唧峨 W a ft e mi e d o u t h惴 i n脚吐 I皿 v 自 t 0 l ． h a do a t y帅恤l ． p - j t 0 l v B ； b e s t I 幽d a n c e l 呷l b e t w e e n 4 0 mmd ‰；t h e d 鼬删 日 I 叩e w a l l md s t r e s s w d u e d e 盯 朗 i f b o r d , n w e r e l o u t a c c o r d i n g t o 珊唧 r 螂 l e i n s t e a d i n l e p -r d d KEY WORD Sl i曲‘ p it c h ；m 山a o r e b o d y n fi n i n g l e c h n o l o g 【a rⅡ ；把 m 1 矿山地质及开采技术条件 斗南锰矿是一个缓倾斜、急倾斜层状沉积锰矿 床，共有两个矿区开采，嘎科矿区为急倾斜矿体， 白菇矿区为缓倾斜多层层状薄矿体，主要矿层有 v 6 、 、v 7 b 、v 8 、v q 五个矿层，其中较典型的、 具备开采条件的是 v 7 和 v B 两个矿层，两矿层间距 7 ． 8 1 3 m，平均 1 0 ． 1 m 见图 1 。本次采矿试验 以 、 矿层为开采对象，其开采技术条件见表 1 。 矿区水文地质为简单至中等，含水层主要在砂 质灰岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩中。矿层顶底板 围岩为相对隔水层，渗透系数较小，地下水以大气 降水补给为主，受层控而沿层间运动。矿坑涌水主 要是大气降水渗入和从老采空区下流而进入采场。 田 1 v | 、 。 矿体 分布示意田 ng ． 1 r c 血 m o f t h e d i s b i o I | o f v 8 a n d 。 哦 b o d y 1 一v 7 | 矿层1 5 6 0 m中段脉内巷道2 一 矿层拉底巷道 3 一V 7 - 矿层1 5 m副中段4 _v T l 矿层1 5 9 0 m中段脉内巷道 5 一V s 矿层1 5 6 0 m中段脉外巷道6 _ 一 矿层拉底巷道 卜 v 8 矿层1 5 7 8 m中段脉 内巷道子 一v 矿层采空区 * 收稿 日期 ∞∞m 0 2 怍者筒介郭盒峰 1 9 6 3 一 ． 男．江西信丰，高工 、采矿研究所副所长。 冶金部 1 9 9 4 1 9 9 5 年度重点攻关项 目 l 3 维普资讯 2 0 0 0 年9 月 云 南 冶 金 A u g 2 0 0 0 第 2 9 卷第 4 期 总第 1 6 3 期 “ U N N A N M E T M L U R G Y V o l 2 9 N 0 4 s I Iml 6 3 矿区位于滇歹字型构造的左支，经历了印支运 动 以来的多次区域构造运动 ，给矿区 留下以褶皱 、 断裂为主的构造形迹。 试验地点选在的白菇矿区1 5 6 0 m中段 v 8 、 两个矿层中，分别在 矿层的 1 0 7 矿块和V 8 矿层 的 1 0 9 矿块 。 矿层 1 0 9 矿块走向北 东，倾 向南东 ，倾角 2 5 。 ，矿层平均厚度 2 ． 0 4 m，地质储量1 0 9 4 8 t ，平均 地质品位 2 8 ． 1 ％。矿层直 接顶板 与矿层直接 接触 的是一层厚 1 0 2 0 e m的破碎软岩，随采随下，其 上依次为灰岩，厚度 1 0 2 0 12 1 ；泥质粉砂岩整体 性较好，厚度一般为 加 一 4 0 12 1 ；矿层底板为粉砂 岩、泥质粉砂岩，岩性较软 ，一般随采矿耙矿时混 入矿石增加贫化 。 矿层 1 0 7 矿块走向北东，倾向南东，倾角 2 4～ 2 8 D ，矿层平均厚度 1 ． 1 0 m，地质储量 1 9 7 3 3 t ， 平均地质品位为 2 O ． 0 2 ％。矿层直接顶板为泥质粉 砂岩 ，平 均厚度 1 ． 5 m，平 整而稳 固；矿层底 板为 粉砂岩 和泥 质粉砂 岩 ，平均厚度 1 1 ． 1 3 m，中等稳 固 2 矿层回采顺序和矿房布置形式的选择 对于缓倾斜多层矿体的回采，矿层的回采顺 序 ， 各矿层的超前关系和矿房布置形式是至关重要 的，为此，在进行工业试验之前，进行了相似材料 模拟试验和计算机数值分析。 2 ． 1 相似材料模拟试验 相似材料模拟试验的 目的 ，是通过试验掌握摸 拟开采过程中采场顶板的变形 、破坏过程 、冒落时 间以及矿柱变形和破坏情况等 ，以寻找缓倾斜多层 矿体开采时合理的采场结构参数和矿层开采顺序。 减少矿山生产的盲 目性。 1 4 试验时采用长 宽 高 2 ． 5 m0 ． 2 5 m1 ． 5 m 的平面应力应变模型，杠杆加载，几何相似比 为原型模型 3 0 1 ；力学相似比为原 型模型 3 0 ． 2 8 l ；无 量纲量相似 比为原型 模型 l 1 。相 似材料采用石膏、砂和少量水泥混合材料，其中水 泥、石膏为胶结材料，砂为填充材料 ，硼砂为缓凝 剂 模型制作时根据矿层、直接顶板 、底板和老顶 厚度分别按不同的配比配制相似材料进行浇制，云 母粉模拟层面，弱面用 刀片切缝并填充云母粉以形 成弱面效果 。 模型分矿房、矿柱两部分，矿房宽 2 6 ． 6 7 c m 相当原型 8 m ，矿柱宽 6 ． 6 7 c m 相当原型 2 m ， 同时在矿房中央和矿柱内埋设量测元件，随着模型 的开挖随时测量元件的数值变化。 根据以上相似材料摸拟试验规则共进行了二架 模型试验 ，通过对试验数据的处理和综合分析，认 为①选用矿房跨度为 8 m、矿柱宽度为 2 m的采场结 构参数是合适的，能够保证采场的安全与稳定；② 先采 V 8 矿层后采 矿层优于先采 矿层后采 v 8 矿层的回采顺序；③先开采的矿层应超前后开采矿 层 4 6个矿房为宜。 2 ． 2 计算机数值计算分析 本次计算机数值计算采用边界单元法 平面模 型 ，计算分析的目的是①对 。 、v s 矿层的采场顶 板应力、位移分布规律进行探讨；②对采场的合理 跨度进行探讨；③对上下两层矿体的矿房布置位置 进行比较，并确定合适的对应位置关系。 计算条件假定计算模型不考虑层面、节理等 构造弱面的影响 岩体的抗拉强度视为零；矿岩作 为均质体对待，在线弹性范围内进行计算 ；原岩应 力场仅由岩石自重产生，不考虑构造应力的影响； 围岩参数作为一种混合岩处理，且取其平均值。 维普资讯 郭金峰等缓倾斜多层矿体开采工艺的试验研究 计算 模 型 矿 房 斜 长 6 0 m， 矿 层 厚 度 为 1 ． 5 2 m， 矿层厚度 为 1 ． 2 3 m，两矿层间距 为 1 0 m， 矿层平均倾 角为 3 O 。 ，V 1 、V 8 矿层 的顶板每 2 m设 置 1 个计算单元。 根据以上计算条件假定而建立的计算模型，对 获取的矿房顶板应力、位移进行分析认为①矿房回 采结束后 ，v 7 、V R 矿层 的顶板 应力 、位移分布规 律不同 ， 矿层整体稳定状态要好于 v 8 矿层 ；② 矿房跨度以6 ～8 m为宜；③ 、V 8 矿层的矿房对 应布置要好于矿房交错布置 。 2 ． 3 矿房布置形式和矿层 回采顺序的确定 根据相似材料摸拟试验和计算机数值计算分析 的结果 ，本次选用先采 V R 矿层后 采 矿层 的回采 顺序 ，且 V R 矿层超前 矿层 4 0～6 0 m；采场结 构 参数矿房 宽 68 m，矿柱 宽 2 m；矿块 内矿房 以上 下对应布置为现场工业试验 的矿房布置形式和矿层 回采顺序。 3 缓倾斜多层矿体开采工艺试验 3 ． 1 采场结构参数 根据 目前矿山的现有开拓工程 ，试验 中段高度 由1 5 6 0 m中段和 1 5 7 8 中段控制 为 1 8 m，矿块走 向 长度为 3 0～6 0 m，矿房跨度 57 m，房间矿柱规格 为 2 3 m，矿块 间柱为 26 m，采矿方法布置图见 图 2 。 3 ． 2 采准切割工程布置 每个矿块布置2 ～ 3 条切割上山，规模为 2 ． 0 矿厚 ，并与拉底巷道和 1 5 7 8 m中段脉 内巷道贯通 ， 在l 5 6 0 m中段脉外运输巷道抬高 4 m的矿层内布置 一 条拉底巷道 ，规格为 1 ． 8矿厚。每个矿块设放 矿漏斗 2 ～ 3 个，并与切割上山相对应，一个矿块 布置 1 ～2 条人行通风联络上山。 图 2 锚 杆房 柱采矿 法布置 图 F i g ． 1 L a y o u t o f a n c h o r p o l e iV O l| p i l l a r m i n i n g me t h o d 1 --1 5 6 陆 中段脉内运输 巷道2 一超快硬水泥卷锚杆 3 -- 1 5 7 8 m中段脉 内运输巷道 4 一 出矿平巷 s _ I 出矿漏 斗 一 人行通风联络上 山卜一 拉底巷道 切割 山 3 ． 3回采工艺 回采方向矿块 回采方 向从矿块一侧 向另一侧 推进 回采；矿房回采以拉底巷道为起点 ，逆挺全断 面 由下向上回采。 凿岩爆破采用 Y T一2 4型风动凿岩机凿岩， 炮孔 深 度 为 l _ 51 ． 8 m，孔 径 3 8一似O n m，呈 “ 之”字型布置，火雷管单个药包起爆 。 矿 石运搬 采场内矿石 以电耙运搬 为主，辅以 人工清场。采场爆破落矿后，用电耙将矿石耙至漏 斗装车运出。 采场通风 采场 以自然通 风为主，辅 以局扇。 新鲜风流由1 5 6 0 m中段运输巷道经人行通风联络 上山进入采场，然后通过切割上山或采空区从 1 5 7 8 m中段排出。 3 ． 4 采场顶板加固 采场顶板设计采用超快硬水泥卷锚杆加固，局 部辅以木柱， 但由于在回采过程中锚杆供应不上， 除某些地段采用锚杆加固外，其余地段则用木柱支 表 2 采矿方法试验 主要 采矿技术经济指标 T a b．2 M 0 rmi n i n g t e c h r fi e a l a n d e c o n o mi c a l t a r g e t s o f I I 】 i me a h o dt e s t s { 下转第 2 2页 l 5 A ． 一 一 一 ， 一 藿 维普资讯 2 ∞D年 9月 第 2 9卷第 4期 t 总第 1 6 3 期 五 南 冶 盒 YL N AN MET AI ／ T RGY A lg ． 2 9 No 2 0 0 O 4 f S I I I t l 1 6 3 法，如重磁浮、化学选矿及它们的联合流程 ，擦洗 脱泥工艺、光电选矿和选择性絮凝，这丰富了磷矿 石的处理方法 。但不同的处理工艺适应于不同的磷 矿石 ，根据矿石性质选好处理工艺十分重要。 2 浮选依然是磷灰石的主要而有效的选别方 法，对直接浮选的研究较多，而对其它浮选方案的 研究相对少些 ，应该加强对其它方案的研究以寻求 最佳浮选方案。 3 联合工艺流程在当前简化工艺流程和节能 降耗 中有着很强的优势，应加强对它们的研究。 4 焙烧 一消化工艺处理钙质磷矿石 比浮选获 得更为优异的指标，可以付诸于工业应用。结合云 南磷资源特点及区位的特殊要求 ，开展此项研究对 利用大量中低品位磷矿石有重要意义。 参考文献 [ 1 j黄太雨等我国礴矿资源抿况及主要选别流程 [ J ] 化工矿山 技 术、1 9 8 2 ， 1 j 【 2 ]姚术典著．非金属矿物加工与利用 【 M ] ．科学出版社 1 9 9 2 年 2月第一版 [ 3 ]李惠民浅谈滇池礴矿擦洗脱泥工艺 [ J ] ．化工矿山技术， 1 9 9 5 ， 2 [ 4 ]谭菲玲滇池地区礴矿攘洗脱泥装置述评 [ J ] 化工矿山技 术 ，1 9 9 5 、 5 【 5 ]柏中能 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]吴良图，林功敷瓮福礴矿选矿试验及选矿厂生产词试 [ J ] 化工矿山技术，1 9 9 6 ， 3 【 2 4 ]许长连磷矿石工艺类型划分的浅见 [ J ] ．化工矿山技术， 1 9 8 8 1 j [ 2 5 ]S M a t h e r 等，利用选择性絮凝 含高氧从镁磷酸盐中分选礴 灰石 【 】 ] ．国外金属矿盏矿， 1 9 9 7 ， 9 上接第 l 5页 护， 木 柱支护 网度为 1 ， 5 2 ． 0 m x 1 ． 5～ 2 、 0 m ，一般采场上部步距大于采场下部。锚杆加 固网度为 1 ． 0～1 ． 2 m x 1 ． 01 ． 2 m ，锚杆长 度为 1 ． 5 1 ． 8 m。 3 ． 5 主要采矿技术经济指标 试验阶段主要采矿技术经济指标列表 2 。 4 基本结论 自菇矿区缓倾斜多层矿体开采时，采用先采 矿层后采 V 7 矿层的矿层 回采顺序，优于先采 V 矿层后采 v B 矿层的矿层回采顺序 ；v s 矿层 开采 2 2 超前 v 7 矿层 4～6个矿房 即 4 0～6 0 m为最佳 ； 矿块内各矿房以上下对应布置为好，位移和应力值 均比矿房上下交错布置时小。根据目前矿山所具备 的开采条件，采用房柱法是合适的，但如果具备条 件 ，采用 全尾砂充填采矿法开采 v R 矿层 ．房 柱法 开采 矿层，更有利于控制采场地压。 参考文献 [ 1 ]马鞍山矿研究脘， 文山州斗南锰矿斗南锰矿援额斜多层矿体 开采方法 工艺的研究 R] 1 9 9 5 ．1 O [ 2 ]煤炭部矿山压力科技情报中心．矿压显现的相似材料模扭方法 [ c ] 矿山压力文集，1 9 8 o ． 2 ． 维普资讯