上向分层胶结充填采矿法在侯庄矿区的应用.pdf

第 2 8卷 第 3期 2 0 0 6年 6月 山 东 S h a n d o n g 冶 金 Me t a l l u r g y V0 1 ． 2 8． No ． 3 J u n e 2 0 0 6 生产技 术 上向分层胶结充填采矿法在侯庄矿区的应用 赵勇 1 ， 张花 ， 张兆林 ， 林永新 1 山东金岭铁矿， 山东 淄博 2 5 5 0 8 1 ； 2中南大学， 湖南 长沙 4 1 0 0 8 3 摘 要 根据侯庄矿床一 1 6 0 m水平以上矿体赋存条件及地表不允许塌陷的状况 ， 提出了一步房、 二步房上向分层胶结充填 采矿法， 一步房胶固粉尾砂胶结充填 ， 二步房尾砂充填。 胶结充填采矿法安全性好 、 回采率高 ， 为矿山技术进步、 提高经济效 益起 到了积极作用。 关键词 采矿方法； 胶结充填； 尾砂； 回采 中图分类号 T D8 5 3 ．3 4 “ 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 - - 4 6 2 0 2 o o 6 0 3 0 0 3 7 0 3 1 概况 侯庄矿区是山东金铃铁矿下属的地下金属矿山 之一 ， 1 9 9 2 年建成投产 ， 年设计生产能力 5 O 万 t 。侯 庄矿床赋存于奥陶系马家沟组石灰岩与中生代燕山 期闪长岩及矽卡岩接触带上，热液接触交代矽卡岩 型磁铁矿 ，矿岩界限清楚 ，产状与形态受接触带控 制。 上盘为结晶灰岩， 裂隙发育 ， 稳定性较好 ， 普氏硬 度系数 8～1 0 ； 下盘绝大部分为厚度不一的透辉石 、 石榴子矽卡岩和闪长岩，裂隙发育 ，普氏硬度系数 8～1 O 。 矿床基岩以上普遍分布有厚 1 0 0多米的第四 系地层 ， 第 四系表土层 中含有大量的地下水 ， 是地面 村庄 、农 田和工业区用水的主要水源 ，不允许被破 坏 。 现 一 1 6 0 m一 3 4 0 m水平已基本采完 ， 需对 一 1 6 0 m 以上矿体进行回采。因 一 1 6 0 m以上矿体产状 、 赋存 条件不同于 一 1 6 0 m水平以下矿体， 需研究应用新的 采矿方法。 2 采矿方法的选择与应用 收稿 日期 2 0 0 6 0 2 2 8 作者简介 赵勇 1 9 8 0 一 ， 男 ， 山东淄博人 ， 2 0 0 3年毕业于山东理工 大学采矿工程专业。现为山东金岭铁矿侯庄分矿技术组助理工程 师 ， 从事采矿技术工作 。 2 ． 1 采矿方法的选择 胶结充填采矿法的选择主要考虑三方面因素 1 侯庄矿区 一 1 6 0 m水平 以上矿体厚度多在 3 ～8 m， 倾角多为 0 ～ 3 0 。 ， 属于缓倾斜中厚矿体 ， 离地 表距离 1 3 0 ～ 1 8 0 m， 矿岩稳固性差 ， 且矿体部分 区域 直接与第 四系接触i1 】 。根据 一 1 6 0 m水平以上矿体产 状及其与地表的关系 ， 要求采空区不允许塌陷。 现有 采矿方法已不适宜 一 1 6 0 m水平以上矿体 的开采[2 1 ， 见表 1 。根据矿床地赋存状况 ， 考虑到矿 山的长远发 展趋势， 并结合现有的采矿方法和采矿工艺， 提出选 用一步房胶 固粉尾砂胶结充填 ，二步房尾砂充填的 上 向水平分层胶结充填采矿法。该采矿方法实质是 预控顶房柱法 、上向分层胶结充填法的组合式采矿 法 ，采用 了预控顶房柱法的采准布置 、顶板处理方 法， 上向分层充填法的落矿工艺 、 出矿工艺和空区处 理方法。 2 矿山每年生产尾矿 3 5万 t ， 都排放到铁山矿 区的尾矿库原铁 山露天矿坑 ，经过几十年的尾 砂排放 ， 尾矿库 已堆积了 6 0 0万 t 的尾砂 ， 尾矿坝也 已不堪重负 ， 并对铁山矿区深部开采造成一定威胁 ， 因此急需缓解尾矿坝的压力。 3 由于矿产资源属于不可再生资源 ， 随着市场 经济的发展和矿产资源的减少 ，提高矿产资源的回 参考文献 国防工业出版社， 1 9 9 3 ． [ 1 】 舒雄鹰． 焦炉煤气集气管压力控制 系统[ J ] ． 矿冶 ， 2 0 0 1 ， 6 [ 3 】 李仁厚． 智能控制理论和方法[ M ] ． 西安 西安电子科技大学出版 7 8 ～ 8 1 ． 社 ， 1 9 9 9 ． [ 2 】 李友善， 等． 模糊控制理论及其在过程控制中的应用[ M 】 ． 西安 Pr e s s ur e Fuz z y Co nt r o l Sy s t e ms f or S e v e r a l Co ke Ov e n s Ga s Co l l e c t o r s KANG Ch u n q i n g ， YU Z he n -d o ng ， LI U Ch e n g hu i T h e C o k i n g P l a n t o f J i n a n I r o n and S t e e l C o ． ， L t d ． ， J i n an 2 5 0 1 0 1 ． C h i n a Ab s t 咖 t Ac c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e ris t i c s o f mu l t i p l e l o o p s ． c l o s e c o u p l i n g , n o n l i n e ar and c h an g e d p ara me t e r s wi th t i me i n s e v e r a l c o k e o v e n c o l l e c to r p r e s s u r e c o n t r o l s y s t e ms ， a n e w c o n t r o l me tho d b a s ed o n t h e f u z z y c o n t r o l t h e o r y are a d o p t ed with the c o mp u t e r t e c h n o l o g y ，s o l v i n g p r o b l e m o f c o l l e c t o r p r e s s u r e s t a bi l i t y c o n t r o l f o r s e v e r a l c o k e o v e n wi t h c l o s e c o u p l i n g c h a r a c t e ris t i c s ．Th e r u n n i n g res u l t s s h o w t h a t t h e c o n ． ． t r o l me tho d i s s t a b l e an d rel i a b l e and i s p r o n e t o o p e r a t i o n ． K何 c o k e o v e n g a s c o l l e c t o r , pr e s s u r e ； fuz z y c o n tr o l 3 7 维普资讯 2 0 0 6年 6月 山东冶金 第 2 8卷 表 1 采矿方法简表 采率 、延长矿山服务年限已成为目前矿山可持续发 展的重要手段。 2 - 2 上向水平分层充填采矿方法的应用 在设计初期 ， 采用 D r u c k e r - P r a g e r D P 模型对 矿石、 围岩及第四系黄土进行了单元模拟研究 ， 并通 过 A N S Y S弹塑性非线性有限元法计算了不同房柱尺 寸下矿体在开挖过程中发生的非线性变形特征及塑 性区分布 ，同时进行 了全尾胶结充填的强度试验I 3 ] 。 通过实验和计算 ， 确定了合理的矿房参数 。 2 ． 2 ． 1 采切布置一 1 6 0 m水平以上矿体矿房布置 一 步房二步房间隔布置 ， 一步房房宽 1 2 1 5 m， 二步 房房宽 2 0 2 5 m； 每个矿房分别沿上盘布置一条切割 上山作为回采 自由面 ，切割上山兼作通风上山和充 填井 ； 在矿房下盘布置人行井 ， 兼作泄水通道 ； 矿房 水平分层高度 6 8 m，每一分层水平布置脉外出矿 2 - 2 - 2 回采工艺回采顺序 先回采一步房 充填后 作为矿柱 ，一步房采完并进行充填 后再 回采二步 房 ， 一步房 、 二步房都 自下而上逐层进行回采。 一 步房 、 二步房回采时 ， 先沿切割上山作为 自由 面采出切顶层， 高度为 2 ． 5 m ， 切顶时要将上盘矿石采 净 ， 露出灰岩顶板， 且尽量不破坏灰岩顶板。在切顶 过程 中根据各采区顶板情况留设点柱对顶板进行支 护 ，采出切顶层后根据上盘灰岩顶板稳固情况进行 护顶 锚杆支护 、 喷锚网联合支护 。 上盘护顶工作结 束后， 从上盘开始向下逐层回采本分层矿石。 当回采 到分层水平顶部时 ， 顶部炮孔平行布置 ， 进行光面爆 破， 以保证采场顶板尽量平整、 稳固， 同时对矿石顶 板进行处理和支护 锚杆 、 锚索支护或喷锚联合支护 见图 1 。本分层的凿岩爆破 、 出矿 、 护顶和充填完 成后 ， 既可转到上一层 ， 回采时采用后退式 回采。 巷道和溜井。 2 ． 2 ． 3 充填工艺矿区的充填系统主要设在东风井 ／ ／ 水平分层 四 ， 室 分层三 毒 霪 ， ； I， ／ 1 水 平分层二 ， i 主 嚣 嚣 i 翼 水 砂 比 1 5 胶 充 体 溜 井 水平 分层 一 图 1 回采工艺示意图 地表， 充填尾砂由 矿石车运输 矿区 鲁 选矿厂， 一 甩 砂 并经铲车铲运至尾砂仓。充填系统工艺流程见图 2 。 充填顺序 按矿房回采顺序进行充填 ， 矿房每一 分层回采完毕后即可进行充填。充填前先做好采空 区的密闭工作，在分层水平采场的各个出口设密闭 墙 ， 密闭墙采用砖 、 混凝土砌筑 ， 内附 1 2层麻袋 片 或蚊帐布，密闭墙 的四周用水泥砂浆抹缝 ，以防跑 浆 、 漏浆 ； 采场中部架设滤水笼 ， 作为滤水通道 ， 以增 加滤水效果 ； 同时 ， 为了防止进路泄水 ， 在密闭墙外 2 4 m处设一挡墙 ，高约 0 ． 5 m；为防止泄水进入溜 井 ，各分层水平的溜井上 口用混凝土墙挡好。充填 时， 分层下部按一步房 l 8 胶 固粉尾砂胶结充填 ， 二 步房尾砂充填； 分层上部预留 0 ． 8 1 ．O m按照胶固粉 3 8 图 2 充填 系统流程示意图 尾砂比 1 5的比例进行铺面，作为回采上一分层的 工作平台，为向上回采创造良好的出矿条件 。充填 后 ， 需养护 7 一 l 0天 ， 等平台凝 固后方可继续向上 回 维普资讯 赵勇等 上向分层胶结充填采矿法在侯庄矿区的应用 2 0 0 6年第 3期 采 见图 3 。 ／／ 水 平分层 匹 ， ， ⋯层 c 0 ’ J 堂 ⋯ 矿甚措 ∞ ， i 蓼 滤 _布 _l 『／ ‘ 一 1 7 J - 水 平 分 层 二 点 1 ／ 一 、 ＼ 、 闸阀 溜 一 ∞ ， 水砂比1 5 胶充体 井 水平分层一 、 图 3 胶 充工艺示意图 胶结充填料的配比和需求量计算 参考类似矿 山经验， 根据充填材料实际情况 ， 设计充填砂浆浓度 为 0 ． 6 ， 胶固粉和尾砂配 比取 1 8 ， 即每方充填浆料 中胶 固粉用量为 1 2 9 k g ， 尾砂用量为1 0 3 2 k g ， 用水量 为 7 7 4 k g 。形成充填体后， 每立方充填体 中的胶固粉 用量为 1 6 1 k g ， 尾砂用量为 1 2 8 8 k g ， 用水量为 4 8 1 k g 。 2 8 天胶结强度可接近 3 MP a 。 充填参数如下 充填能力 4 0 m 3 ／ h ， 充填浓度 6 0 ％一 6 8 ％， 胶 固粉 1 ． 8 t ／ h ， 尾砂 l 4 ． 4 t ／ h 。 2 - 2 ． 3 支护技术在回采过程 中，采区的上盘和矿 石顶板支护尤为重要， 即要进行预控顶。 矿房回采初 期， 沿采区切割上山切顶工作结束后 ， 除留设点柱对 顶板支护外 ， 对局部破碎带可随时进行锚杆 锚索 支护 、 喷锚网联合支护。当回采到水平分层顶板时， 要进行光面爆破 ， 同时对矿石顶板进行锚杆 锚索 、 喷锚联 网联合支护 预控顶 ， 以保证施工的安全。 根据矿区矿体 、岩体 的物理力学性质及地质条 件 ， 经分析计算决定采用 1 2 mm的树脂锚杆为主， 长度不小于 2 m， 网度 l ml m， 特别破碎处采用锚 网 支护， 金属网度 2 0 0 4 0 0 m m， 钢筋 6 m m以上。 3 胶结充填采矿方法优点和经济效益 1 该采矿法由于及 时充填 采空 区 ， 有效地控 制 围岩地压 ， 解决 了地表塌 陷问题 ， 保护了第 四系 地下水 地表村庄饮用水 、 农 田灌溉水 不被破 坏 ， 防止了第 四系地下水进入井下采场，保证了矿山的 安 全生产 。 2 胶结充填采矿方法在矿 山的使用 ， 提高 了 矿石的回采率 ， 回采率由 7 0 ％提高到 9 3 ％以上。 3 侯庄矿区在使用该采矿方法时， 通过提高分 层高度和房柱合理布置 ， 减少了采准工程量 ， 降低 了 采矿成本， 提高了劳动效率。 4 经济效益 一 1 6 0 m水平 以上现有地质储量 1 8 4万 t ， 按以前房柱法回采 回采率 7 0 ％ ， 可 回采 矿石 1 2 8 ． 8万 t ； 如按胶结充填采矿法 回采 回采率 可达到 9 3 ％ ， 可 回采矿石 1 7 1 ． 1 2万 t ， 这样可多回 采矿石 4 2 ． 3 2 万 t 。 按矿石单价 3 0 0元 ／ t ， 胶结充填成 本 l 8元 ／ t 计算 ， 可增加经济效益 9 6 1 5 ． 8 4万元。 5 采用尾砂作为充填材料既有充足的材料来 源， 又缓解了尾砂坝的压力 ， 在环境保护方面也起到 了良好的作用，做到了地下矿产资源开发与环境保 护的和谐统一。 6 胶充采矿方法在侯庄矿区的试验和应用成 功， 为将来采空区矿柱的回采提供了经验 ， 可以做到 充分回收矿产资源， 减少了资源损失。 7 胶结充填采矿法作为一种高 回采率 的采矿 方法将会成为矿山可持发展逐步选用 的采矿方法。 参考文献 【 1 ] 张春方， 等． 山东金岭铁矿侯庄矿区一 1 6 0 m水平以上矿体回采初 步设计I R ] ． 淄博 化学工业部连云港设计研究院齐鲁分院， 2 0 0 4 ． 【 2 ] 谢世俊， 等． 采矿手册【 M ] ． 北京 冶金工业出版社， 1 9 9 0 ． 【 3 ] 王剑波， 等． 金岭铁矿侯庄矿区一 1 6 0 m以上矿体开采方法、 结构 参数及安全控制研究【 R ] ． 青岛 青岛理工大学矿业工程研究所， 2 0 0 4 App l i c a t i o n o f Up wa r d s La m i n a t i o n S t o pi ng - c e me n t e d Fi l l M e t h o d a t Ho u z hu a ng M i n i n g Ar e a ZHAO Yo n g ， ZHANG Hu a ， ZHANG Zh a o l i n 。 L I N Yo n g x i n 1 S h a n d o n g J i n l i n gI r o nMi n e ， Z i b o 2 5 0 0 4 1 ， C h i n a ； 2 C e n tr a l S o u t hUn i v e r s i t y ， C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3 ， C h i n a ／ g t r l l lJ t Ac c o r d i n gt o o c c u r r e n c e c o n d i t i o n o f o r eb o dy o fHo u z h u a n go r ede p o s i t a t 一1 6 0ml e v e l a b o v ea ndt h e s u r f a c ed o n o t a l l o w e a v e si n ， fi r s t s t e p o f r o o m， s e c o n d s t e p o f r o o m u p w a r d s l a mi n a t i o n s t o p i n g - e e me n t e d fil l me t h o d i s b r o u g h t u p ．T h e fi rst s t e p o f r o o m c e me nte d fil l s w i t h e e me n t i t i o u s ma t e r i al an d t a i l s ， s e c o n d s t e p o f r o o m fi l l s wi t h t a i l s ． Th e s ecu ri t y o f t h e s t o p i n g c e me n t ed fi l l me t h od i s g o o d an d t h e r a t e o f e x t r a c t i o n i s h i g h ． I t h a s ma d e t h e c o n t rib u t i o n f o r mi n e i n t ec h n i c al p rog r e s s a n d i mp r o v i n g e c o n o mi c b e n e fit s ． Ke yw o r d s ． mi n i n gme t h od ； c e me n t ed fil l i n g ； t a i l i n g ； s to p i n g 3 9 维普资讯