石灰石地下矿山采矿方法的研究.pdf

S e ria l No ． 4 68 Ap ril ． 2 00 8 技术交流 矿业快报 EXP1 ／ ESS I NF0RMA n0N OF MI NI NG I NDUS TRY 石灰石地 下矿 山采矿方法的研究 尚玉峰 广 东省 冶金 建筑设计研 究院 总 第 4 6 8期 2 0 0 8 年 4月第 4期 摘要 根据石灰石矿 山地下开采的特点， 对其进行 采矿方法的初 步研究， 重点介绍 了适应该 矿体开采特点的无底部结构水平层状房柱采矿法。 关键词 石灰石矿 ； 地下开采 ； 采矿方法 中图分类号 T D 8 7 2 ． 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 - 5 6 8 3 2 0 0 8 0 4 - 0 0 5 2 - 0 3 1概述 广东省梅州地 区某矿山是开采石灰石的地下矿 山。矿区位于梅县山字 型蕉岭 向斜西翼近 中部 ， 出 露地层为下石炭统忠信组碎屑岩及上石炭统船山灰 岩 ， 矿区全部为灰岩， 无其它杂岩掺杂。地层产状往 北西2 8 5 。 倾覆， 倾角 5 O 。 。石场西侧有一大断裂通 过 ， 近南北走向， 但对矿区开采无大影响。矿区石灰 岩矿体呈层状叠 置、 层理 清楚 ， 中厚至巨厚层状 ， 层 间仅夹深灰色泥质灰岩或透镜状 白云质灰岩 ， 并见 方解石微脉 ， 偶见厚 1 0～2 0 c m不规则透镜 体， 方解 石结晶良好 。整体厚度大于 1 5 0 m。 2 矿区开采技术条件 矿床赋存 区为低山丘陵 ， 地表无河流、 水库等水 体 。主要含水层为第四系含水层。地下水补给主要 受大气降水影响。当地侵蚀基准面为 9 7 ． 5 m。潜 水位较低 ， 但在侵蚀基准面 以下开采会 遇到地下裂 隙水及溶洞水体的影响。水文地质条件 中等。 矿 区范 围内开采 的石灰石 为上石 炭统船山灰 岩 ， 矿床在 1 7 0～2 2 0 m标 高可见。矿体呈灰 白 色至灰色 ， 微粒结构 ， 致密坚硬 ， 常见 贝壳状 断 口。 裂隙、 节理 中等发育 ， 稳 固性较好 。矿体上覆第 四系 残坡 积层 ， 厚 度 22 0 m。根据 对 开 采 区 中南 部 1 5 8～1 6 8 m标高 的实 际揭露 ， 发现矿 区内浅部 小溶洞 比较发 育， 对矿井建设和生产影响较大。矿 体呈厚至块层状 ， 矿石致密块状 ， 稳 固性能较好 l O～l 8 ， 具有一定的抗压 、 抗剪能力 。断裂 、 节理较 少， 规模不大， 一般情况下， 不易碎裂和崩塌， 局部破 碎地段 ， 支护工作也简单方便。 52 尚玉峰 ， 5 1 0 0 8 0广东 省广州市 。 3采矿方法的研究和实践 由于地表不允许塌陷， 不能采用崩落法 ， 石灰石 矿产品经济价值不高， 充填法开采不经济， 根据矿体 赋存条件和开采技术条件 ， 结合石灰石矿地下开采 的特点 ， 采用无底部结构水平层状房柱采矿法开采 ， 既经济又能有效地保护上覆岩层的稳定 ， 做到安全 、 经济地开采矿产资源。 3 ． 1 设计矿块构成要素计算 该矿没有进行相应 的测试工作 ， 根据 区域 同类 岩石的资料 ， 取矿石体重 2 ， 6 5 t ／ m ， 松散系数 1 ． 6 5 ； 抗压强度最大值 1 6 7 ． 8 9 MP a ， 最小值 6 7 ． 8 0 MP a ； 参 照该石 灰石 矿资料 ， 取石 灰岩 的平 均抗 拉 强度 为 1 ． 8 0 MP a ， 矿柱计算示意图见图 1 。 图 1 矿柱计算示意图 1 矿房极限跨度计算。按光弹性计算公式 B 4 ． 5 9 ． 8 A T H[ o r 1 ] 9 ． 8 T H 10 ． 8 A 一0 ． 8 [ o r 1 ]’ 式 中， B 为矿房极限跨度 ， m； 为上覆岩层 的加权 平均体重 ， 取 2 6 ook g ／ m ； 为矿房 顶至 地面 的深 度 ， 平均取为 1 0 0 m； A为侧压力系数， 取为 0 ． 2 6 ； [ o r ] 为岩体的许用拉应力， 取 1 ． 8 1 0 。 P a 。 将有关数值代人上式 ， 可得 B 1 9 ． 1 7 m， 取矿房宽度 B o 1 5 m。 维普资讯 尚 玉峰 石 灰石 地 下矿 山采矿 方 法的研 究 2 0 0 8年 4月第 4期 2 矿柱宽度计算 。在矿房宽度为 1 5 m 的条件 下 ， 取矿柱宽度 为 1 5 m、 矿柱 高度 为 1 5 m， 按下式计 算矿柱 的安全系数 9 ． 8 y H B 0 。 [ ] 8p n ’ 式中， 。 为矿柱宽度 ， m； 为校正系数 ， 与岩石性质 有关 ， 也与采深 Ⅳ和矿体实际开采范 围的短边 尺寸 ￡有关 ， 因 L 2 OOm， 故 肌一0 ． 51 ． 0， 故取 R1 ； 为矿柱形状修正系数 ， 取决于矿柱宽度 。 与矿柱 高度 之比值， 即 KB ／ 1 ； [ ] 为岩体的 许用抗压强度 ， 最小值 6 7 ． 81 0 P a ， 取矿柱 的龟裂 系数为0 ． 7 ， 则[ ] 4 7 ． 4 6 1 0 P a ； 凡为设计矿柱 的安全系数 ， 一般为 1 ． 5～ 2 ． 0 。 采用连续矿柱条件下 ， 矿柱宽度的安全系数为 凡 9 ．31． 合理确定支撑矿柱 的尺寸是一个非常重要和复 广I I ’ V L 、 U [ 三L FI f 、 J - - 、 、 、 。 。 I VU L l l 。。。 誓_ I I I L J l l ，， - ／ r ]J ＼ I ， ＼ 、 ， f、 r ＼、＼ 。 _ ＼ 。 _ l 2／ ．- J Q Q0 0～ 杂 的问题。虽上述计算考虑 了岩体强度 、 矿柱 宽高 比、 采深 、 开采范围、 采 动爆破造成 的低应力破碎带 等诸多因素 的影响 ， 但毕竟岩体是各 向异性的 ， 且矿 柱中的最大应力随矿体倾角 的增大而有所变化 ， 同 时 ， 由于上 、 下水平层的矿柱难 以垂直对应布设 ， 矿 房 、 矿柱 的受力状况将会 发生较 大的变化 ， 因此 ， 还 是采用连续矿柱布置为好 。 通过上述有关计算与分析 ， 设计矿块构成要素 如下 矿 房宽 ≤1 5 m， 矿房 长度 8 0～1 0 0 m， 矿柱 宽 1 5 m， 采高 1 5 m， 采用 1 ／ 5圆弧 拱 ， 拱 高 3 ． 0 m， 墙 高 1 2 ． 0 m。矿块布置 矿块垂直走 向布置 ， 水平上每隔 3 0 m划分成 1 个矿块 ， 矿块划分成矿房 、 房间矿柱以 及顶柱三个部分。最上一层顶柱高度 ≥3 0 m。下部 分层矿岩稳固时顶柱高度可 ≥2 0 m。 无底部结构水平层状房柱采矿法见图 2 。 V量 Ⅳ I I I I V I V 在采矿 房 V V 结采矿 房 图 2 无底部结构水 平层 状房柱采矿法 l 一 运输平巷 6 ． 0 m x 5 ． 0 m ； 2 - 矿房运输联络平 巷 5 ． 0 m x4 ． 5 m ； 3 - 矿房切割平巷 2 ． 0 m x 3 ． 0 m ； 4 - 矿房 切割 斜天井 3 ． 0 m x 2 ． 0 m ； 5 - 矿房 切顶平 巷 2 ． 5 m x 3 ． 0 m； 6 - 矿房 回风平巷 2 ． 5 m x 3 ． 0 m ； 7 - 回风平 巷 2 ． 5 m x 3 ． 0 m 平巷断 面规格均 为半 圆拱 ， 图中尺寸单 位 m 3 ． 2 采准切割工作 采准工程包括矿房联络道 、 切割斜天井 、 切割平 巷、 矿房顶部 回风平巷 兼 探矿、 探水 、 注浆堵水及 安全出口等作用 、 运输平巷及矿房运输联络平巷 等。采准工作首先从运输水平开始 ， 即在运输平巷 内先后掘进矿房联络平巷 、 矿房切割斜天井 3 5 。 、 矿房切割平巷 、 矿 房 回风巷 上水平 、 矿房切顶平 巷 上水平 等工作 。 在切顶平巷 内， 按 1 ／ 5圆弧拱 即拱 高 3 m ， 沿 矿房长轴方向， 以回风平巷作 自由面 ， 预先形成长约 2～ 3 m的“ 切顶” 空间 断面积 3 0 ． 6 4 m ， 采用浅孑 L 光面爆破技术形成。接着在切割平巷以切割斜天井 作 自由面 ， 自下 而上按分段 斜高 2 ． 5 m左 右凿倾 斜 炮孑 L 落矿 ， 最后形成倾 角 3 5 。 、 宽 2 m 的切割斜槽 。 至此 ， 矿房完成 回采的准备工作 。即， 顶部出现切顶 空间 ， 头端出现 上 三角矿柱及 两侧矿柱壁 ， 出现 倾斜工作面。 3 ． 3 回采工作 3 ． 3 ． 1 凿岩爆破 矿房回采是按倾角 3 5 。 左右倾斜工作 面浅孑 L 分 5 3 维普资讯 总第 4 6 8期 矿业快报 2 0 0 8年 4月第 4期 层爆破推进的 ， 如同露采 台阶工作 面 即坑 内露采 形式 ， 故凿岩 、 爆破效率均较高。凿岩采用 7 6 5 5或 Y T 2 7型凿岩机 ， 爆破 采用 2 岩石 炸药。可采用集 中凿岩爆 破 方案 ， 即沿 工作 面 中线 形 成 “ 楔形 掏 槽 ” ， 掏槽炮孔共二排 ， 炮孔倾角 6 O 。 、 孔深 3 m、 排距 1 ． 6 m， 孔距均为 1 ． 3 m； 位于两侧的炮孔均垂直于工 作面 ， 并按 距矿 柱 壁 面 0 ． 2 m分 别 布置 5排排 距 1 ． 3 m、 孔距 1 ． 3 m、 孔深 2 ． 5 m 的炮孔。均为梅花形 布孔 ， 共十二排 1 8 0个炮孔 ， 炮孔总进尺约为 4 6 5 m。 按平均台班凿岩效率 5 5 m计 ， 2台凿岩机同时作业 ， 5班可完成任务。取炮孔爆破效 率为 9 0 ％ ， 则一 次 可爆下矿石量 1 8 4 0 t 左 右。取单位 炸药消耗量 为 0 ． 1 4 7 k g ／ t ， 则每次装药量约为 2 7 1 k g ， 按一个班时间 进行装药爆破 完全可行。也可采用分 次落 矿形式 采场爆破布孔方式见图 3 。 A A A L 炮孔 一次回采分层 B B 炮 扎 垂 直 扎 边 孔 直 孔N ＼ 排间起爆顺序号 掏槽孔 斜 L 共两排 图 3 采场爆破布孔方式参 考图 1 炮孔装药及堵塞。装药前应先将孔口周围 清理干净 ， 可用高压风将孔内碎石或水吹净 ， 将药卷 送到孔底 ， 雷管插入药卷内要牢 固。 2 堵塞 。用带有湿度 和粘性 的黄土或砂 土填 塞炮孔 ， 使用木质 或竹质 圆柱形炮 棍将其捣实、 压紧， 堵至孔 口， 堵塞长度 1 ． O m。 3 起爆 网路 。采用非 电导爆管 系统或电雷管 毫秒微差分段起爆 ， 共分为四段 ， 顺序见 图3 。 3 ． 3 ． 2 采场通风 新鲜风流从 矿房运输联络巷进入采场 ， 污风经 矿房 回风平巷主回风巷道排出。爆破后为 了迅速排 烟降尘加强通风效果 ， 采用局扇进行辅助通风。 3 ． 3 ． 3 采场出矿 矿房 出矿采用人力装车或铲装设备装车。 3 ． 4 采场安全技术 1 随倾斜工作面 的回采推进 ， 应 同时采用光 面爆破技术形成超前距离约 2～3 m 的切顶空间 ， 若 遇裂隙较发育段 ， 应辅 以长 2～2 ． 5 m、 网度 1 ． O m 1 ． O m的垂直锚杆加固， 提高矿房拱顶的稳 固性 。 2 工作面倾斜分层 厚约2～ 2 ． 5 m 每推进一 次 ， 应及时 自上而下撬除两侧矿柱壁面松石。 3 鉴于采场高达 1 5 m高 ， 矿 山应 配备 能够定 期或视矿岩稳定情况及时检查和处理矿房顶板与两 侧矿柱安全隐患的设备 如胶 轮液压升 降机等 ， 能 够完成“ 敲帮问顶” 处理浮石以及进行锚杆支护。 4 矿房采完后， 为避免漏风及安全考虑， 应及 时在矿房运输联络平巷 中砌筑密 闭墙 ， 且底部预 留 排水孔洞 。 3 ． 5 采矿主要技术经济指标 见表 1 表 1 无底部结构水平层状房柱采矿法主要技术经济指标 高 ① 胬 ／ kg／ t ／ ／t ／ m ／t ①回采率中不包括预留顶柱中损失的矿量。 4结语 实践证 明， 无底部结构水平层状房柱采矿方法 是 回采矿石和缓倾斜矿体 的一种有效 的采矿方法 ， 采准工作量小 ， 工作 组织简单 ， 通风 良好 ， 矿房生产 能力较高 ， 在矿山生产过程中仍要加强管理 ， 总结经 验 ， 逐步完善 ， 力保矿 山正常生产。 参考文献 [ 1 ] 高磊． 矿 山岩体力学[ M] ． 冶金 工业 出版社 ， 1 9 8 6 ． [ 2 ] 采矿设计手册编写组． 采矿设计手册[ M] ． 北京 中国建筑工 业 出版社 ． 1 9 8 8 ． 收稿 日期 2 0 0 7 1 0 - 2 9 维普资讯