业庄铁矿采矿方法的现状及其问题与对策.pdf

I S S N l 0 o 52 7 6 3 CN 4 3一l 21 5 ／ 1 D 矿 业研 究与 开发 第 2 4卷 第 3期 MI NI NG R D ，Vo 1 ． 2 4， No ． 3 2 0 0 4年 6月 J u n ． 2 0 0 4 业 庄 铁 矿 采 矿 方 法 的 现 状 及 其 问 题 与 对 策 肖旭光 ， 孙召波， 李健 莱芜矿 业有限公 司 ， 山东 莱芜 市2 7 1 1 0 0 摘要 业庄铁矿水文地质条件复杂， 目前所 用采矿 方法的 残柱矿量达 7 0 ％ ， 且劳动效率低、 安全条件差。为适 应 当前 的技术经济条件 ， 提 出了改进采矿方法的设 想， 并采 用有 限 元法对采场结构参数进行 了优化 ， 得 出矿房矿柱宽度宜 由目 前的 7 m增加至 l 0 ， 1 2 m的结论。建议采取浅孔切顶、 锚喷 支护、 控制爆破等措施 ， 提 高隔水矿柱等的安全性 ， 以解决 目 前 采矿 方法 存在 的 问题 。 关键词 大水矿床 ； 采矿 方法； 隔水矿柱 ； 中深孔落矿 ； 嗣后 充 填 中图分类号 1 D 8 5 3 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 52 7 6 3 2 0 0 4 0 3 0 0 l 9 0 2 The S i t u a t i o n a n d P r o b l e ms o f t h e M i n i n g M e t h o d i n Ye z h u a ng I r o n ] I i ne a n d th e Co u n t e r m e a s u r e s X1 AO Xugu a n g，SU N Zh a ob o ，L I J i an L a i w u Mm i n i n g L t d ，L a i w u， S h a n d o n g 2 7 1 1 0 0， C h i n a Ab s t r a c t T h e h o y d r o g e o l o g i c a l c o n d i t i o n i s c o mp l e x，t h e o r e v o I u l r l e o f t h e r e s i d u a l p i l l a ri s u p t o7 0 ％f o r t h e a d o p t e d mi n i n g me t h o d a t p r e s e n t ．a n d t h e l a b o r e ffi c i e n c y i s l o w a n d t h e s a f e t y c o n d i t i o n i s n o t g o o d i n Ye z h u a n g I r o n Mi n e ．F o r a d a p t i n g t o t h e p res e n t t e c h n i c al e c o n o mi c a l c o n d i t i o n，t h e a u t h o r s p u t f o r w a r d s o me i d e a o f i mp rov i n g t h e mi n i n g me t h od ， o p t i mi z e t h e s t r u c t u r e p a r a me t e rs o f s t o p e b y s u i n g fi n i t e e l e me n t me t h od ， a n d d r a w a c o n c l u s i o n t h at t h e wi d t h s of c h am b e r an d p i l l a r s h o u l d b e i n c r e a s e d f rom 7m t o 1 0 m an d 1 2 m r e s p e c t i v e l y ， fi n a l l y， s u g g e s t s o me me asu r e s s u c h a s c u t t i n g t h e t o p of s t o p e b y s h a l l o w b l ast i n g，a d o p t i n g b o l t s h otc ret e s u p p o r t and c o n t r o l l e d b l a s ti n g as w e l l a s i n c re a s i n g t h e s a f e t y of t h e wa t e r r e s i s t i n g p i l l ar i n o rde r t o s o l v e t h e p rob l e ms e x i s t i n g i n t h e c u r r e n t mi n i n g me t h od ． Ke y W o r d sHea v ywa t e r d e p o s i t ，Mi n i n g me t h od ，Wa t e r res i s t i n g p i l l ar，Me d i u m l e n g t h h o l e c a v i n g ，S u b s e q u e n t b a c k fi l l i n g 采矿方法是矿 山 的核心 ， 直 接对 矿 山 的生 产规 模 、 矿石 的损失 与贫化 、 劳动 生产 率 、 采 矿成 本及 安 全等起着决定性作用， 关系到企业的综合经济效益 及成败 。 1 水文地质条件 业庄铁矿矿床的水文地质条件复杂， 矿体上盘 存在两 大含水层 其一 为中奥 陶系灰岩 ， 岩溶裂隙含 水层， 是矿体的直接顶板， 与南部山区的大片灰岩 面积 1 2 2 k m 相 连 ， 此含水层 含水 丰富 ， 岩溶裂 隙 发育 ， 渗透性好 ， 渗透 系数 k 2 9 ． 5 r a ／ d ， 尤 其是 矿 体北部顶板接触带 ， 岩石 比较 破碎 ， 含 水特 别 丰富 。 另一含水层 为第 四系砂 砾石 孔 隙潜水 含水 层 ， 与 汶 河河床之砂砾石层相连 ， 第四系和潜水地表水 汶 河水 可视为一体 ， 此层厚 度一般 3～5 m， 近 河处 可 达 1 0 m， 富水性强 ， 渗透系数 k ，1 0 0～3 0 0 m／ d 。 两大含水层 由于局部第 三系 岩层太薄或 由于构 造 的破坏而发生互补关 系 ， 根据 1 9 7 5年的疏干实验 资料 ， 13涌水量 可达 l 5～1 7万 m 。 2 采矿方法及存在的问题 业庄铁矿 始建 于 1 9 6 6年 ， 1 9 6 9年底 完成 一 期 工程的建设任务 ， 原设 计 的采矿 方 法为有底 柱 分段 崩落法 ， 设计 规模 为年 产原矿 2 0万 t 。投 产前 在采 准施工 中发现涌水量大 大超过设 计排 水量 ， 1 9 7 1年 起被迫转入 探水 与 治水 。 1 9 8 0年转 为缓 建 进 行排 水 维护。 1 9 8 6年 ， 业庄 铁矿采用 预 留护 顶矿 层隔水 进路 采矿法 回采矿 体 ， 在此 基础 上 ， 矿 山于 1 9 9 0年设 计 采用分段崩矿阶段空场嗣后充填法采矿， 并于 1 9 9 2 年完成简易充填系统 的建设 ， 至此 ， 业庄铁矿运用 了 两种采矿方法采矿 。 预 留护顶矿层隔水进路 采矿 法实际上是一种在 护顶矿层 的保护下 ， 靠 掘进 巷道 回采 矿石 的小 空场 采矿法， 其回采矿石的方法便是掘进 ， 所回采矿石靠 电耙耙 出 ； 阶段 空场 嗣后充 填法 的实 质是 矿块 垂直 收稿 日期 2 0 0 31 21 9 作者简介 肖旭光 1 9 6 8 一 ， 男 ， 山东莱阳市人， 工程师 ， 副矿长， 主要从事采故技术与管理工作 维普资讯 2 0 矿 业 研 究 与 开 发 第 2 4卷 走向布置， 长度为预留7 m护顶矿层后的矿体厚度， 一 般在 3 0 m左 右 ， 中段 高 4 0 1 T I ， 矿 房 、 矿 柱宽 7 m， 分段高 度 1 0 m， 底 柱 和顶 柱高 6 m， 采用 Y C _9 O钻 机凿岩 ， 扇形 中深 孔落矿 ， 电动铲运机在平底 出矿 。 几 年 的开采 实践 ， 暴露 了两种采 矿方 法所存 在 的问题 I 预 留护顶矿层 隔水进路采矿法 开采范围长 达 1 5 0 m， 高 3 0 m， 局部地 段达 5 0 m， 该 范围的矿 体 已呈蜂 窝状 ， 整体 性遭 到 破坏 ， 回采残 柱 约 占矿 石 储量 的 7 0 ％ 时 的安全 条件 差 ， 将 给未来 的作 业 带 来许 多技术问题 和安全 问题 ， 且该采 矿 方法 劳动 效 率较低 ， 采矿成本 较高 ； 2 分段崩矿阶段空场嗣后充填采矿法的生产 能 力大 ， 劳动效 率也 较 进路采 矿 法高 ， 但 实践 证 明 ， 现 用的矿块结构参 数 及采 矿工 艺不尽 合理 ， 由于矿 房 、 矿柱宽度太小 ， 矿 石 回采后不利于矿柱 的维 护和 回收 ， 且上 盘预 留的护顶矿层 在连成一片后 ， 由于跨 度过大 ， 整体强度下降 ， 易产生断裂破坏， 失去隔水 护顶 的作用 ， 另外 ， 由于采 用 中深孔落 矿 ， 爆 破产 生 的冲击波 对护顶矿 层 的整 体性 造成破 坏 ， 并 对地 表 建筑物 有一定影 响。 3新采矿 方法 的探讨 分 段崩矿 阶段空 场嗣后胶结充填法 以其 生产 能 力大 ， 劳动效率 高 、 采 矿成本低而成 为世界充填 采矿 法 的发 展趋势之一 。 业 庄铁矿矿 体形 态规 整 、 厚大 ， 贮 藏 比较 集 中 ， 矿石 和 围岩 中等 以上 稳 固 ， 倾 角 2 8 。～4 O 。 ， 这 些 开 采技术条件， 显然适合采用大直径深孔崩矿或中深 孔分段崩矿的阶段空场嗣后胶结充填采矿法。 但是， 业庄铁矿上盘岩体富水这一特殊条件， 使 得在采 用这种较 先进 的采矿 方 法时 ， 不 能拘泥 于成 法 ， 必须有 所变化 ， 以优化选 择出当前技术经济条件 下切实 可行 的采矿方法 。 I 采场 结构参数 的优化 。业庄铁矿 由于上 盘 岩体 富含水 ， 不容许 开采过程 中及充填前发 生 冒顶 ， 故采场 的稳定性 十分 重 要 ， 直接 关 系到采矿 方法 的 成败 。为此 ， 采用有 限元 数值模拟手段 ， 分析在不 同 结构参数 条件下采 场稳定性 变化状 况。针对业庄铁 矿新开矿体和残矿体 ， 分别垂直矿体走向截取计算 剖面 ， 建立 4个计算模型。对于每一个计算模型 ， 均 分 4步模拟矿体开采 ， 第一步骤为计算矿体原岩应 力场 ； 第二步 骤为 回采矿 房一 ； 第三步 骤为胶 结充填 矿房 ， 回采矿 柱另一侧 的矿房二 ； 第 四步骤为胶 结充 填矿房二 ， 回采 矿柱 。新 开矿体 、 残矿体 阶段高均 为 4 0 m， 残矿 体 内小 空 区尺 寸为 2 ． 5 m3 m， 间距 宽 2． 5 m 。 根据 业 庄铁 矿地 质情 况 和矿岩特征 ， 以及充 填 实测数据 ， 计算所用的参数如表 I 所示。 表 1 计算模型的矿岩 、 充填体力学参数 经过模 拟计算 ， 结合 生产实践 ， 得到的最 优参数 如表 2、 表 3所示 。 表 2 新开矿体采场结构优化参数 表 3 残矿 回采采场结构优化参数 布置形式 矿体倾角 底柱顶柱 护顶矿层厚 阶段高 分段高 采场长 矿房宽 矿柱宽 垂 直走 向 3 7 。～3 8 。 9 m 5 I n 7 n 1 2 5～5 0 m 5 ， 5～7 m 4 7 m 7 ． 5 1 0 m 1 0～ 2 m 2 水的影响 因素 。 目前 ， 业庄铁 矿采用 1 0 m 1 0 m的网度在矿体上盘布置钻探工程。一方面， 可 以探 明矿体边 界 ， 另一 方 面 ， 探 水并 注浆 ， 通 过 注 浆， 试图在矿体之外人工营造一个“ 帷幕” ， 将地下 水挡在矿体外面 ， 以确保采矿工作 的安全。但 由于 这个假设的“ 帷幕” 的有效性尚不能得到充分 的验 证 ， 所 以 ， 在 治水方 案 未有 重大 突破 的前提 下 ， 上 盘 三角形体宜暂时保留， 以确保护顶矿层的隔水性。 3 爆 破 的影 响 。中深孔落矿孔底起爆 易造成 对孔底部位 护顶矿层 的整体性 的破坏 ， 使其护顶 作用大大减 少 以至 于丧失 。另一方 面 ， 由于 中深孔 下转第 3 7页 维普资讯 第2期 翟新献 ， 等 易自燃煤层综放开采采准巷道 支护技术研 究 3 7 6 预防巷道火灾 J 。回采 巷道外端服 务时 间长 ， 受采动的影响 ， 全煤 巷道顶 板 破 碎 ， 漏煤 时 会 出现空顶区， 区内易出现高温自燃发火点 ， 造成巷道 火灾； 一旦高温点进入采空区， 将造成采空区火灾， 所以将巷道护顶材料由荆笆改为菱形金属网， 网上 部铺设彩条布， 然后对巷道 围岩进行喷射混凝土全 封闭， 保证 回采巷道煤体与空气隔离， 防止或减缓煤 体氧化过程， 有效地起到了防止巷道火灾的目的。 3 结论 采 准巷道 位于煤层附近 ， 围岩岩性 差 ， 受采 动影 响造成巷道 变形量大 。在耿村煤 矿易 自燃煤层 条件 下 ， 沿煤层掘进 的采 区上 山 ， 应 预 留巷 道变形 量 ， 优 化巷道断面形状， 减小拱肩煤的体积 ， 采用锚喷网支 护后提高围岩的整体强度 ， 以限制或减小巷道 围岩 上接第 2 O页 落矿每次使用的炸药量比较大 ， 其爆炸冲击波沿同 一 介质衰减；r in d , ， 传播速度较快， 易造成地面建筑物 质点位移量过大 ， 对其产 生破坏 。 针对以上分析 ， 矿房与矿柱的宽度， 不宜太小， 矿房宽度宜定为 1 0 m， 矿柱宽度则以 1 2 m为宜。 4采矿方法改进 的对策 尽管业庄铁矿 目前采用上向分层充填采矿法采 矿 ， 但仍应充分考虑分段崩矿阶段空场嗣后胶结充 填采矿法的具体运用。这是因为浅眼落矿上向分层 充填采矿法与分段崩矿阶段空场嗣后胶结充填采矿 法相 比 ， 有 如下明显不足 1 施工安全性差。落矿及出矿作业人员需在 采场之 内作业 ， 且 作业时 间长 ， 随时面临顶板 浮石 的 威 胁 ； 2 生产效率低下 ， 工人劳动强度大； 3 生产组织复杂 ， 特别是充填准备工作增加 一 倍 以上 ； 4采准工程量大 。 根据水文地质等各方面的条件 ， 业庄铁矿 目前 使用的上向分层充填采矿法应作如下改进 1 在每个开采单元 矿房 的顶部 留有的护 顶矿层下 面 设 充填 水 平 ， 该 水 平 在 回采矿 房 前按 巷道高度、 矿房宽度全面拉开 ， 然后， 采用锚喷支护 等方式 ， 对顶板进行处理， 确保顶板平整， 无浮石等 的变形量 。 易 自燃煤层综放开采回采平巷变形破坏的主要 原因为 上方小煤矿开采造成底部 回采平巷积水， 围 岩软化 后巷 内基本支架钻底 ， 支架工作 阻力低 ； 应将 全煤巷道布置在煤层底板煤矸互叠层上方 ， 采取双 排点柱 加强支护措施 ； 同时在 回采平巷外端 ， 采用喷 射混凝土全封闭支护 ， 防止巷道顶板空顶区内出现 自燃发火点， 预防巷道火灾 ， 以保证 回采巷道的正常 使用。研究结果已在耿村煤矿综放开采中得到了推 广实施 ， 取得 了预期效 果。 参考文献 [ 1 ] 义马煤业集团公 司， 焦作工学院． 易 自 燃煤层回采巷道支护技 术研究[ R] ． 焦作 焦作工学院， 2 0 0 0 ． [ 2 ] 翟新献， 张邦锁， 岑奕． 综放开采 回采巷道喷射混凝土防火 技术研究[ J ] ． 焦作工学院学报， 2 0 0 1 5 3 2 1 3 2 3 ． 隐患 ； 2 对矿房上 盘所 留支 撑上 盘顶板 、 隔水之 用 的三角体矿柱 比护顶矿层厚 ， 与下盘待开采部分 之间的矿石宜采用浅眼落矿方式采 出， 以形成一个 小空区， 隔断待开采矿体与上盘的联系， 从而尽可能 减少爆破震动造成的灾害； 3 下盘待开采矿体采用 中深孔落矿、 阶段空 场嗣后胶结充填采矿法 ， 中深孔排面可采用扇形布 置 ， 亦可在拉开 的凿 岩水平 向上施工平行深孔 ， 严格 控制每次爆破的“ 同段最大药量” ， 使炸药能量分布 均匀 ， 减少大 块 的 产 生及 爆 破 冲击 波对 顶 、 帮 的破 坏 。 上述 改进 方案即考虑 了水 的问题 和爆 破灾 害的 问题 ， 又减少 了施工人员在空 区 内的作业时间 ， 安 全 系数大大增加； 改进后的中深孔落矿方式使大块率 降低 ， 增大了矿房生产能力， 回采强度 、 充填效率也 随之提高 减少了准备时间 ； 采准工程量和采矿成 本随之大大降低， 企业经济效益将随之提高。 5 结 语 任何采矿方法都不是一成不变的。随着生产的 进行 ， 会出现更多的新情况 、 新问题 ， 这也给采矿工 作者提出了更高的要求。但只要按照科学 的方法， 实事求是 ， 就一定会在变化着的生产实践 中找到一 种最宜于当前技术经济和矿床条件的采矿方法， 为 企业创造更好 的经 济效益 。 维普资讯