充填采空区保证采矿工程的安全.pdf

充填采空区保 证采矿工程的安 护夕劝挤, 勺户, 龟沪勺,护, ,挤, ,护”护, , 护,笋;钾,护, 屯护,书沪,,沪,,沪, ,沪, 刁沪,翎夕,勺沪勺 砂沪,欲户, ,护,刁沪,; 沪, 1护,,护, ,护,,护”护,. 护, ,护, ,夕, 呼犷 厂 , 孤 用胶结 充填采 矿 法开采矿床是合理利 用 和保护地下资源的方法 。 这种采矿法能 保证采矿作业安全 , 能可靠地控制随 开采 深度增大的矿 山压力 , 更充分回收有用矿 物 , 提高矿 石 质 量 和 减轻对环 境 的 不 良影 响 。 可是 , 胶结料短缺水泥和磨细粒渣和 充填成 本较高 , 限制了这 砷采矿方法的推 广使用 。 在开采强烈 自然破坏和开采工艺引起 破坏的结 构复杂矿床时 , 控制矿岩状 态是 特别复杂的 。 随着开采深度增大和开采不 同深度的薄矿体 , 增加了解决问题的紧迫 /} 、 } 与乙l _ _ _写沁二二几 尸尸 之之之之 , , 饭乒惫耳 耳 冈冈 乙乙。冬L L L 、火注二一 乙。少 乙lo L Ll 图 1 采场周围岩石的破坏方式 a一整体岩石搜 盖层;6一利用岩 石的承载能力形成的自然平 衡 拱 ;。一自楔拱内的岩石崩落; 反盖岩石崩落至地表 ; L 。 和 L , 一 分别 为巷道安全平顶板的未支护 跨度和极限跨度 , m ; H一拱的埋 藏深度 , m ;. h 一削弱带高度 , m 性 。 囚此 , 寻求降低充填成本的途径和 开采 过程的安全性是重要的科研和实际课题 。 硬岩矿床的特点是在固结带内图1 山于顶板下层结构块的自楔作用形成了承 压结 钩 。 在这些采掘条件下 , 如果 没有破坏边 界条件和底部采空跨度不超过极限值图 1 中 a 和 6 , 那么将在覆盖层保护下安装支 架和进行充填 。 因此 , 可以使用最低强度的 充填料小于 1 . ZMPa 充填孤立的采空区 。 视所用采矿方法而定 , 充填料的强度取决 于充填体垂直和水平暴露面的稳 固性 。 充 填料的最低强度是根据巷道上部固结拱内 的岩石载简计算的 。 由于合理组织作业可 以降低充填料的强度 。 实际 上采用了两个步骤 开采 的工艺方 式 。 第一步骤开采矿房 , 然后用胶结充填料 充填采空区 , 当充填体达到所要求的强度 后再开采二步骤矿房 . 如果回采一步骤矿 房不引起困准和采空区用低强度充填料 充 填 , 那么在开采二步骤矿房时拱的跨度将 增大 , 岩石应力也会增加图 2 。 在 二 步 骤 矿房上部形成二个拱 其一 是开采二步骤 矿房形 成的 , 另 一 是受一步 骤矿房拱的影响形成的 。 因此 , 分二步骤开 采矿体时 , 应针对 拱的最大高度条件选择 充填体的强度 。 如果需要的充填体强度大 于可能实际采用的低强度值 , 那么所用不 同强度的充填料应由不同处理条件采空区 的几何关系决定 。 在阶段范围内沿走向连 续回采矿体时 , 能形成最有利的条件 。 在这 种情况 下 , 在采 空区上部存在岩石卸载带 , 在卸载带处 , 拱 基一边支承在最近的矿 柱 上 , 另一边则支承在连续充填体上 。 充填体 DOI 10. 13828 /j. cnki . ckjs. 1992. 34. 004 翻 / 者礴 可卜 呀着 LZI 幸厂 顶 七 资口 / 「 了 今 ” 黔 直接顶板 脚脚脚脚脚去去 门门 黝黝 口口口口口口口口口口日日日日日 口 , , , 认认认认认认认 , , 毛弓 二 城 屯立 ⋯七七 。 犷释 ; I f育丰 、 图 2 根据稳固性确定采场平顶 板允许跨 度的方法 一未支 护的暴露面跨度 . 6一 用人工 矿住分成平顶板稳固区段 ; B一采场影响带; 建立不同强度人 工体的方法 ; L一老顶末支护 景露面的允许跨度 , m.b一老顶岩层的离层厚度 , m川。 和d。一分 别为老顶和直接顶板结构的垂直高度 . m . L一安全平顶板的实际 跨度 , m ; h一采场高度 , m 。一 倾角 ,度; 9。中/2一岩石移动角 , 度 .6 和场一主应力 , MP。 。 随时 l川 降 低 , 而且 会 增 高 , 因为 水泥块的强 度随时间而 增高 。 视岩石 物理力学性 质和 回采工 作组 织 而 定 , 胶结 充 填体强度按 其 承受应力 的大 小确 定 。 胶结充 填料的分类 列 入表1 。 视充填 料 的 功用 、 各组分 性 的垂直暴露面经受由其 自重决定的应力 , 结 果 , 可能降低充填体的强度 。 可以通过爆破破坏核查充填体的强度 。 如果爆破 作用 于充填体表面的法向应力不 超过充填体的强度 , 应认为 充填体是稳定 的 。 在充填体强度为 2一4Ma P 和一次炸药 用量6 t 每段起爆 l . t Z 时 , 充填体能保持其 稳定性 。 同时爆破的炸药数量可以通过 起爆 段数进行调整 。 根据实际资料 , 采用直径6 7 一 7 5m m的深孔落矿和炸药消耗量小于 50 0 kg 时 , 不会破坏强度为 。 . 5一1 . 6MPa 和暴 露面积达 15 0m , 的垂直充填体面 。 胶结充填体的强度随时间延长逐渐增 长 。 头 6个月充填体强度迅速增长 。 就新水 泥炉渣胶结充填料而言 , 充填体强度头 3 个 月 增 加 2 0 一30 , 经过 6个 月 增 加 5 0 。 用最低强度充填料充填的采空区 , 在开采相 邻矿房时充填体能直立 , 则可以认为其强度 是足够的 。 充填体暴露面暴露的可行性不会 质 、 制备和运输工艺及设备的不 同 , 自然和 工艺因素对胶结充填料强度的影响程度相 差很大 0 . 1一1 5 . oMPa 。 可是 , 实际 上胶结 充填料的强度比额定值低5 0 一 7 5 。 在这 种情况下 , 胶结充填体和采空 区的状况是稳 定的 。 表 1 强强度等级 级 用途 途工作条件件 低低强度度建立 矿房侧侧平顶板 , 无岩 岩 帮帮帮帮 石载荷 荷 中中等强度度限制采空区 区 承 受固结结 的的的影响范围围带 内的岩岩 石石石石载荷 荷 高高强度 , , 把暴露 的 岩岩承受至平面面 2 . SMP a a a 体划分为安安 或 另一水 平平 全全全跨度 度的岩石载荷荷 北哈萨克斯坦的这个待研究的矿床由 处女地矿物化学公司在进行开采 。 矿体为急 倾斜 , 处于钩造破碎带内 。 用露天 和地 下 法 开 采 矿床 。 地 下 部分采用嗣后胶结充填的分 段 采 矿法 。 矿 房 上 部 和下 部底桂胶结充填料的 组分和强度分别如下 3 0 0 4 0 0 一号矿 渣硅酸 盐水泥 用量 40 和 80kg/m , ; 炉 渣用量 400 和 420kg /m ,; 砂 砾 混合料和 碎 石 13 50 和 z 3 0 0kg/n、’; 7 { J 350 和 36okg/m ’; 于 1 1水 率J匀 不大于 4 ; 充 填 体强度不 小 于 2 . 1 和 3 . SMP a; 充填体的极限抗剪强 度 13 0 一 1 60和13 0一160MP a 。 研究工作是在充填容积约为 8 0 k 0 m 3 采 空区的情况下进行的 。 用从搅拌机 ,,取 出的 50 0 0 多个试样检查了胶结充填料的 质 量 。 结果证明 , 各矿房的胶结充填料强度都 低于额定值“ 。 用 测量应力和应变的方法 险查了胶结充填体的隐定性 。 胶结充填体的 强度与额定道的偏差为2 0一5 0 , 但 没有 发现危险变形 。 外贝 加 尔 一仃色和 稀有金属 矿床采用水 平分层下向回采 , 空区用强度为 2 . 2一 5 . 6M a P 的胶结充填料充填 , 在这种条件下 获得的资料证实了上述结论 。 表 2 充充填地点 点各组分消耗量 , , 充填体的 的 k k k k kg/m , , 额定强度 度 MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMP a a a 水水水泥 泥护渣渣砂子子水水水 底底住 住 10 0 0 020 0 0 014 38 8 8370 0 01 . 5 5 5 一一步 骤矿房上部 部 60 0 0240 0 01 43 5 5 53 70 0 01 . 0 0 0 心心心 30 0 027 0 0 0143 2 2 2370 0 00 . 7 5 5 5 二二步骤矿房上部 部部部部部 、、 为险查选择胶结充 填料各组分的正确 性 , 研究了以下钊料 40 0 号波特兰水泥 ; 当 地采砂场的砂 , 其 中含钻土 和淤泥质颗粒 一 3 、 密度 . 6 , 、 比表面 积 6 . 9,,飞’/kg 、 粒度大于 s n 、n、 的颗粒含量小 于 l乡石 ; 磨细的位渣 , 密度 2 . 83t/ n 13 、 比表面 积 7 . 6 7m , /kg 、 粒度大于s mm的颗 粒 含量 小于 8 . 3 。 与充填地 点 和质量有关 的胶结充填料 的强 度列入表 2 。 在 室内阳生产条件下研究胶结充填料 的结果人明 , 两者的强度是不一致的 。 这首 先兄 因为不 可能膜拟制备充填料的气候 、 大 气和漏度 条件 。 又1于尺寸 一育限、 被废石 和平衡表内矿 石 分离的矿 段组 合体构成的矿床而言 , 待采的 矿体厚度 不 超过允许极限跨度 , 在此情况下 可形成 岩石支撑结构和 矿房处于卸压带内 。 在这些条件下胶结充填体的单 轴抗压 强度 没有决定性的意义 。 胶结充填体的稳固性 、 工作的安全性和矿 石的回采率指标首先取 决于充填体的水平和 垂直暴露时的完整性 。 如果胶结 充镇体的强度 低于 立方体试块的 试验强度 , 那么应根据暴露面的尺寸修正胶 结充填体的强度 。 实践证实 , 从充填体中取芯确定强度的 方法是低效率的 。 例如 , 在充填体强度小于 ZMP a f 1 在砂子中存在大 粘土包裹物时 , 不 可能 获得 适于作 试 验 的 充 填体芯 。 用 II KP一10 0M 钻机取充填休芯 , 取出前充填 体芯旱已受到破坏 。 在试验脸验试块强度时 , 变差 系数介于 7 . 7;百50 , 这超过允许值20写 30 , 而 试验充填体芯强度时 , 变差系数为1 8 . 8一 7 3 . 4 。 充填体芯和检验试块的强度 涣算系 数为 0 . 2一0 . 5 , 这使得这种方法尤其是恨据 充填体芯的强度试验是不能接受的 。 Rol92oZ一8周正谏 三也 10 0 2 4 t/n i