和睦山矿采矿方法的改进.pdf

S e r i es No ． 4 38 De c e mb e r 2 01 2 金 鬣 砖 METAL MI NE 总 第4 3 8期 2 0 1 2 年第 1 2期 和 睦 山矿 采矿 方 法的 改进 汪令松王新民 中南大学资源与安全工程学院 摘要和睦山矿采用分段空场嗣后充填采矿方法， 矿房回采到一定阶段形成一定空区后， 采场出现顶板冒 落、 矿柱垮塌等现象 ， 导致矿区矿石贫化率大， 回采率低。通过分析， 矿区矿岩稳定性差是造成采场顶板冒落、 矿柱 垮塌的主要原因， 采用上向水平进路充填采矿法能有效降低矿石贫化率， 提高矿石回采率。 关键词 上 向水平进路 充填采矿 法矿岩稳 定性 冒落 垮塌 I m pr o v e me n t o f M i ni n g M e t h od i n He m u s ha n M i ne W a n g Li n g s o n g W a ng Xi n mi n S c h o o l o f R e s o u r c e s a n d S a f e t y E n g i n e e r i n g ， C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y Ab s t r a c t T h e s u b l e v e l o p e n s t o p i n g w i t h s u b s e q u e n t b a c k fi l l i n g i s a d o p t e d i n He mu s h a n Mi n e ． S i n c e s o me mi n e d o u t a r e a s a r e f o r me d a f t e r t h e r o o m i s mi n e d t o b e a c e r t a i n s t a g e ，t h e r o o f c a v i n g a n d p i l l a r c o l l a p s e h a p p e n e d，r e s u l t i n g i n h i g h o r e d i l u t i o n r a t e a n d l o w t h e r e c o v e r y r a t e ． T h r o u g h a n a l y s i s ，p o o r o r e r o c k s t a b i l i t y i s t h e ma i n f a c t o r o f c a u s i n g t h e r o o f c a v i n g a n d p i l l a r c o l l a p s e ． T h e u p w a r d h o riz o n t a l s t o p i n g wi t h b a c k f i l l c a n e f f e c t i v e l y r e d u c e o r e d i l u t i o n a n d i mp r o v e o r e r e c o v e ry Ke y wo r d s U p w a r d h o ri z o n t a l d ri f t s t o p i n g wi t h b a c k fi l l ，O r e r o c k s t a b i l i t y ， C a v i n g ， C o l l a p s e 和睦山铁矿矿区在前期开采过程中， 其后观音 山矿体主要采用分段空场嗣后充填法进行开采， 但 是 ， 在矿房回采过程中发现 ， 矿房 回采到中后期 ， 顶 板开始 冒落 ， 相邻矿柱出现垮塌 ， 造成贫化率和大块 率提高， 回采率降低， 给矿山生产带来了极大影响 。 因此 ， 找出矿柱垮塌、 矿房顶板 冒落原 因， 采取技术 措施 ， 优化采矿方法势在必行 。 1 地质概况 和睦山矿区后观音山矿段的矿体主要为 2号 、 3 号矿体。2号矿体为隐伏矿体， 位于 1 9 B～ 2 5勘探 线之间。矿体为似层状， 走向长 6 5 0 m， 最大延伸 4 8 5 i n 。矿体厚度为 2 ． 0 5～ 8 4 ． 0 5 in， 平均厚度 2 4 in。矿体走向2 9 0 。 ～ 3 1 0 。 ， 倾向 N E N N E ， 矿体上 部较缓 ， 约 2 0 。 左右 ， 下部倾角 4 5 。 ～5 5 。 左右。矿体 以磁铁矿为主。3 号矿体位于2 O～ 2 3勘探线之间， 在 2 号矿体之上， 与2号矿体大致平行。矿体走向 长 3 5 0 m， 沿倾 向最大延伸 3 0 0 m， 厚度 2～ 3 3 In， 平 均厚度 1 3 in。矿体为似层状。矿体倾向为 N N E ， 倾 角2 O 。 一 3 0 。 。矿石以磁铁矿为主， 有部分半假象赤 铁矿 、 赤铁矿。 3 8 矿体的顶板主要为周冲村组白云质灰岩、 泥质 灰岩 、 钙质黏土岩 ， 少数为闪长岩或辉绿岩。灰岩多 蚀变为大理岩或大理岩化灰岩 ， 钙质黏土岩多蚀变 为绿泥石阳起石角岩 ， 闪长岩化、 高岭土化强烈 ， 岩 石普遍有较强烈 的磁铁矿化和硅化 ， 辉绿岩仅有泥 化现象。矿体的底板主要为 闪长岩 ， 次为大理岩化 灰岩 、 阳起石角岩。矿体的夹石 以大理岩化灰岩、 钙 质黏土岩为主。 2 分段空场嗣后充填采矿法的应用 2 ． 1 开采现状 后观音 山矿体开采主要采用分段凿岩、 阶段出 矿嗣后 充填 的采 矿方 法 ， 已形 成 一1 5 0 、一1 6 2 ． 5 、 一 1 7 5 、 一1 8 7、 一 2 0 0 m 5个水平。其中， 一1 5 0 In水 平 目前 主要用 于 回风及 充填 管道 布置 ，一1 6 2 ． 5、 一 1 7 5 In 为分段凿岩水平 ， 一1 8 7 、 一 2 0 0 in分别为落 矿水平和阶段运输水平。2号矿体矿块划分有 0 、 1 、 2 、 3 4个盘 区， 矿房沿垂直走 向布置 ， 矿 房 、 矿 汪令松 1 9 7 4 一 ， 男， 硕士研究生， 4 1 0 0 8 3湖南省长沙市岳麓区麓山 南路 9 3 2号。 汪令松等 和睦山矿采矿方法的改进 2 0 1 2年 第 1 2期 柱结构参数均为长5 0 m、 宽 1 5 m， 间柱为8 m， 巷道 断面尺寸为3 ． 2 m X 2 ． 8 m。在回采时， 矿山利用中 深孔爆破将 一1 6 2 ． 5 、一1 7 5 m分段矿石落矿至 一 1 8 7 m 水平 ， 后经溜井放矿 、 一 2 0 0 m运输 ， 最终通 过主井提升到地表 。矿房 回采完毕后 ， 采用全尾砂 胶结充填按灰砂 比 1 4对其进行充填。后观音山矿 体 目前已回采 1 9 、 2 、 5 、 3 、 2 6 矿房。 2 ． 2 矿房 回采中存在的问题 后观音 山矿体在 回采 l 9 、 2 矿房时 ， 到 中后期 采场顶板开始冒落， 相邻矿柱在矿柱中部沿切割槽 方向出现垮塌 ， 垮塌大块最大超十几立方米 ， 矿柱凿 岩巷道被破坏。这种采场顶板冒落、 矿柱垮塌现象 在矿房充填前始终存在， 导致矿房回采时大块率大 大提高， 顶板围岩冒落， 废石混入矿石中， 矿房贫化 率提高， 同时造成一部分矿石无法回采， 矿柱回采时 回采率降低。 2 ． 3原 因分析 通过分析， 认为导致采场顶板冒落、 矿柱垮塌的 主要因素有采场结构、 爆破参数、 矿岩稳定性， 需对 这 3个影响因素进行验证 。 1 采场结构参数分析。原采场结构参数为矿 房 、 矿柱均为长 5 0 m、 宽 1 5 m， 间柱为 8 m， 通过改 变采场参数 ， 将 3 、 5 矿房宽度分别调整为 1 3 m和 1 1 m后 ， 矿房仍出现 冒落 、 垮塌情况 ， 说 明采场结构 参数因素不是导致矿房冒落 、 垮塌的原 因。 2 爆破参数分析。爆破参数主要有炸药单 耗 、 孔径 、 最小抵抗线 ， 孔间距 、 密集系数。原爆破参 数中炸药单耗为 0 ． 5 k g ／ t ， 最小抵抗线为 1 ． 5 m， 孔 底距为 1 ． 72 ． 1 m， 边 孔角为 4 8 。 。在 回采 5 、 2 6 矿房时， 采取降低炸药单耗、 增大边孔角、 调整最小 抵抗线和孔底距 等措施 ， 矿房也 出现 冒落 、 垮塌情 况。说明爆破参数不是导致矿房冒落 、 垮塌的原 因。 3 矿岩稳定性分析 。对后观音 山矿体矿岩分 别做抗压 、 抗拉强度试验 ， 得 出试 验结果见表 1 ， 并 按 Q系统 、 R MR和 B Q 3类分级法对后观音 山矿段 的主要矿岩体进行稳定性分级见表 2 。可见 ， 矿体 及上盘围岩稳定性较差， 矿岩稳定性分级定为稳固 性差至极差的Ⅳ ～ V级， 说明后观音山矿体矿岩稳 定性差是导致矿房 冒落 、 垮塌的原因。 2 ． 4 技术对策 矿岩稳定性分析及矿山开采实践表明 ，中深孔 表 1 后观音山岩石试样力学性质 表 2 后观音山矿体主要矿岩体稳定性分级 的分段空场嗣后充填法不适合后观音山矿体开采技 术条件 ， 必须采取具有低扰动爆破特点 的新型采矿 方法 。由于 2号矿体大部分开拓工程及部分采准工 程已按照分段空场嗣后充填法要求进行 了施工 ， 部 分矿块已经 回采完毕 ， 因而增 加了采矿方法和采场 结构参数变更 的难度 。为充分利用 已施工井巷工 程 ， 缩短采场准备 时间， 减少新增采准工程投资 ， 满 足矿 区生产任务要求 ， 采用上向水平进路充填法 ， 以 提高矿石回收率。 3 上向水平进路充填采矿法 3 ． 1 适用条件及特点 1 适用条件 ① 矿岩不稳 固或矿石相对稳 固 的矿床； ②矿体形态不规则， 含有夹石的矿床； ③地 表需要保护的矿床等。 2 特点 自下而上分层 回采 ， 每一分层的回采 是在掘进分层联络道后 ， 以分层高度沿不同走 向布 置进路， 间隔进路采矿。第 1 批进路回采完后立即 接顶充填， 然后再回采并充填另一批进路， 整个分层 采完后 ， 再按进路回采上一分层。 3 优点 ①对探矿控制不够详细的矿体， 可以 通过进路回采来摸清矿体边界； ②矿石回采率高， 不 需 留矿柱 ， 可以通过巷道掘进方式尽可能回采矿石 ； 总第4 3 8期 金 氍 矿 山 2 0 1 2年第 l 2期 ③贫化率低， 采用进路开采， 可剔除夹石， 避免废石 混入 。 4 缺点 ①采用进路回采， 生产能力低； ②回 采进路多， 成本高； ③独头巷道作业， 通风困难。 3 ． 2 在和睦山矿区的应用 根据后观音山矿体矿岩的实际稳定性和该方法 的使用条件 、 特点 ， 最终确定上向水平进路充填采矿 法 比较适合后观音山矿体开采。和睦山矿通过采矿 方法的变更 ， 调整 了开采水平和采矿工艺 ， 目前后观 音 山矿段矿石回采率低 、 贫化率高的趋势得到完全 改善。 1 盘区划分。为充分利用已有工程， 仍然沿 用当前的盘区划分方法 ， 即 2号矿体保持原 0 、 1 、 2 、 3 盘 区， 另将 2号矿体其他部分划分 5号盘区 ， 将3号矿体和伸人3 号矿体下方的部分 2 号矿体划 为 1个盘区， 即4 盘区。 2 采准布置 。设计分层高度 3 m， 首采水平为 一 1 9 3 m水平 ， 盘区巷道作为主运输巷 ， 盘 区巷道与 AA L B T -C 进路宽度均为 4 m， 盘区巷道 、 采矿进路走 向可根据 原已采矿房 、 一2 0 0 H I 穿脉运输巷及盘 区划分情况 灵活布置 ， 每条进路 回采完毕后进行全尾砂胶结充 填。盘区巷道与 一2 0 0 m穿脉运输巷垂直交叉点分 别布置矿石溜井 、 泄水井 ， 泄水井兼用进风井 。在盘 区巷道一侧合适位置布置 2条充填井 ， 兼用 回风井 。 3 回采顺序。按先 下后上原则 ， 同一 水平各 盘区间相互独立， 故回采顺序无特殊要求， 可根据矿 山生产能力要求合理安排， 进路回采系独头掘进。 4 出矿。采用柴油铲运机和电动铲运机联合 装运， 充填体上部不平整时用废渣填平 。 5 全尾砂胶结充填。第 1 条进路回采结束后 充填配比 m 全尾砂 n 固化剂 4 1 ， ； 第 2条回 采结束后充填配比 m n 6 1 ， 接顶处配比 m 凡 4 1 。充填前用砖或沙袋封堵 ， 安设滤水管。充填分 2 次进行 ， 第 1次充填结束后停 1 个班后进行第 2次 充填 ， 接顶率需达到 8 0 ％。 图 1 为上 向水平进路充填采矿法。 1 一 回风巷 ； 2 -- 上中段穿脉 ； 3 m通风充填井 ； 4 一 待回采 的矿体 ； 5 --gN ； 6 一泄水井 ； 7 -- 矿溜井 ； 8 一 出矿巷 ； 9 一运输大巷 ； 1 0 --设计进路 ； 1 1 一分 层联巷 ； 1 2 -- J “ 段巷 ； 1 3 --,段联络巷 ； 1 4 一主斜坡道 。 睦 矿矿体地质条件复杂， 采用上向水平进 参 考 文 献 路充填采矿法后， 矿区矿石贫化率降低， 回采率大大 [ 1 ]刘 铭． 上向 进 路 分 层 充 填 采 矿 法 在 淮 北 矿区 的 应 用[ J _ ． 提高， 矿山技术经济指标明显改善。但该采矿方法 现 代 矿 业,2 0 1 2 6 9 -7 1 主 璧 顶 板 管 1 99 1 颓 会 2 0 1‘2北-0 9 -0 6 耻 理难度大等问题， 需要矿山加强管理。 ⋯ 一”