下向高进路胶结充填法在富家矿的实践(1).pdf

下向高进路胶结充填法在富家矿的实践 北京有色冶金设计 研究总院 t lt 1． 7 g △ 吉 林 镍 业公 司富家矿 李井富 ’ 【 摘要 1富家矿矿体极不稳固 采用 下向高进路腔结充填法． 以露天矿虚石为骨科， 矿山自翩F w一 1 概况 吉林镍业公司位于吉林省磐石县红旗岭 镇，直 属中国有色金属 工业 总公 司。公司下 属有富家矿， 大岭矿两 个矿 山以及选矿厂 、 冶炼厂、精炼厂，机修厂、劳动服务公司等 十几个二级企业。现有全民，集体所有制职 工近万人，为我国仅次于金川公司的第二个 大型镍生产联合企业。 吉林镍业公司始建于1 9 6 0 年。富家矿和 ※ 来 * 8 { f ※ 祷 米 * ※ * 8 { f * 鞭 大蛉矿上部矿体 均采用露天开采 ，开采矿 量 均占其总矿量的1 ／ 3 大岭露天矿于1 9 8 9 年闭 坑，富家露天矿于1 9 9 1 年闭坑。两 矿 的2 ／ 3 矿 量要 甩地下开采 的方式采 出。 为了顺利 实现 由露天开 采过 渡到地下开 采，吉林镍业公司于1 9 7 9 年委托北京有色冶 金设计研 究总 院进行 两个矿 山地下开 采的可 行性研究，1 9 8 3 年进行初步设计，1 9 8 ,1 年中 国有 色总公司批准 了该 项初步设计 ，由于资 金原 因，决定 首先建 设品位高 、储 量大的富 地段 广义的矿体 ，包括表阿矿体 ，表 外矿 体 及矿体 问无 矿段在内的长度 比。 计算公式； 告 式 中K， 含矿 系数j L 表 内矿体 长度 ， ， L。 包括 表内矿 体 、表 外矿体和矿 体 间的无矿 段长度，i n 。 从理论上 讲，当含矿 系数 K 1 时，表 示矿体连续 ，反之 ， K， 愈 小，矿体 连续性愈 差 。 2当矿床地质勘探阶段探获的储量 均为D级储量，且矿体连续性较差时，可 选 择矿床中主矿体沿走向或倾向上连续性较差 的剖面或平面 ，计 算含矿系 数，参考该含矿 系数确定 设计范围 内D级储 量的利用系数。 4 ． 2 ． 2 用类 比法确定 D级储 量的利 用 系 数 对于不适 甩上 述方法确定D级储量 利 用 系数时，通常可参考已开采或经矿 山生产探 矿验证的类似矿床D 级储量探采对 比资 料， 做为确定设计范 围 内D 级 储 量 矿体或 块 段是否需要给定利用系数的依据。采用类 比法确定设计利用储量时，其前提是两个矿 床在勘探类型，矿床类型和矿床地质特征上 具有类比性，同时也应考虑其它 的 影 响 因 素。 此外，当一个矿床中C 级储 量 和D 级 储 量地段矿体连续性均好，品位、厚度变化系 数较小时，设计中对达到或基本达到D级 勘 探网度的设计范围内D 级储量可全部利 用， 或为稳妥也可 以重新圈算储量后在设计中利 用 。 责任编辑周致勤 一 2 2 一 有色矿 山 1 9 9 5 ．3 ～ 一 颀 一 一 维普资讯 家矿地下开采工程。1 9 8 5 年开展 施 工 图 设 计，1 9 8 5 年至1 9 8 9 年施工建设，1 9 8 9 年试车 投产，1 9 9 i 年达产。经过几年生产实践，各 项技术经济指标均达到或者超过 了 设 计 指 标，顺利实现了由露天开采过渡 到 地 下 开 采，为选矿厂提供了充足的原料，为吉林镍 业公司生产和社会稳 定做 出了突出的贡献o 2 矿床地质及 开采 技术条件 矿床赋存于 7号 岩体 中，属大 型岩 浆硫 化镍矿床。含矿岩石主要为斜方辉岩和蚀变 辉岩 ，均 渴超基性岩体 。矿 体走 向 长 度5 5 0 7 5 0 m，平均水 平厚度1 5 m， 倾角7 0 。 ～8 O 。 ， 最 大 垂深5 0 0 m。矿石硬度 系数f 4 ～6 。 矿体内部的构造压碎带和蚀变带比较发 育，压碎带呈各种碎块状，蚀变成绿泥石、 滑石等薄膜 ，极易脱落。矿体属于不稳固和 极不稳 固岩体。矿体上盘 ，浅部为大理岩 ， 花 岗质 片麻 岩，深部为 黑云母 片麻 岩，属中 等稳固岩体。矿体下盘，均为黑 云 母 片 麻 岩，片理 比较发育，易风亿和泥化，属于不 稳 固～中等稳 固岩层。矿体 跟围岩 接触 的所 有部位，特别是下盘接触带， 由于成矿的冷 凝作用，形成了完整的压碎带， 厚 度1 ～5 m， 是最 不稳 固地带，一旦揭鼹，立 即 冒落 。 3 采矿方法 3 ． 1 采矿方法选择与 比较 根据矿体稳 固性较差的特点，初步设计 提 出三种 可能采 用的方 法，即分 层崩落法 、 分段崩 落法和下 向分 层胶 结充填法。 由于分 层崩落法术材消耗大，生产能力低，近年来 国内外很少采用，所以设计中只对分段崩落 法 和下 向胶 结 充填法 进行 了详细的 比较。 推 荐用后者。针对下向胶结充填法 生 产 能 力 小、采矿成本高的缺点，设计采用高进路回 采以增大生产能力，在实际生产中又发展为 六 角形 高进 路。 利用露天矿废石 为 充 填 骨 料，矿山 自制F w一矿用充填水泥为胶 结 材 料有效地控制了生产成本，使下向高进路胶 结充填法在 富家矿应用很成功。 3 ． 2 下向高进路分层胶结充填法 ‘ 下向进路分层充 填法回采工作实质就是 巷道采矿。采空盼进路用低标号混凝土整体 充 ，回采完 一个分层再下 降一 个分 层，下一 分层的 回采 作业便在 上部充 填体下面进行。 所谓高进路就是 断面为4 m4 m的大 进 路 ， 是普通下向进路断面2 m2 m的4 倍，因而生 产能力 比普通进路高很多。在充填方面，一 个分层的所有进路 单号或双号可以一次 充填，不必象普通进路那样必须逐个充填， 因而减少了封闭工作 量，节约了木材，缩短 了循环时间 ，有 利于提高开采 强度。本方法 由长沙矿 山研究 院首先在 金川 龙首矿试验 成 功，并 己应用于生产，积累了许多经验。 由于富家矿矿岩 十分破碎，第一分层回 采采用断面为2 m2 m的普通进路，第 二 分 层 间 隔回采，只采单号 或双 号 进 路 ，断 面 宽 x高为4 m x 2 m ，第三分层开始 高 进 路面 采。 由于第 一分 层 回采是在 破碎 的岩层 中进行， 因而完成全 面 回采和胶 结充填为 以 下分 层回采形成完整 的保 护层是 非 常 重 要 的。第一分层进路采用锚杆吏护。必要时加 金属网。设计推荐中国煤炭科学研究院建井 所研制的水泥药卷锚杆。 该种锚杆使用方便 ， 不用附加任何设备，很适合在采场中应用， 锚固力大 ，每孔用2 个药卷，杆体用 1 4 螺纹 钢 ， 锚 固力选8 t f 1 t f 9 ． 8 0 6 6 5l 0 。 N 以上 } 安装后能速凝，3 O 分钟后便可承压}价格便 宜，全套成本仅为涨壳式的2 ／ 3 ，管 缝 式的 a ／ 2 。充填前， 在进路底板敷设钢筋网，纵向 敷设 3根 1 6 ra m钢筋，横 向 敷 设 i O m m钢 筋，间 距i m，再 用锚 杆 把钢 筋网 吊挂在进 路顶板 上， 底部留有1 5 0 mm间 隙。钢筋网作 用是加强充填休整体性，不仅 第 一 分 层需 要 ， 以下各分层都需要 。 正常高进路回采采 用垒 断面梯 段 式 推 进 ，7 6 5 5 气腿式凿岩机 凿岩 ，水 平 炮 孔 落 一一一一一一_⋯一⋯一⋯ 一 2 3 一 下向高进路腔结充填法在富隶矿的实跷一高士 田 维普资讯 矿，1 4 k W电耙出矿，再经分层道2 8 k W 电耙 倒运至溜井中。采场通风，新鲜风流由矿块 两边的人行 浅水 井上行 至分层道 ，进路爆破 后，用局扇将污风排至采场上部回风井。 3 ． 3 天井 钻机在 采矿中的应用 根据采矿工艺要求，溜矿井，人行浅水 井等采准工程都布置在矿体下盘与围岩接触 带上，该地带矿岩最不稳固，天井掘进成为 技术 难题 。设计推荐 长沙矿山研究 院研 制的 T YZI S 0 0 型 天井钻机掘进天井 ，该 钻机具有 矮 ，小、轻的特点，主 机重5 ． 5 t ，能通 过2 m 2 m断面的巷道。钻井直径 为1 ． 5 m，钻 进 深度可达 1 2 0 m，钻井 角 度6 0 。 ～ 9 O 。 ，导 孔 直 径 为 2 5 0 ram。 采用上扩法掘进天井。将钻机安装在上 中段碉室内，硐室采用喷锸金属网支护。先 用牙轮钻头向下钻一导孔与下中段贯通，然 后换上扩孔刀 具，由下而上切 削岩层扩 孔 由于用钻机直接钻进的天井直径 为1 ． 5 m， 不 能满 足需要，所 以还要从上至下用爆破法扩 井，支护，才能投入使用。 富家矿使用天井钻机，在一 年 多 时 间 内，先后 掘进 了2 O 条天井 ，每条天井深度5 2 ～ 5 5 m，倾角7 0 。 ～8 O 。 ，月掘进进尺1 0 0 m， 月综 台进尺 包括扩井 ，支 护 ， 4 0 m。 3 ． 4 采 矿设计及实际技术 经济 指标 经过几年的生产实践，采矿工艺在 实际 生产 中不 断改进和完善， 各项技术 指标太部 分达 到和超过 了设计指标 ，比较 结 果 见 表 1。 表l 富家矿采矿设计与实际主要指标 4 充填系统 4 ． 1 充填体 强度 的确定 下向胶结充填法的各项作业是在充填体 下完成的 ，因而 对充填体强度 要求很严格。 冶金矿 山安 全规程 规定 ； 下 向胶结充 填法充填 用混凝土标号不得 低 于 5 O ，如 加 钢筋 同，则不 得低于4 O 一 。根据我国 许 多 下 向充填法 矿山多年实践， 有 色金 属采 矿 设计规范 规定 “ 下 向分层 充填 法的分层 假顶，尤 其是 第一 、二分层 的假 顶， 必须充 填完整坚实， 充填体 强度应为3 4 MP a 。 富家 矿地 下开采 初步设 计时 间较早， 当 时确定充填体设计强度为5 MP a ，经过 几 年 的实践， 充填 体强度 3～ MP a 是能够满 足 安全生产 要求 的。 因此富家矿充填体强度确 定为 3 ～ 4 MP a 。 4 ． 2充填材料的选 择 4 ． 2 ． 1 充填材料来源 充填材料来源有富家矿露天 剥 离 的 废 石，约1 3 0 0 万m 。 ，完全能满足充填的需要。 选矿厂尾 砂， 分级后 太于4 0 g m的粗 尾 砂 产 量为2 3 0 m 。 i d ，也能满足充填需要。冶 炼 厂 电炉水淬渣，产量为1 5 0 m ／ d ，加上多 年 堆 一 2 4 维普资讯 放 的水 淬渣，配 上尾砂，也就 满 足 充填 需 要 。 4 ． 2 ． 2充填材料强度试验 吉林镍 业公 司科 研所 对各种充填材料进 行不厨配比的试块压力试验，主要结果见表 2 o 裹 2 充填 材料试验强 度 试蟪 编号 配 比 水诧 尾砂 水淬渣破砟后废石 水 灰比 苎 里 璺 竺 竺 或浓度 啊 2 8 d G D d 废石一 】 】 废石 --2 】 7 K 淬洼 一 l 7 K 淳渣 --2 水淬渣一3 l 尾砂 一 l l 尾砂 一2 】 注 酸碎 废石为 片脬岩 ．粒 匿为 一5 ram砂子级 占 3 0 和． 4 ． 2 ． 3 充填材料 选择 从表 2可见，单 用尾砂傲充填料不能 满 足充填 体强度 要求。尾砂加水淬渣 虽然在 强 度方面达到要求，但尾砂要用管道从选厂输 送到富家矿，距离8 k in，水淬渣要用汽车运 输，远i g o k m。水泥、昆砂、水淬渣三 种材 料的充填 系统和计量都 比较复杂，而且冬 季 尚存在选厂停产无尾砂供应的问题。用露天 矿废石傲 充填料最大 优点是就 地取 材，废石 场最近处距充填站仅几十米。废石加工或充 填科 ，加 工费 用低于水 淬渣运费，而且 与水 淬渣 同样 配比，废 石充填体 强度高。 因此选 用露天矿废石为充填材料。露天矿废石经二 段 开路破 碎，其粒度组成见表 3。 袭0 破 碎废石粒度配表 从表 3可见， 粒度 大于5 ram的碎石级比 例为7 5 ． 1 8 ％，小于5 ram的砂子级为2 4 ． 8 2 ， 小于设 计 3 O 比例 。矿 山在 生产 中，通 过调整圆锥破碎 机间隙，多选取 细料多 的原 料等措施，尽量增加细粒级含量，使其接近 设 计要求，增加混 凝土和易性， 从而 提高充 5 mm碎石 级 占7 0 嘶 ． 填体强度。 4 ． 3 胶结材料 设计选用胶结材料为4 2 5 普通硅酸盐水 泥 ，充填材 料配 比见表 4。 裹4 充填科设计配比 矿山投产后最初几年，实际使用的磐石 水泥厂4 2 5 ‘ 水泥，由于运输及 贮藏过程中等 多方面的问题，有时检验只有3 2 5 ，每立方 米充填料实际配比见表 5。 裹5 充填料实际配比 水．k g水泥．k g碎石．k g ／m 水 水泥 碎石 3 】 7 2 8 8 】 4 5 0 ／1 ． 1 0 3 】 ． 1_ l 5 富家矿水泥用量大，每年 约2 万t ，运输 及 贮藏 均存在 许多 问题 。而且市 场变 化大． 供应时有中断，严重影响了生产。吉林镍业 公司科研所研制出一种F w一矿用充填水泥， 该种水泥仅外购1 5 ％的水泥熟料和少量外加 粼，以炉渣为主要原 料 研 磨 而成，标号为 3 2 5 ‘ 。经吉林市水泥产品质量监督检验站和 吉林省建筑工程质量检测中心等单位检验， 认为产 品合格 。其 主要技术 指标 见表 6。 下向高进略腔结充壤法在富家矿的实践高士田 一 2 6 3 3 0 6 Z 4 4 3 3 2 0 0 椰哪 帅 维普资讯 袭6 F w一矿用充填水泥 主要 技术指标MP a Fw一 矿用充填水泥 充填料配 比表 见 表 表7 充填料配 比 富家矿使用 F Ⅳ一矿用充填水泥于1 9 9 3 年 4 月至1 2 月进行 9 个月工业试验，共计充 填空区4 4 6 7 1 m ，使用水泥1 3 3 7 0 t ，废 石 骨 3 7 2 5 9 m ，采出矿量1 4 ． 5 万t 。充填体强度 基本上达到了设计要求，保证了安全生产。 1 9 9 4 年富家矿全部应用这种水泥，至1 9 9 4 年 l O 月， 已采 出2 0 万t 矿量 ，水泥用 量1 ． 6 万 t 。 虽然水泥单耗比4 2 5 普通水泥高，但其成本 却低得多，总体效益是不错的。 4 ． 4 充填系统 充填系统的设计能力按 3 倍采矿平均能 力设计，1 9 9 4 年实际月最大充 填 能力为1 ． 2 万m 。 ，改变了充填落后于采矿的被动局面。 实际证明，采用 充 填 法 生产的矿山，充填 系统设计 能力留有足够的 余地是正 确的。 富家矿充填系统由地表废石破碎车间， 水泥制浆站和坑内充填系统组成。破碎后的 碎石，由砂石井下放至坑 内，用皮带转运至 境内搅拌站。水泥浆用管道经营道井、皮带 道输送至搅拌站，水泥浆与充填料用漓槽方 式 自动混合制成混凝土，再用电耙接力方式 输送到采场，采场进路及分罢道靠 自流输送 充填。 4 ． 5 充填体实际强度的测定 第一分层采用磐石水泥厂生产 的 4 2 5 ‘ 普 通水泥，其测定的充填体抗压强度见表 8。 第六分 层 以下，采用F w一矿 用 充填水 泥，水泥标号 3 2 5 ’ ，测定的 充填体 抗压强度 见 表9 。 表8 充填体抗压强度 第 1 分层 矿头号 养生天数．d 平均抗压 强度．MP 4 袭9 充填体抗压强度 第 6， 7分层 块矿号 养生无数．d 平均抗压强度．MP a 8D 7 B O 5 8 0 3 80 l 8 0O 平 均 从表8 和表9 中数字对比看，用磐石水泥 厂4 2 5 普通水泥比用F w一矿用充填 水泥充 填体 强度 高 。这 里应 该指 出，在 回采 第一分 层对 ，为 稳妥 起见，充填体的水 泥耗量 比设 计指标商 一些， 因此 比较基础 不一 样。从富 家矿几 年的生产实践看，无论用普通水泥还 是用矿山自产F w一矿用充填水 泥，其充填 体强度均能达到 有色金属采矿设计规范 规 定的3 ． 0 ～4 ． O MP a 指标。 均能 满足矿 山安 全 生产的 需要。 5 存在问题和改进方向 富家矿为 露天开采 转地下开采的矿 山。 在夏季，暴雨经常危害坑内生产的安全。虽 然在露天开采结束后，在露天 矿底板敷设一 层厚度为 l ～2 m的嘱 凝土底板 ，但还 是 抵挡 不住1 9 9 1 年那场百年不遇的洪水的侵袭，造 成淹井事故。虽及时 抢 救，很 快 恢复 了生 产，但是 隐患没有根除。为保证地下开采的 一 0 6 一 有色矿山--i 9 9 5 ．3 地％ 船舶舫 批 删 糊 维普资讯 预裂爆破在大直径深孔采矿中的应用 1 预裂爆破的实质和机理 预裂爆破是5 0 年代在光面爆破基础上发 展起来的一项控制爆破技术。我国7 0 年代开 始应用 ，至今 已在 地下及 露天工程爆破 中获 得了广 泛应用，并 取得了很大成功。预裂爆 破技术在露天采矿中应用较多，但在地下大 直径深孔分段崩矿中，应用该技术控制矿柱 和围岩的垮落， 目前国内外尚无先例。 预裂爆破的实质是沿设计的开挖边界钻 一 排较密集的预裂孔，减少装药量，并采用 不耦合装药，超前爆破区的主爆炮孔起爆这 些预裂孔。从而 沿设计的 开 挖 面 将 岩石拉 断，形成 比较 平整的预裂 缝， 而不破坏预裂 孔孔壁 岩石 。如 果选 择的爆破 参数合适，预 裂缝的宽度可达l 2 c m 。预裂爆破不仅避免 了超爆，更重要的是 由于预裂缝的生成，当 主爆破孔爆破时，产生的爆破地震波传播到 预 裂面 时被 吸收反射了大部分能量，从 而大 大减少 了爆 区地震 波对未爆岩 体 的 破 坏 作 用。根据露天矿实测结果，预裂面减震效果 可达 5 0 ％～ 0 。 对预裂爆破裂缝发展过程的光弹试验表 明，预裂面首先出现于孔壁，而不是出现于 二孔连线 中点，故预裂缝生成的机理可认为 是；当预裂爆破后，爆生气体 以相 当高的压 力突加在 孔壁岩体上，由于相邻预裂孔的存 在，改变 了孔壁附近介质的环 向应力分布， 造成了炮孔中心连线方向的拉应力集中。如 图1 所示， 由于岩 石只会受拉 或 剪 切破 坏， 而 岩石抗拉强度最小 ，所 以在 孔中心连线方 向产生的环向集 中拉力，首先超过岩石的抗 拉强度，从而产生裂 缝。在孔内高压气体的 准静态作用下产生的裂缝，其长度并不大。 但此时爆生气体楔入裂缝，进一步改变了岩 石的受 力状态，使裂缝尖端区域的应力强度 因子犬于岩体的动态断裂韧性，导致裂隙在 开裂方 向上 即孔中心连线方 向形成 张开 型断裂 破坏。 当爆生气体对 孔壁的作用持续 一 段 时间后 ，炮孔空腔体积 增大，加之 气体 鞠 础 许 醑 糊 鞘 瀚 瀚 黼{I 。 ；{ 鞫 精 璐 端 黼 { 8e {f 糕j I e 端 * 糊 安全，吉林镍业公司与北京有色冶金设计研 生产需要，但工艺流程复杂，特别是充填料 究 总院台作，试验用高 水基 充填 技术回采 露 经过砂石井和 电耙 道时，多 次 棍 进 矿 内酒 天矿底 板下第 1， 2分 层矿体。 由于高水 基 水 ，改变 了设 计水灰比， 降 低 了 充 填体 强 充填材料强度高，密实性好，能形成完整隔 度，也加大了水泥消耗，提高了充填成本。 水层，有效地阻止露天矿坑 水 对 坑 内的渗 为此，富家矿已着手进行充填系统改造的研 透。现在这项技术正在试验中，期待能获得 究工作，简亿工艺流程，降低充填成本，使 较好 的效果 。 富家矿取 得更好的经济效 益。 此外，富家矿现有充填系统虽然能满足 责任编辑周致勤 预裂焊 破在大直径舔孔采矿中 的应甩李周簿 ～ 7 ～ 采讨 一 ；r ●f 矿 ，进， l 崩 L 器 塑 曼 铜 一 蒸一 ． l蛆．， 艚 维普资讯