在胶结充填体中筑构巷道的工业试验.pdf

在胶结充填体中筑构巷道的工业试验 最近几十年 来 , 胶结充填采 矿 法在 稀 有 、 有色和 黑色金 属矿床的开采中获得广泛 的应用 。 煤炭工业部所属 矿山也 开始采用类 似的技术 。 虽然不断改 进这 种 采矿方 法 , 但 仍有许多潜力未发挥出来 , 其 中 之 一 就是 在浇灌液态充填体过 程中在其 中构筑 工艺 巷道 。 计算表明 , 使用充气 、 充水或既充气又 充水 的软模壳 , 可以解决这个问题 。 但是 , 工业试验表明 , 如果模 壳尺寸大 , 筑构巷道 的成 木就高 。 这是因为 需要克服模 壳在 液态 充填 料中 的极 大 浮 力 。 例 如 , 模壳 直径 2米 时 , 1米长度上的浮力 , 充 气模壳为 6 . 2万牛 顿 , 充水模壳为 3 . 1万牛顿 。 克服 这样大 的浮 力 , 需要提高模壳织物的 强度 , 使用大的紧 固件将模壳固定在规定 位置 上 , 并限 制充填 料柱的高度 。 这 就显著降低了这种方法的 工 艺适应性 。 因此研究了用易买到沟廉价织物制 成小 直径模 壳以改进 采 矿方法 .丫 沙途径 , 在 下翔句分 层充填法充填 的底板上坑构工 艺巷道就是这 种发展方向之一 。 这种筑构巷道的方 式如下 见 图1 采区胶结充填前在底板 上铺好模壳1 , 将其 充水或充气后定位 。 如果巷道高度低 于 3 . 5 米 , 用支撑在顶 板 上的立柱固定 ; 如果巷道 高度大于 3 . 5米 , 则用锚杆锚定在 底 板 上 。 然后进行胶结充填 。 待充填体达到需要 的 强 度后 , 放掉水 或气 , 回收模壳 重 新使用 。 随 着充填工作的进 行 , 可以不断接 一长巷 道 。 在 下 一 分层回采 时 , 顶 板 中的巷道可 用于 工艺 目的 。 上述工艺 , 必须在已形成的巷道中留部 分模壳 , 或将模壳伸出到充填挡墙外 。 在充 水 气压力的作用下模壳弹性变形 , 所以 软 模壳 尺寸在 径 向方 向上会增大见下表 , 从而保证巷道和隔墙 密封良好 。 这意味 着模 壳内 的压力必须大于液态 胶结充填 料柱的静 水压 。 一一不共 一。 二万共 不共万 。 - - - , ” 气 - 一0丁 ⋯⋯ ⋯⋯ ⋯ 莽 番象瑟 二⋯⋯ 黝黝黝鬓濒濒 图 1 在采空区中安装模克 1一模壳;2一水或压气;3一加固网; 卜 固定网的半圆木 ; 5一固定网的钉子 ; 6一 锚杆 如果用易买到的织物制造模壳 , 例 如用 s 一 41 3号织物 , 其质量为1 2 00 1 6 00克 /米 “, 5 0 x 2 0 o毫米织物条的经线和纬线 断裂 载 荷 3000牛顿 , 1平方米价格2 . 5卢布 。 织物的计 算强度公式为 T , 20R K 。 K L T 二 a 二 1 式中 2 0R一1米 织物的额 定 断裂 强度 , 牛 顿 ; K 。一织 物经纬线 的均一性系数 , 等于 0 . 85;K ; 一考虑接缝强度降低的系数 , 双行 缝线 时取0 . 8 ; T n l。 二 一使用时 织物 允许承受 的最大强度 , 牛顿/米 。 T , 2 0 、 3 000 又 0 . 85 x o . s 408 00牛顿 /米 模壳内可能 出现的最大压力 P 。 .二按下 式 计算 T , P r n a 二d 2 式中 一模壳 直径 , 米 。 由此 , 对于直径为 6米的模 壳有 DOI 10. 13828 /j. cnki . ckjs. 1991. 10. 003 d 0 . P 。 。 二 T /d 408 00 / 0 . 6 6 5000 , 白 宜径。 . 6米软棋充因弹性变形而产 生的径向尺寸变化 充水气的压力 P a 模壳径m 8 一 2138 一 413 直一 l 5 0 0 0 0 。 6 0 0 。 6 2 1987一1988年 , 苏联许多矿 J J 用这种直 径为0 . 6米的轻便式模壳进行了筑构巷 道的 试验 。 研究人员的任务是 检查模壳的结构 设计和制造质量 ; 提出在底板上构筑巷道 、 模壳安装和 固定位置的工艺方 法 , 充水气 和充填的方式 , 轻便式模 壳 回收和巷道分段 加长的方法 ; 评价在回采层顶板中筑构巷道 进行 回采 的技术优点 。 』』迷 . 、、、、 溉溉溉 斐斐参参 八jLa 6 八 卜 U ,上 月a8 no自 ō b 八bn匕八 卜 厅ū了 ⋯ O 10 000 2 000 0 300 0 0 4 U000 因此 , 模 壳承 受的载荷为 680 00 帕 。 充 填 料的密度大于水的 2倍 , 所以充填料柱的 高度不得 超 过 3 . 4米 。 考虑到巷道必 须保持 完整 , 模 壳 强度的安全 系数至少应是 1 . 5 。 这样 , 液态充填料柱的高度不得大于 2 . 0一 2 . 2米 。 这个限 制并不能算做缺点 , 因为下向分 层 回采时 , 采区通常 分两次充填 , 首先浇灌 一 层1 . 5一2 . 0米厚 的充填料 , 其水泥 用量较 大 , 强度较 高 , 而后再浇灌一层 。 在 这 种情 况 一 F , 同时可降低充填档墙承受 的载荷 。 根据 上述充填工作的 特点 , 莫斯 科地质 勘探 学院和国立有色冶金 设计院制 定了对模 壳 的技术要求 。 乌菲姆橡胶制品厂完成了模 壳施工图 设计 , 并制造了一 些试验 模壳 。 轻便式模壳是一种密封结 构 图2 , 用8 2 1 3或8 一 41 3 卡普纶橡胶织物缝接 成圆 筒 , 其两端呈 球 面 , 直径 0 . 6米 。 为注 入 和 排出水气 , 模壳两端有阀门 。 模壳两端 还有连 二 安板 , 可 用绳 子将两个或几个模 板对 接在一 起 。 为便于 回收 , 模壳上有拆卸索 。 测压管用于允水时排气 , 也甲于检测水气 压力 、 可使用 量程为100 0帕的压力计测 量 。 模壳端部为 双层 , 圆筒加 强部分 的 长度 为 。 6米 。 田 2no 一 0 . 6型轻便式模宪的结 构 1一圆筒;2一模壳加强端的 圆筒部分;3一 连接板 , 4一球面端,5一阀门;6一 测 压 管 , 7一压力计 ; 8一 绳子;9一 拆卸索 热兹肯特采选公 司奥尔洛夫 卡矿在下向 分层充填 法采区进行了轻便式模 壳的工业 试验 。 采区全 长3 5米 , 按采矿 技术条件分为三 个长为 1 1 、 1 4和1 0米的充填区段 。 在每一个 区段进 行模壳 架 设和 固定 、 胶结充填料浇灌 和模壳 回收等作业 。 第一区段筑 构巷道使用 长9米的模壳 , 第三区段使用 长n米的模壳 , 第二区段使用由g米和1 1米 长的模 壳对接起 来的长 2 0米的模壳 。 第一区段 的模壳伸出充 填档墙外 , 而第二个和第三区段 的模壳有部 分留在已形成的巷道中 , 以便随 后接长 。 没 有发现胶结充填料流到充填档墙外和待形成 的巷道中 。 注水的工作 压力为 3 . 54 . 。力 帕 。 充填高度1 . 7一1 . 9米 。 排水后模壳容易 脱离充填体 , 而且人工用拆卸索不难回收 。 在下一 分层 回采揭露出已形 成的巷道之 后 , 发现在充填体中形 成了一条长3 3 米的 规 则 的圆形巷道 , 其壁已由加固网加固 。 根据 工 艺参数 , 这种巷道可用于 回采区通 风 , 用 作爆破补偿 空间 , 还可 用来铺设充填 管道和 0 其他管线 。 试验工作结束后 对 一个模壳作了破坏性 试验 。 在该 试验过程中 , 当模壳内水压达到 了6 。 2万帕时模壳被破坏 。 破坏的特点是 一长 1 。 5米的一段纵向接缝断线 。 通过试验研究和工业试验 , 确定了如下 的技术经济指标 安装拆卸工作量为 0 . 9 1 . 4工 时/米 , 其中模 壳定位为 0 . 4一0 . 5工 班/米 ; 加 固网用量2米 2 /米 ; 木材用量0 . 0 5 米 3 /米 ; 模壳利 用次数 , 一年半试验中实际 用了7次 , 预计频繁使用时可 达1 0一1 5 次 ; 直径0 . 6米模壳造价 , 试验 模 壳为 6 5卢布 / 米 , 批量生产 时预计为4 0卢布/米 ; 形成 1米 巷道的设备费1 0 n 卢布 , 预计按切割工作 成本计算的经济效益为 2 . 6 4卢布 /米 ’。 试验结果证 明 , 在回采底板上在充填体 中可以筑构断 面积为0 . 3平方米的巷道 , 其 所需要的 长度视具体的 采矿技术条件而足 。 苏联冶 金工业部验收委员会建议 批量生 产 n o 一 0 . 6型模壳 。 已经证明模壳 的结 构设计 、 制造质 量和形 成巷道的工 艺方 法是合理有效 的 , 可以在苏联矿山使用 。 现在准备根据1 9 9 0年通过鉴定 的技木方 案进行直径0 . 9一1 . 2米模壳 的 工业试验 。 F o pH址应水ypH a几 , 1990 , 11 , 3 5一3 7 熊宠民 周光溪 嗣后胶结充填与削壁充填的联合充填法 在杰兹卡兹干矿床条件下弯曲矿段埋藏 条件复杂 , 集中有 最 富 铜品位2 . 5 的铜 矿石 。 这些弯曲矿 段矿 山地质条件的特 点 , 是受构造破坏 的影响形成了方向和大小 不同的发育裂隙 。 矿体缓倾斜部分的覆盖层 为红色和灰 色砂岩 、 粉砂岩和泥 质岩 , 普氏 硬度系数f 二 6一12 。 目前 , 根据杰兹丰兹干有色冶金科学研 究设计院的设计 , 正 用矿房法开采该矿床的 弯曲矿段 , 嗣后 用胶结充填料充填 , 在充填 平巷敷设 管道和通过矿房顶柱钻进的钻孔输 送充填料 , 用水 泥作胶结剂 , 其 用量很大 , 达到 17 0 公斤 /米 ’, 每立方米充填料的 成 本 为11 . 0卢布 19 8 9年资料 。 应当指 出 , 按现有的工 艺 系统进行充填 工作存在许多严重缺点 。 首先 , 初期将充填 体强度大约定为4一 6兆帕 , 目前 , 已将一步 骤矿房的充填体强度降低 到 3一3 . 5兆帕 。 其 二 , 按 照充填法采矿 的成本结构 , 目前胶结 充填料的 成本比重已达 , 其中水泥 胶 结剂费用占 5 , 对于杰兹卡兹干各地 一 『 矿 山来说费用似乎是太高了 。 其三 , 用 现 有的方法 构筑胶结充填体 , 再考虑其达到预 期 强度的养护 时间 , 充填工作占用 时 间 很 一民, 因而会降低开采速度 。 在这 些条件下 , 在推行充填体构筑新方 案 的基础 上 , 其 中包括推行二步骤矿房削壁 充填方案 , 研究和推 广最有效的联合充填工 艺是合理 的 。 为了研究和将来推广在二步骤矿房采用 崩落下盘围岩方案的联 合充填工艺 , 针对杰 兹卡兹干各矿的 条件 , 选定了南杰 兹卡兹干 刃 65号 矿井最有特 色的弯曲矿段 进 行试 验 。 荐用的二步骤矿房 崩落下盘围岩的充填 法 , 包括从现 有充填巷道在要充填的采空区 上部岩石中钻 凿充填钻 孔 , 分层崩落下盘岩 石和从上部下放胶结充填料 。 从现有运输横 巷和 凿岩横巷直接对矿层 的每个分段从下向 上依次钻凿 扇形深孔 , 而在爆下的岩石上逐 层充放胶结充填料见 图 。 在这种 情况下崩落的 围岩量应等于采完 矿房和崩落围岩后 重新形成的空间容积的一 7 0 4 4 .