小官庄铁矿上向进路充填采矿方法试验研究.pdf

S e ri e s N o ． 4 4 6 Au g us t 201 3 金 砖 METAL MI NE 总 第4 4 6期 2 0 1 3 年第8期 小官庄铁矿上向进路充填 采矿方 法试验研 究术 邱景平 辛国帅 张国联 邢 军 孙晓刚 东北大学资源与土木工程学院 摘要针对小官庄铁矿北区充填试验矿块矿岩软破 、 矿体分布零散的开采技术条件， 选择上向进路胶结充 填采矿方法进行了试验研究， 通过模拟分析， 优化了进路结构参数 进路高度 3 ． 5 m， 进路宽度 3 ． 5 m， 进路长度 6 O m， 并在工业试验中完善了充填回采工艺， 提出了改善充填接顶的对策措施， 降低了采准工程量， 实现了试验矿块的 安全、 高效生产。 关键词铁矿上向进路采矿胶结充填采准工程充填接顶 Ex p e r i me n t a l S t u d y o n Up wa r d Dr i f t S t o p i n g Me t h o d wi t h Ba c kfil l i n Xi a O gu a nz hua ng I r o n M i n e Q i u J i n g p i n g X i n G u o s h u a i Z h a n g G u o l i a n X i n g J u n S u n X i a o g a n g C o l l e g e o fR e s o u r c e s a n d E n g i n e e r i n g， N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y Abs t r a c t I n v i e w o f t h e mi n i ng c o nd i t i o n s o f t he s o ft a n d br o k e n l ump o r e， s c a t t e r e d di s t rib ut i o n o f o r e i n n o he r n a r e a o f Xi a o g u a n z h u a n g I r o n O r e， t h e u p w a r d d ri ft mi n i n g wi t h c e me n t i n g fi l l i n g i s s e l e c t e d ． T h r o u g h t h e s i mu l a t i o n a n a l y s i s ， t h e s t r u c t u r a l p a r a me t e r s o f t h e u p wa r d d r i f t a r e o p t i mi z e dt h e d r i ft h e i g h t a t 3 ． 5 m ， t h e d ri f t wi d t h a t 3 ． 5 m ， a n d t h e p a t h l e n g t h o f 6 0 m． I n t h e i n d u s t r i a l t r i a l s ， t h e fi l l i n g mi n i n g t e c h n i q u e i s i mp r o v e d， a n d s o me me a s u r e s f o r i mp r o v i n g t h e r o o f - c o n t a c t fi l l i n g a r e p r o p o s e d ． An d t h e q u a n t i t y o f mi n i n g p r e p a r a t i o n i s r e d u c e d S O a s t o r e a l i z e t h e s a f e a n d e ffic i e n t p r o d u e - t i o n o f t h e t e s t i n g l u mp o r e s ． Ke y wo r d s I r o n mi n e ， U p w a r d d ri f t mi n i n g， C e me n t e d fi l l i n g， De v e l o p me n t e n g i n e e r i n g ， Ro o f - c o n t a c t fi l l i n g 小官庄铁矿投产以来， 采用无底柱分段崩落法 回采矿石 。随着开采深 度增加 以及采空 区增大 ， 井 下地压活动明显 ， 主井井筒 已经有一定程度的变形 ， 直接威胁井下采掘作业及矿 山提升系统的安全。为 此小官庄铁矿在北 区开展了上向进路充填采矿方法 试验研究 ， 形成了适合小官庄铁矿软破类型矿床开 采 的采矿工艺 ， 实现了矿山的安全稳定生产。 l 地质概况及开采技术条件 试验矿块地点选在小官庄铁矿 Ⅱ矿体 一 3 8 7～ 一 4 5 0 IT I 竖井保安矿柱以外 1 5 0 m 范围内的矿段 ， 其矿体呈层状产 出， 形状不规整 、 零散分布 ， 矿体走 向 、 倾 向、 倾 角变化较大 ， 总体上为缓倾斜 ， 且夹层 多 ， 品位变化大 ， 各水平矿体对应性差 ， 矿、 岩稳固性 均较差， 复杂难采。 根据试验矿块的上述地质情况和开采技术条 件， 选择上向进路胶结充填法进行试验 。图 l 所 示， 开采范围垂直方向上跨 一 4 5 0 和 一 4 0 0 m 2 个中 段， 但是 一 4 0 0 m之上仅有 1 3 m， 因此将 2 个中段并 为 1 个 中段进行 回采 。 一 3 8 7～一 4 5 0 IT I 之间划分 5 个分段 ， 每个分 段 内划 分 2～4个分层 ， 分 层高 度 3 ． 2～ 4 ． 6 I T I 。分段 内分层之间采用上行 回采顺序 ， 各分层之间上行开采。各分段负担分层为 ① 一 4 4 2 I13 分段， 负担 一 4 4 4和 一 4 4 0 ． 5 m 2个分层回采； ② 一 4 3 5 i n分段 ， 负担 一 4 3 7和 一 4 3 3 ． 5 m 2个分层 回 采 ； ③ 一 4 2 6 I n分段 ， 负担 一 4 3 0 、 一4 2 5 ． 7和 一 4 2 1 ． 4 I 1 1 3个 分层 回采 ； ④～4 1 3 IT 1 分 段 ， 负 担 一4 1 7 、 一 4 1 2 ． 7 和 一 4 0 8 ． 4 In 3个分层 回采 ； ⑤ 一 4 0 0 I T 1 分 段 ， 负担 一 4 0 4 、 一 4 0 0 、 一 3 9 5 ． 4和 一3 9 2 ． 2 m 4个分 层回采。 2 采准工程布置 结合现场实际 ， 通过方案优化选择 ， 采矿选用无 轨凿岩与出矿设备， 在稳固性较好的矿体下盘布置 “ 十 二 五 ”国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 编 号 2 0 1 1 B A B 0 7 B 0 2， 2 0 1 2 B A J 1 7 B 0 1 ， 2 0 1 2 B A J 1 7 B 0 2 。 邱景平 1 9 7 5 一 ， 男， 副教授， 博士 ， 1 1 0 8 1 9辽宁省沈阳市和平区文 化路 三巷 1 1号 。 。 总第4 4 6期 金 属 矿 山 2 0 1 3年第 8期 1 条采准斜坡道 。每个分段从斜坡道 出发 ， 通过分 段巷道 、 分层斜坡道 ， 开挖掘分层巷道。 图 1 小官庄铁矿上 向进路胶结充填法 采准斜坡道采用折返式 ， 断面规格 3 ． 5 m3 ． 2 m， 弯 道处 加 宽 0 ． 51 n l 。直 线 段 最 大 坡 度 为 1 7 ％ ， 转弯段坡度小于 5 ％ ， 平均 1 5 ％左右。斜坡道 与中段穿脉间有5 m左右的水平段。斜坡道在各分 段出口 处设6 m长缓坡段。平面转弯半径 1 7 i n ， 竖 曲线转弯半径 5 0 m。 采准斜坡道 布置在矿体下盘 与布置在 上盘相 比， 节省 了大量的采准工作量 ， 同时缩短无轨设备的 运行距离 ， 采准斜坡道通过分段巷道与各分层巷道 相联系。下部分层开采结束后 ， 需要转到上一分层 ， 采取分层联络道逐渐压顶 的方式 实现转层 ， 节省工 程量 ， 同时加快施工进度。采准工作量见表 1 。 表 1 采准工程量汇总 经计算， 小官庄铁矿北区充填采矿试验矿块千 吨采切 比为 4 ． 9 9 r n ／ k t ， 或 3 5 ． 1 m。 ／ k t ， 有效 地 降低 了采准工程量 ， 节约了采矿成本 。 3 进路结构参数优化 根据小官庄铁矿的矿岩力学参数 ， 通过 A n s y s 软件建立三维力学模型， 并采用 F L A C 如数值模拟软 件 ， 按照正交试验原理进行数值模拟分析， 研究 不 同的进路结构参数对试验矿块安全性的影 响， 见 表 2 。 表 2 模拟分析的正交试验表 m 试验序号 进路宽 进 路高 进路长 根据模拟结果分析， 并结合对进路隔一采一的 6 开采方式 ， 选择合理的参数为进路宽度 3 ． 5 lq q ， 进路 高度 3 ． 5 m， 进路长度 6 0 m， 该参数在现场得到了成 功的应用 ， 进路生产能力 为 1 6 8 t ／ d ， 矿块生产能力 3 3 6 ． 1 t ／ d ， 保证了进路 的安全稳定性和较 高的生产 能力。 4 矿体 回采工艺确定 1 进路布置及 回采顺序。回采进路依矿体形 态布置， 上下层进路方 向尽量错开 ， 以提高充填体的 支撑能力。进路采取隔一采一的后退式回采， 垂直 走向上采取 由上盘向下盘回采的开采顺序 。一步进 路回采后采用尾砂胶结充填 ， 二步进路 回采间隔时 间尽量延长 ， 确保一步充填体的龄期和强度。 2 充填材料及配 比 J 。由于小 官庄铁矿全 尾砂含泥量高 一 2 0 0目达到了 8 1 ％ ， 全尾砂充填 难以达到充填采矿 的要求 ， 故对小官庄铁矿 的全尾 砂进行了分级 一 2 0 0目为 5 3 ％ ， 利用小官庄选矿 厂的分级尾砂作为充填骨料 ， 通过胶结充填试验和 现场管路输送 ， 选择胶固粉作为胶结材料 ， 确定充填 料浆浓度 6 5 ％ ～ 7 0 ％。 3 凿 岩爆破工 艺 。 。进路 高度 3 ． 5 m 以 下 ， 采用一次进路全高落矿方式 ， D D 2 1 0一H L X 5凿 岩台车凿岩 ， 钻凿水平浅孑 L ， 孔深 2 ． 8 3 ． 0 I l l ， 桶形 掏槽 ， 光面爆破； 二期进路边眼与一期进路充填体的 距离控制在 0 ． 60 ． 7 I n ， 保证不破坏充填 体 ， 防止 充填体塌落导致贫化， 如图2 所示。采用防水乳化 油炸药 ， 不耦合装药 ； 起爆器材为非电导爆管秒差雷 管 ， 正向起爆。 图 2 二步采进路炮子 L 布置 1 ～ 1 0 一起爆顺序编号 5 改进充填接顶措施 进路回采结束后， 即可进行充填准备工作 ， 为确 保充填效果， 采取沿进路方向分次充填， 确保进路充 填接顶 ] 。充填体采用灰砂比为 1 4 l 1 0 胶结 尾砂充填， 进路顶部0 ． 5 ～ 1 IT ／ ， 用高标号 1 4 胶结 ∞ ∞ 如 ∞ ∞ 印 ∞ ∞ 4， ，0 邱景平等 小官庄铁矿上向进路充填采矿方法试验研究 2 0 1 3年第8 期 尾砂充填， 使充填体上表面抗压强度达到 1 ． 0 M P a 以上 。 每个分层最下一个 分层 的底板 ， 将作为下一分 段上下开采最上一分层 的顶板。为确保下部 回采安 1 4 1 5 l 6 全 ， 在分段最下分层大约 1 1 1 1_ 左右的底板 ， 用高标号 1 4 胶结尾砂充填。 充填前做好采场的充填准备工作 ， 主要包括架 设充填管、 排气管 ， 构筑充填挡墙 ， 如图 3所示。 4 1 一斜撑； 2 一横撑； 3 一竖撑； 4 --I布； 5 一钢筋； 6 --i； 7 --筋网； 8 --Z； 9 一水池 ； 1 0 一观察窗 ； 1 1 一 木板 ； 1 2 --杆； 1 3 --； 1 4 --1气管 ； l 5 一充填管 ； 1 6 一排水管 充填准备完成后， 即开始采场充填。针对充填 巢 芒 赫 接顶率较低 ， 试验矿块采取 以下措施提高充 填接顶 丐义陬 率 ①充填料浆流动后有 3 。 ～ 5 。 左右 的坡度 ， 1 次充 [ 1 ] 王 青， 任凤玉． 采矿学[ M ] ． 北 京 冶金工业出 版社， 2 0 1 1 ． 填进路长度控制在 1 5 m以内， 3 0 m 以上 的进路实 [ ] 解世俊 金属矿床地下开采[ M ] 北京 冶金工业出版社， 喜 ； 料 管 处 向 ．o 5 ．～ 妻 要 某 ，徐 秉 业 ，朱峰 ， 等 ． F 『JA c 有 限 差 分 程 序 及 其 在 矿 山 路 架 设 在 离 进 路 口8 IT I 左右的最高点， 以保证充填 工 程中 的 应 用[ J ] ． 中 国 矿 业 ，2 0 o o ， 9 4 7 8 ． 2 ． 接顶； ②通过添加萘系高效减水剂提高充填浓度， 获 [ 4 ]刘可 任． 充 填 理 论 基 础[ M ] ． 北 京 冶 金 工 业出 版 社， 1 9 8 2 ． 得 了较 高的接顶率 ， 减少 了排水量。 [ 5 ] 张国 联， 邱景平， 宋守志． 小官庄铁矿生产矿块结构参数的试 6 结 论 - fff ]0 i [ J ] - 东 北 大 学学 报 自 然 科 学版, 2 0 0 3 , 2 4 1 1 1 0 9 2 - 1 小官庄铁矿北区试验矿块进行 的 匕向进路 充 填 采 矿 工 业 试 验 获 得 了 成 功 ， 能 够 保 障 采 矿 工 作 E6 ] ； ，J _ 块 胶 结 充 填 的JlI 乖 进仃 。 [ 7 3 邱景平 ，张世玉 ， 张 国联 ， 等 ．小 官庄铁 矿北 区充填 工业试 验 2 设计 了辅助斜坡道为 主的无轨 采准系统 ， ⋯． 有色 金属 矿山部 分， 2 0 1 2 ， 6 4 4 1 0 - 1 3 ． 较大程度地减少了采准工程量， 降低了采准成本及 [ 8 ]胡 修 章， 赵 国 彦． 机 械化 上向 进路 充 填法 在 焦家 金 矿的 试验 出矿成本 ， 实现了矿山的安全高效生产 。 及其评述⋯ 长沙矿山 研究院季刊， 1 9 9 2 ， 2 S 1 4 6 - 5 3 3 采用数值模拟方法 ， 优化 了进路参数 进路 [ ] 王学敏 高龙 金矿上向 进路干式充填采矿法试验研究[ J ] ． 黄 高度 3 ． 5 m， 进路宽度 3 ． 5 m， 进路长度 6 0 m， 在现 [ 1 。 ], 何 ,, 洪 1 9 9 涛 9, ， 2 周 0 1 磊 2 ，王 1 - 2 湖 5 ． 鑫 ．上向水 平进路 充填采 矿法 在和 睦 场得至 0 了成功的应用。 山 铁矿的 应用研究[ J ] ．有色金属 矿 山部分 ， 2 0 1 2 ， 6 4 1 1 3 一 4 选用分级尾矿作为充填料 ， 胶固粉作为胶 1 6 ． 结齐 0 ， 灰砂 比 1 4， 充填料浆浓度 6 5 ％ ～7 0 ％， 能够 [ 1 1 ] 刘 明． 内蒙查干 银矿3 号矿体上向进路尾砂胶结充填采 满足小官庄铁矿的充填采矿要求。 矿 方 法 试 验 研 究[ D ] 长 沙． 申 南 大 学， 0 0 2 ‘ 5 工业试验表明， NA g N , 下料和充填 10’ 赵国 1 1 1 彦 ‘ 1 3 充填接顶率的技术措施研究 料浆添加萘系减水剂等措施可有效解决现场的接顶 [ 1 3 ] 照 凯 ，张义平， 王税睿 ．简述提高充填接顶效果的控制措 问题。 施[ J ] ． 有色金属 矿山部分， 2 0 1 0 1 6 - 7 ． 收稿 日期2 0 1 3 - 0 5 - -2 3