双碑矿区倾斜6~#石膏矿床采矿方法试验.pdf

S e r i a l No ． 5 1 2 De c e mb e r ． 2 0 1 1 现代矿业 M0DE RN MI N I NG 总 第5 1 2 期 2 0 1 1 年 l 2月第 1 2期 双碑矿 区倾斜 6 石膏矿床采矿方法试验 李胜利 杜登峰 李春章 李 兵 河北省地矿局第十一地质大队 摘要为 了提 高资源利用率和改变安全现状 ， 通过进行 6 矿体倾斜房柱式顶板滞后崩落采 矿采矿 法的试验研究， 成功实现 了6 矿体的安全高效回采 ， 大幅度提 高了回采率 ， 延长了矿 山服务 年限； 运用崩落法进行地压管理 ， 消除了采空区安全隐患， 改善 了安全现状 ， 保护 了矿 山地质环境 ， 同时创造 了巨大经济效益。 关键词房柱采矿法崩落采矿法回采率安全 Ex pe r i m e nt o f I nc l i n e d 6 Gy ps u m De po s i t M i ni ng M e t ho d o f Sh ua ng be i M i ne Li Sh e n g l i Du De n g f e n g L i Ch u n z h a n g Li Bi ng G e o l o g i c a l T e a m N o ．1 1 ， He b e i G e o l o g i c a l Mi n e r a l E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p m e n t B u r e a u Ab s t r a c t I n o r d e r t o i n c r e a s e r e s o u r c e s u t i l i z a t i o n r a t e a n d c h a n g e t h e s e c u r i t y s i t ua t i o n，t h r o u g h t h e e x p e r i me n t a l s t u d y o f 6 o r e i n c l i n e d r o o m a n d p i l l a r mi n i n g me t h o d s r o o f d e l a y c a v i n g mi n i n g，s a f e a n d e f f i c i e n t mi n i n g o f 6 o r e wa s r e a l i z e d s u c c e s s f u l l y，mi n i ng r a t e wa s i n c r e a s e d g r e a t l y，mi n e s e r v i c e l i f e w a s p r o l o n g e d； g o a l h i d d e n d a n g e r wa s e l i mi n a t e d， s a f e t y s i t u a t i o n Wfl S i mp r o v e d ，mi n e g e o l o g i c a l e n v i r o n me n t wa s p r o t e c t e d a n d me a n wh i l e g r e a t e c o no mi c be n e f i t s wa s c r e a t e d by g r o u n d p r e s s u r e ma n a g e me n t u s i n g c a v i n g me t h o d ． Ke y wo r d s Ro o m a nd pi l l a r me t h o d，Ca v i n g mi n i n g，Mi n i n g r a t e，S a f e t y 河北省邢台市隆尧县双碑石膏矿区开发利用于 上世纪 9 0年代 ， 由于石膏原矿价格较低 ， 国家投入 少， 准入门槛低， 矿山企业普遍采用普通房柱采矿 法， 采矿方法落后， 回采率低； 投入少， 技术水平低； 机械化程度低， 安全生产条件差； 遗留大面积采空区 成为最大 的安全 隐患。为了提高矿 区的资 源利用 率， 改变矿区安全条件差的现状 ， 河北省地矿局第十 一 地质大队采矿技术人员根据双碑石膏矿区矿体特 点， 结合近 2 0 a的采矿经验 ， 通过对原房柱采矿法 与崩落采矿法的研究 和对 比， 决定在双碑矿区倾斜 6 矿体的采矿过程 中， 进行 2种方法组合采矿试验 ， 即“ 倾斜房柱式顶板滞后崩落采矿法” 试验， 本次试 验主要任务 ①改进原水平房柱式采矿法为倾斜房 柱式采矿法 ； ②通过采用机械耙矿方法将矿石转移 到安全作业区， 提高机械化作业程度和安全作业条 件； ③进行崩落法的地压管理方式试验， 解决采空区 的问题。同时在试验过程中， 研究主要采矿参数对 李胜利 1 9 6 8 一 ， 男 ， 副队长 ， 工程 师 ， 0 5 4 0 0 0河北省邢 台市钢 铁北路 4 1 6号 。 采矿安全和回采率的影 响， 确定采矿方法 的合理性 和经济性 ， 并进行经济效益分析。 1 矿 区概况 双碑石膏矿区位于河北省邢台市隆尧县双碑 乡 ， 地理坐标北纬 3 7 。 1 8 2 6 ” ～3 7 。 2 1 2 6 ” ， 东经 1 1 4 。 3 5 2 6 ～1 1 4 。 3 8 4 8 ” ， 面积约 2 4 k m 。矿区东距隆尧 县县城 1 5 k m， 西南距京广铁路内邱站 8 k m， 隆昔公 路通过矿区南缘 ， 西北距京广铁路冯村站 6 k m， 有 公路相通 ， 交通便利。 隆尧县双碑石膏矿区探 明储量 7 ． 4 8亿 t ， 以雪 花石膏和普通石膏为主， 是华北平原 目前探 明储量 最大 、 品质最好的石膏矿区。矿区区位优势明显 ， 距 北京 、 天津均不足 4 0 0 k m， 是其最近的石膏及其产 品供应基地。其中 6 矿体储量 6 7 3 1 ． 2万 t ， 平均品 位在 9 0 ％以上 ， 层厚 5 m左右 ， 6 石膏是生产高档绿 色环保建材产品优质超白石膏粉的上等原料。 2 6 矿体赋存状态及开采现状 2 ． 1 6 矿体赋存状态 矿区6 矿体赋存于下第三系沙河街组第 四段 地层的第二岩性段中部， 矿体在空间上呈层状分布， q 总第 5 1 2期 现代矿业 2 0 1 1 年 1 2月第 1 2期 产状一致 ， 层位稳 定， 倾向 2 0 0 。～ 2 1 0 。 ， 倾角 2 5 。～ 3 0 。 ， 走向东西 ， 倾向南北 ， 面积约 2 ． 5 k m 。矿体顶 板岩性主要为含膏泥岩， 次为含膏灰质泥岩， 底板岩 性主要为含膏泥岩 ， 次为含膏灰质泥岩及 中细砂岩 和粉砂岩 。 试验区选在隆尧邢周石膏矿业有限责任公司双 碑矿区的 6 矿体 ， 埋深在 一1 1 0～一3 5 0 1T I ， 保有资 源储量 1 5 8 1 ． 1 9万 t 。 2 ． 2 原房柱采矿法 以隆尧邢周石膏矿业有 限责任公司为代表 ， 矿 区内的矿山企业 均采用普通房 柱采矿法开采 6 矿 体 ， 由于矿体倾角 2 5 。 ～3 0 。 ， 无法布置轨道上下 山， 爆破工和出渣工在倾角较大的斜坡上无法开展工作 且不安全 ， 受 7 矿体开采 的影响 ， 阶段分层段高 只 能为 1 3 m， 只能从 分层进路 的 7 矿体顶板穿过约 2 m厚的泥岩到达 6 矿体 ， 沿 6 矿体走 向掘进贯穿 矿块的水平阶段运输巷 ， 巷道断面规格为 4 m 2 ． 5 IT I ， 然后从里到外扩帮、 压顶回采 ， 可在倾 向向上一 侧扩帮 2 m2 ． 5 m， 压顶规格为 6 m1 ． 8 m， 留 0 ． 5 m 石膏护顶层 、 0 ． 2 m石膏护底层。回采后遗留 宽 6 IT I ， 高 4 ． 3 m的长巷式空场不做处理。这样 一 来大部分石膏作为矿柱留在空区内， 造成 了极大的 资源浪费， 且留下的采空区无法控制塌陷时间 ， 无法 保证作业区工人的安全， 成为矿山重大安全隐患。 3 倾斜房柱式顶板滞后崩落采矿法基本理 论及简介 倾斜房柱式顶板滞后崩落采矿法将房柱采矿法 和崩落采矿法 组合运用 ， 其特点如下。 1 该采矿法本 质上仍属于房柱 法 ， 因为后期 采用崩落矿柱和顶板的方法进行地压管理 ， 所 以创 造性的扩大了矿房结构参数 ， 因此 回采率有了大幅 度提高。 2 改变 了过去完全人工作业方 式 ， 运用 电耙 将崩落的矿石耙 到小 断面规格 的水 平阶段运输巷 中， 在水平阶段运输巷中， 铲 运机将矿石装入矿车。 机械化运装提高了生产效率， 减少了作业人员， 安全 得到了保证。 3 回采完成后， 由于采用崩落矿柱和顶板的 方式进行地压管理 ， 不留采空 区， 避免采 空区危害 ， 同时也有利于矿山地质环境的保护 。 本次试验工作， 选用既定的矿块结构参数， 将试 验区6 矿体划分出1 7 个矿房， 矿房、 矿柱交替布置； 运用电耙、 铲运机实现机械化运装； 崩落矿柱与顶板 作为主要地压管理技术手段， 进行 6 矿体的回采工 】 0 作。回采示意见图 1 。 图1 倾斜房柱式顶板滞后崩落采矿法回采示意 1 一下分段水平运输巷； 2 6 矿体； 3 7 矿体； 4 一 E 分段运输巷道； 5 一泥岩 ； 6 一电耙硐 室 ； 7 ～未 回采矿柱 ； 8 一 回采矿房； 9 一 回采后 矿柱 ； I O 一崩落矿柱和顶板 4 试验情况及小结 4 ． 1 试验过程 4 ． 1 ． 1 研究对象的选取 选择隆尧邢周石膏矿业有限责任公司主井东下 山 一2 8 8分段 、一2 7 3分段 6 矿体作 为研究对 象。 该区域 6 矿体赋存稳定 ， 厚度均 匀且适 中 ， 能够代 表双碑矿区 6 矿体 的赋存 特征。试验 区地表无任 何建 构 筑物 ， 允许塌落 ， 适合采用崩落 的地压管 理方法。 4 ． 1 ． 2 矿块结构参数的确定 试验矿块从 一2 7 3分段 、一 2 8 8分段 7 矿体采 矿进路掘进石 门， 断面为 3 m X 2 m， 穿过泥岩到达 6 矿体， 沿 6 矿体掘进水平分段运输巷道， 断面为 4 m 2 ． 5 m， 贯穿矿块 ， 矿块沿 6 矿体走 向布置 ， 长 1 2 0 m， 沿 6 矿体倾向分段斜长 2 6 m。 4 ． 1 ． 3 切割巷道的掘进施工 在 6 矿体的水平分段运输巷道 中， 沿矿体倾 向 向上掘进切割巷道 ， 巷道断面规格为 4 m 2 ． 5 m， 相邻两条切割巷道 中心距为 1 4 m， 切割巷道 向上与 上分段运输巷道贯通。经计算 ， 试验矿块 一2 7 3分 段需施工切割巷道 8条 ， 一2 8 8分段需施工切割 巷 道 9条。 4 ． 1 ． 4爆破 根据 6 矿体石膏矿石硬度低 、 易破碎的特点 ， 确定采用煤电钻打眼， 2 岩石炸药 ， 微差爆破。 4 ． 1 ． 5回采 在倾斜切割巷道的两帮各扩帮 3 1T I ， 扩帮高度 李胜利杜登峰等 双碑矿 区倾斜 6 石膏矿床采矿方法试验 2 0 1 1年 1 2月第 1 2期 2 ． 5 m， 然后进行压 顶作业 ， 压顶厚度 为 1 ． 8 m， 留 0 ． 5 m 石膏护顶、 0 ． 2 m石膏护底 。然后留 4 1 T I 宽的 连续矿柱， 在矿体倾向上形成长 2 6 i n 、 宽 1 0 m、 高 4 ． 3 13 1 的矿房 ， 矿房 、 矿柱相互交替布置。 4 ． 1 ． 6 运装 矿石由 2 J T B 一 1 5型电耙沿切割巷道放到下水平 分段运输平巷 ， 柴油铲运机将矿石装入矿车 ， 在水平 分段平巷内运输采用人工推车的方式 ， 由调度绞车 提升至运输大巷 ， 经竖井提升至地面。 4 ． 1 ． 7 地压管理 回采完成后 ， 实验区从东到西， 从 下到上依次放 顶、 放柱， 每强制放顶一次， 后续崩落一条矿柱。第一 次放顶前在采场的四面， 后续放顶在采场的三面分别 进行楔形浅眼掏槽， 掏槽深度为 2 m， 掏槽眼排距为 1 m， 爆破后使泥岩层四周失去黏聚力， 在 自重作用下 崩落。采场悬顶距控制在 l 0～1 4 m， 确保地层缓慢而 均匀的沉降。崩落矿柱需在矿柱的东西2个侧面布 置炮眼， 上下 2排 ， 下排炮眼布置在距底板高度 1 1T I 的位置， 同排炮眼间距为 1 m； 上排炮眼布置在距底 板高度 1 ． 7 m的位置 ， 同排炮眼间距为1 m。炮 眼仰 角为 3 。 3 0 ， 直径为4 0 n 3 m， 眼深 1 ． 5 IT l ， 采用 2 岩石炸 药爆破将矿柱崩散 ， 使其失去支撑力。 4 ． 2 小结 试验工作自2 0 0 8 年 8月开始至2 0 1 0 年 3月顺 利完成 ， 在试验 区矿块 一 2 7 3 、 一 2 8 8两个分段试验非 常成功。通过采矿试验， 扩大了矿房尺寸， 提高了回 采率； 应用电耙将崩落的矿石沿矿体倾斜面耙到水平 阶段运输巷中， 解决了矿体倾角太大无法布置轨道上 下山， 爆破工和出渣工在倾角 3 0 。 的斜坡上无法开展 工作且不安全的问题； 柴油铲运机的应用降低了工人 的劳动强度， 提高了工作效率 ； 崩落了矿柱和顶板， 避 免了采空区危害， 保护了矿山地质环境。 5 新 旧采矿方法对 比 5 ． 1 回采率对比 以试验矿块为例 ， 对应用原房柱采矿法 和倾斜 房柱式采矿法进行 回采率计算和对 比， 矿块 回采率 由1 6 ％提高到6 0 ． 9 2 ％， 大大提高了回采率， 达到了 预期的工作 目的。 5 ． 2 安全性对比 原房柱法回采后遗 留大面积采空区， 成为井下 安全生产和地面生产生活的重大隐患； 本采矿法采 用崩落矿柱和顶板的地压管理方式， 不留采空区， 解 决了井下作业过程中人员的安全问题和地面突然塌 陷的安全隐患 ， 工人作业只需在规格较小 的水平 阶 段运输巷中， 提高了工人作业过程 中的安全系数。 由于没有采空区 ， 因此本采矿方法 比普通房柱 法在安全方面有了本质的提高。 5 ． 3 经济效益对 比 两种采矿方法生产成本对比表见表 1 。 表 1 生产成本对 比 通过试验计算， 采矿生产成本由3 3 ． 9 2 t 降 至 2 6 ． 9 3 t ， 达到预期 目的。 本采矿法在全矿乃至全矿区推广应用 按矿石 价格 1 0 0元／ t 计 ， 邢周矿业公 司可 多采 出 6 矿石 6 7 0 ． 3 3万 t ， 可新增加产值 6 7 0 3 3万元 ； 双碑石膏矿 区可多采 出 6 矿石 2 8 5 9 ． 4 2万 t ， 可新 增加产 值 2 8 5 9 4 2 万元 ， 经济效益非常可观。 6 结论和建议 通过本次试验， 证明倾斜房柱式顶板滞后崩落 采矿法适合双碑矿区倾斜 6 矿体的开采， 解决了矿 区6 矿体回采率低和安全条件差的问题， 适合在整 个矿区推广应用； 采用崩落法有计划得释放地压， 避 免出现突发性的顶板冒落情况， 改善了井下作业工 人安全条件， 同时可控地表均匀沉降， 对保护地面安 全和矿山地质环境非常有利； 回采率的提高延长了 矿山服务年限， 确保地方经济的可持续发展 ， 经济效 益和社会效益十分显著。 该采矿方法应用于倾斜 6 矿体 的开采， 地压控 制管理是关键 ， 可适 当调整矿房、 矿柱结构参数进行 对 比， 遴选出安全性和 回采率具佳的参数组合。总 之 ， 需要在实践 中不断摸索 ， 积累经验 ， 确保高效安 全 生产 。 参考文献 [ 1 ] 高纪生， 刘凤仁， 杨永林． 河北省隆尧县双碑矿区石膏矿勘探 地质报告[ R ] ． 邢台 河北省地矿局第十一地质大队， 1 9 8 6 ． [ 2 ] 张世雄． 固体矿物资源开发工程[ M] ． 武汉 武汉理工大学出 版 社 ． 2 0 0 5 ． 收稿 日期 2 0 1 1 1 0 - 2 8 1 1