湘潭锰矿急倾斜薄矿体充填采矿方法改进的探讨.pdf

第21卷 1994 年 第 5 期 9 月 中国锰业 HCI N A , 5MA N G A NE S EI N OU ST R Y V ol . 12No5 e S Pt1 994 湘潭锰矿 急倾斜薄矿体充填采矿方 法 改进的探讨 奎土 昆 习 ,勺 F勺 湘潭锰矿 摘要 本文简要指 出湘潭 锰矿开采急倾 斜薄矿体时应用 上向水平分层充填 采矿 法存 在的问题 , 探讨了 在该 矿条件下改用 下向分层水砂充填法的合理 性 ,并 对该应 用 锚杆和 混 凝土板 联合支护 系统进行了分析 ,分析结果 表明 , 采用 10 150 口 混 凝土 , 混 凝土板厚度为 25。3〔 0功 m 将可满足生 产要求 。 关键词 充填 采矿法下向充填混 凝 板联 合支 护 湘潭 锰 矿 在 复 杂的 开 采技 术 条 件 下 , 采用 充填采矿 法 对防 止采场内火灾 及 控制 顶板 位移 是有效的 。 但 现行 的 上 向水平 分层充填法也存 在劳动强 度 大 , 生 产能 力低 , 贫化 、 损 失率指 标 难以控制 , 坑 木 消 耗 大为巧一 16 ,尸 /k l 和 采 矿成 本高等问题 , 因而 造 成了采矿 方 法使用的 局限性 。 为 了克服上述 存在的一些 问题 , 探讨湘 潭锰矿急倾斜薄矿体 现 行 充填 采 矿法 的改进途 径是 有实 际意义的 。 1 开 采 的技术 条件 湘潭锰矿属浅 海相沉积原 生 碳 酸 锰 矿床 , 复 杂的开 采技术条件 如 下 。 l 矿 体厚度和倾角变化较 大 。 厚度 一般为 0 . 5一3 . 0 ,n , 平均厚2 . 0 3 ,n; 矿体倾角为 10 。 9扩 . 目前 进入深部开 采 , 倾角一般 为6 0 “ 一90 0 , 局部地段 出现倒 转 。 2矿 层顶板 为 叶片状或贝壳 状黑 色页岩 , 硬度 系数 厂一 2一6 , 不 稳固 , 易冒落 . 顶板 允 许 暴 露面积 4一6m , 由于顶板 岩层中含C 、 F e S 等化学成 分 , 在 空气 中暴露时 间过长且遇 水情 况下 , 有 氧化自燃现象 , 发 火 周期 为3 0 6d 0 。 3 矿床地质构 造 较复杂 , 断层繁 多 , 褶 皱 发育 。 2 采矿方法及其回采工艺改进的探讨 1985年5 月至 1 98 7年 2 月冶金 部 长沙矿 冶研 究院 与 湘 潭锰 矿联合进 行了 “ 湘锰地 压 活 动规 律研究 ” , 生产 实 践和研 究 成果表明 在 湘 锰复杂的开 采 技术 条 件 下 , 现行的上向水平分 层充填 采 矿 法 随回采分层向上推进 , 顶 板 岩层 不 断地 向采场 内位 移 , 随 时间延长 , 开 采 范 围扩 大 , 岩层移动渐渐增 加 , 顶板岩层与矿体顶 板成 一变化 夹角的 “ 半椭圆形 ”移动 体 , 如图 l 所示 。 这 个随回采过 程向上 发育的半椭 球体超前 破坏 了矿岩 的 原 始应力状 态 , 给回采及顶 板 管理 造 成较 大困难 , 同时 , 单一的坑木支 护 , 立 柱支在 充填 体上 , 随 充填体的压缩沉降 , 已充填分层的 急倾斜矿体 开采引起的顶板岩体破坏及应 力分布 1一剪切破碎带 ; 2一裂 隙 带 5一变 形 带 DOI 10. 14101 /j. cnki . issn. 1002 -4336. 1994. 05. 002 中 国 锰业第21卷 支护抗力逐 渐 消失 , 因而 , 加剧了顶板岩层的 破 坏和 “半椭 圆形 ”球体 的发 育 。 为 确保回采的 安 全 , 在采场只好采用密集的坑木 进行顶 板 岩 层 和矿层的支护来防止其 片帮冒顶 , 从而使 得 采 场 坑木消 耗高 达1 5一1 6m 3 /i k 。 在 我国木材资 源和 用材矛盾日趋突出的 条 件 下 , 从社 会 效 益 和 企业 经济 效益 角度评 价是不可取的 。 同 时 . 现 行的充填采矿法在出矿 过程中由于矿石崩 落在 充填体 上 , 为减少矿石损失 , 往 往连 充填砂 也耙 进 了 矿石中 , 造 成 了矿石的贫化 , 另外 , 又由于 回采进路高低 不平和充填体局部 不 致密 , 加 之 坑木支护的 横 梁阻 碍了电耙 耙斗 的运行 . 使一 部落 的横梁 下 的矿 石无法回收 , 这 样又加大了 矿石的损 失 。 目前 . 在湘锰复 杂 的开采技术条件 下 , 要彻底 改 变应用充 填 这 种状况是比较困难 的 。 因此 . 只有 对现行采 矿方 法方 案进 行改 进 , 以利于发 挥它的优点 并克服 它的上述一 些 不足 之处 。 为更 好 地控 制 采 场地 压活动 , 减 少矿石贫 化损 失 , 减少坑木消耗 . 提出改用人工混凝土假 顶下 向分 层充填 采矿方 法 。 人工假顶下 向分层充填 采矿法的特点是把 现行 的上向分层进路采 矿改为 下 向分层进路回 采 . 当采 场一个 分层回采 完 毕 . 用1 0 0 “ 一 1 5。 “ 钢 筋混凝土 , 制作层厚 达 2 5om n 一3o o n飞nl 人 工假顶 , 然后用水砂 充填 方式把回采空间充满 。 采矿方法及工艺如 图 2所示 。 巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨 卜卜纬 ,、 卜 诩 , .硕, , 卜 〔〔奈仁盘松森蠕润润1 LJ; ; ; } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } } 月 . .贮 百犷 屯屯 C夏 二二 巍巍巍巍 ll l l 龚龚龚龚龚 一一一一一 八一幸 图 2 混凝土假顶下向分层水砂充填法 1一 阶 段运输巷 ;艺一 沿 脉 巷 ; 3 联络巷 ; 4一放矿 溜并5一混 凝土板 ; 6一充填 、 溜灰天井 ; 7一小 2一24 n ln 枝柱 ; 8一锚杆 采用人工假 顶 充填回采 工艺 , 一是提 高了 采矿回收 率 , 减少贫 化 ; 二是 节 省了坑木 ; 三是 随 分层向下推进 , 采场应 力的重新分布造成的 对 矿层 及顶板 的破 坏将 会 减 轻 , 因为 椭球 体 发 育将 在充填 体和已采空间的顶板 中进 行而 不致 于影响正常回采 , 这 样 给回采 创造 安全作业 环 境 。 人工假顶 充填采矿 方法回采工艺过 程是 回采以进路式 工 作面推 进 , 分 层 高i l }簇3m , 采 幅l, l簇 矿体厚 , 落 矿 采 用Y TP一7655型凿岩 机 , 应 用光 面爆 技术进 行浅眼爆破 , 为 防止上部 周边眼对混凝土板 的破 坏 , 其二 者间 距不小于 0 . s m , 出矿 用2 8一3 0kw电耙 搬 运至溜矿井 , 随回采进路推 进 , 用 管缝式 金属锚 杆 悬挑 上分 层混凝土板 并用挂金属网或 蔑折子支 护矿体顶 板 岩层 。 锚 杆支护 间距 为 1一1 . sm , 锚杆 长 1 . 5 一 1 . sm , 为 防止由于 顶板 围岩冒落造 成上分层 混 凝土 板的 下 沉或 断裂 , 每 隔 2一3m 用 。2 0 一 24n 、m 坑圆木一梁 二柱加强 支 护 。 待回采分层 进路采完 , 利用采场 轻便充填管 把搅拌 的混凝 土输送至采场 , 人工 捣 制钢筋 混凝土 假顶初 凝 后用水砂充填 充满回采空间 。 3 锚杆和混凝 土板联 合 支护 31 联合支护系统分析 众所 周知 , 岩体 内原 始三向应力状态在任 何点面正应力 。和剪应 力 合成 应 力构成一 个应力椭圆 . 这个应力椭圆随巷道开 挖重 新 分 布 。 湘锰 地压规律研 究成 果证 明 , 在回采空间 由 于充填 体被动受压 . 在矿层顶板 发育成一变化 夹角 的半 椭圆 . 而应力椭圆的长 、 短轴 。 、 的 大小取决于采区高 度 , 采幅 宽 , 围 岩稳 定性 , 充 填程度 . 分 层回采时 间 。 造成顶板 破坏 主要是剪 应力 r的 作用结果 , 用锚 杆支 护顶板是 为 了提 高 原 岩 的抗 剪强度 . 以阻止 顶板 岩层在回采过 程中造成 大的 片帮 , 使混凝 土 板 失去支承的基 础并减少围 岩混入矿石中 。 混凝土假顶 支护一 是 承受充填体的作 用 ; 二是减少采场矿石损失 , 同时 . 在锚杆 有效支护 顶板情况下 , 若把围采 中 段顶板视 为一个 “ 板块 ” . 则分层混凝土板可 视 为一个横向支撑 . 以提 高顶板 围岩 的稳定性 。 第 5 期李志民 湘潭锰矿 急 倾斜 薄矿体充 填 采 矿方法改 进的探讨 32 混 凝土板受力分析及板 厚确定 混凝土板 在采空区的受 力状态是 一个 复 杂 的多元函数 P f 6 、 、 i]l 、 中才 、 t 。 目前 , 在地 区管理 中 . 理 论上还没有一个较 完 整 的多元函 数 的 数学模型 , 一般 凭生 产经验 并 简化 计算条 件 来 确 定其受力状态 , 在 锚 杆有效支 护矿层顶 板 条件下 . 忽 略顶板 岩层对混 凝 土 板 的 横 向作 用产 生 的屈曲 ; 围岩应 力重新分布 并达 到相对 稳 定时间T比分层回采时间 t 长 , 作用于混 凝土板 的 充填体为 松散 岩体并 均匀受力 . 因而 . 简化 连续混 凝土板 沿走 向单位长 度 为 “两 端 固 定 梁 ” 组合的静不定机构 . 如图 3所示 。 ,一支护跨 度,一 蠢 , m ; z 。 矿体厚度 , m ; r 充填砂容重 , /m 3; H - 一 地压计算深度 , m ; a 矿体倾角 , 度 ; 中 充填体内摩擦 角 , 度 。 则混 凝土 板厚 h 。, 依据 强度条件 有 kM 。蕊 A 。 bil云R kM l王 。 乡 刃一一一一了 - -下二一 王 /, Cm 月 。 . 0 1 . 入 tv l l l l l l l l l l l l l l l M, 一 六 l, 图 3 简化混凝土板受力分析 il 一静态模型 ; l,一破 坏机构 据国外资料介绍 . 该机构 破坏时 . 可塑性力 矩最终弯 曲力矩 “ M ,” , 可以通过静态和运 动学 的方法建豆经验公 式 为 。 。 一 奥 ,t . , , 11 1b 式 中 j 一 一 垂直 走 向承受 的均匀荷 载 地压理i仑 . l 值为刀一〔 , 一 H . 据 浅部 , 一万 一了 g - 、5一 中 . g 中 。, 为 确 保,昆凝 土板 的安 全性 . 在不 考 虑 充填 体 与 围 岩两侧 的摩擦力 , 即令 F , 一 H 匕 之尸 式 中 k 混凝土强度设计安全系数 ; 凡 。 一 一 设计 的混凝 土 抗 弯强度 , k洲 C7n 一 ; l, i一一单位混凝土板宽 , 从 。 通 过 对湘锰 条件 分析 表明 , 在 I Oc 0m 混凝 土 板 宽 内选 取钢 筋 布 置 为 主筋 中20 ;。n , ⑥ 150 , , , , 一 20 0 ,, 之,n , 箍 筋 。 6 一 8 , ⑥ 200 一 3 0 0 7, ,,n , 混 凝土板厚 为 2 50一30 0 ,n m , 标 号 为 10 。一15。 “ 混凝土可以满足 生产 要求 。 4 评价 与展望 混凝土假顶下向分 层 充填采矿法可适应于 顶板围岩不稳固 , 有 内因火 灾的急倾斜 薄 矿 体 采 场 , 用锚 杆与混凝土板 联 合支 护 可节 省 4 5铸 的 坑木 . 回采 出矿在混 凝土 假顶 下 进行 , 安全性 较 好并能 降低矿石贫 化 、 损失 。 在国外 , 如西 德 R on,。i e 八l, e 卿 矿 土耳其C ay 多 金属矿 , 法 、 日 等国应用效果 较好 。 当然 , 它与现行 的水砂 充填 采矿法相比 . 多了一道人造假顶工序 . 采矿 工艺 显得 复 杂 。 但 随着工艺的 成熟和生 产经验 的积 累 , 可进一步完 善采矿 工艺 , 如矿 体顶板长锚索 固结与锚杆 联 合支护 技 术 的应 用 , 使顶板 形成 一个相对 稳定 的 “ 板块 ” . 以企甩掉工艺复 杂 、 成 本较高 的 充填系统 . 使 湘 锰 的 采 矿方 法有个较 大 改变 。 tg ;5 tg门〕一 有宁11 1 a x 一 下转 1 6页 中 一夕 一 H /,, . 2/z, z 16中国锰业第1 2卷 房回采结束后 留 下底柱 矿 量占的比例大 , 需 二 次回采矿 柱回采 率 为8 4 , 底 柱 损 失 占 3 5 , 直接影 响矿 石回采率和 采矿 工效 , 并 对整 个 系统没有好处 , 建议深部回采时开拓工 程以 脉外布置为 宜 。 电动凿岩工 效较 低 , 每个工 作循 环 凿岩时间比风动凿岩多一倍左 右 , 改 电动凿 岩为风动凿岩 , 以提高采矿 工效及采场生 产能 力 。 3 应将试 验 的采矿 方 法推 广应 用于 生 产 , 进 一 步验证采场结构参数的合理性和 适 用性 , 为今后大规模生 产提供 条件 。 AT E S TOFTHE MINI NGM E T HODFOR MOD E R A T ELY INCL IN ED T HI NOR EB OD YI NDO U NA N M ANGA N ESE MI N E G uo . 11, ,介, ,g 材dA , Sh a R e 、e a r ’- hI , ,s litut亡 o f Mi ,,e ABST RACT A te st 15 d eseribe d o f thea n e h or pilla r 一 a记一sta l lm et h o d in the w or kingdis triet w ith ee ili一 9 5 m o d e rate ly sta biliz ed a一ida no re b o dy m o re them 1 . 6m thiek inBaig u sto p ear eao f D o unan M an g a一 le se Mi 一飞e . E mplo ying a飞e w te e h llique fo rre i n fo ro i一 19 thee e iling s by an e h or s m adeo f ultraqu iekha rder 一ling P ort la 一记 e e m e一It , thetest s h o w ssu ehresu lt sa s i一 飞ereases in the sto pe s pa , f ro m 4m一6m to sm10m a n di 1 the e xtra etion pe reenta ge f rom 60 to 81 . 3 , the m i1ing throLJghputt,p to 86t/d , 8 . 3 ore d e p re e iatio ll , together with ae onsidera ble s av i,19in w o o d eo l su mp tio ,l alda d e ere a s e i1r nining e ost by7 . 3 e o mpa re dwith that o f the re fe rene e pe - rio d . Th e te elniq、 一e ea 一 1o ffe r g o o d b e ne fir s fo l the mill eaxid50 fi一记 5everya p plie atiou i一 飞t h e min e . 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