斗南锰矿缓倾斜薄矿体采矿方法的试验研究.pdf

尤打 卷 年 第 5 期 9 月 中国锰业 C H IN A ’ S 卜4八NG A 又 I二5 1二 I丫 飞 T RS、 ’ V o l . 12 S 护 p r l了城 斗 南锰矿 缓倾 斜 薄矿体采矿 方 法的试验研究 郭金峰 马 鞍山矿山研 究 院 摘安 斗 南锰矿 缓倾 斜 薄矿体采矿方 法的 试 验 研 究过程中 , 针 对白姑矿区矿体厚度多变的特点 , 在矿体 平均厚度大于 1 . 6 刀 , 采场顶板中等稳固的 块段进 行了 锚杆房柱法 试 验 。 采用 超快硬普 通 水泥卷 锚杆 加固采 场顶板 的新技术 , 使采场 跨度由原 来的 46, I 增大到8 10功 . 矿 块矿 石 回采 率 由原来6 提 高到8 1 3 , 采 场 生 产 能 力 达 到8 6 t d / , 矿石贫化率为 83 , 同时节 约 了大 量 木 材 , 采 矿 成本比生产 时期 降 低了 73 , 取 得较 好的技术经济效 果 。 目前 锚杆 房柱法已在该矿推广 应用 。 关键词 锰矿山薄矿体开采房柱法 l 矿区概况与 试验矿块 地质 条件 Ll 矿区概况 斗 南 锰 矿 位于云南 省文山州砚山县境内 , 为一海 相 沉积锰矿床 . 该矿由 5 个矿段组成 . 」 前开采 的 白姑矿段设汁年生产能力为 3 万 t 。 矿 石类型 以褐锰矿 和碳 酸 锰 为 主 , 属低 硫 、 低 磷 、 低铁 、 易选 的优 质富锰矿 。 该 矿区为缓 倾 斜矿体 . 矿体顶底板 围岩多 由泥岩 、 粉 砂 岩和含锰灰岩 组成 , 泥岩 、 粉砂 岩 遇 水软化 . 强度 变低 。 矿 区采 用平 碉 脉内开拓 . 生产 中段 为 15 90 , , 和 1578 , , 两中段 ; 1 5 60 , , , 中 段为 脉外开拓 巷道 , 目前正 在基建施工 中 。 矿石 采用 。 . 5 5。 , 侧 翻式 矿车人工推车运输 . 运至井 口卸矿场转 运汽车 。 矿区内在 试验 期间无压风设 备 . 采}}Y刀 一 ZA 型电动 凿 岩机 凿岩 , 凿 岩 深度一般为 10一 1 . 2 1 , 1 , 最深 为 1 . 5一1 . 81 , 1 , 但 凿岩效 率低 试验 矿 块上部 1 61 4 7 , , 中段已采完 . 18年 6月以前 当地 农 民进入矿区乱采 . 巷j立工程破坏 严重 . 作业人员无法进入 . 试验矿块之矿体 也遭 到不 同程度的 破坏 . 特 别 是 2训一207 矿块破坏 最为严重 . 给 采矿试验工作 带来 j 较 大的困川 该矿区采 用普通房柱法 开采 . 矿房跨度 - 般为 4一67 1 , . 平均 为 5* . 房问矿柱为 当n 的连 续 矿柱 . 矿石回采 率较低 只有 一 60呱左右 ; 采场矿 石为人工扒运 , 工人劳动强度 大 , 采 矿 工 效 低 ; 采场 顶板 采用木 柱 支护 , 但 采场顶板 起 伏变化 较 大 , 当采场高度变化 超过 Zm 以上 时 , 对 采场 顶板 支护比较困难 , 同时木材消耗 也 较大 ; 采 场 自然通风 , 局部 辅以局扇 . 但由于采 准 切割 工程 布置不够 合理 , 作业面通风 条件较 差 。 脉内运输 巷道 采用梯 形 棚 维护 , 约占全部 巷 道 长 度 的 3 。 左右 。 1 . 2 试验矿块地质条件 该矿 白姑矿区 v 、 矿体走向N s o一7。 。 E , 倾 向 南 东一南 南 东 , 倾角 14一34 。, 最大 4 5 。, 最小 7 0 . 矿 层厚 度 。 . 5 3一 2 . 9 8 胡 , 平均 1 . 53m 。 试验 矿 块 2以一2 05 块段 的矿 体厚 度 为 1 . 4一2 . Om , 平 均 为 1 . 6 I , 矿体倾角 为 2 5一2 9 0 . 平 均 27 0 , 地 J贡品位含锰2 5 . 1巧 务 。 矿体 直接顶板 岩性 为 与矿体直接接触 为 。 . 1一 . 2。 , 厚 的一层破 碎软岩 , 随回采而脱落 , 这 一层为矿 石开采 贫 化 的主要来 源 ; 此层之上 除局部 有 01一0 . 27 ,1 厚 的 灰岩 产 出外 该层质 地 性 脆 . 暴露而 积过大会发生 离层 冒落 , 其余 全部 为泥质粉砂 岩 . 厚度一般 为 。 . 2一0 . 47 , 1 , 除 断 层影啊外 . 整体性 较 好 矿层底 板岩性 为粉砂 岩 、 泥 质粉砂岩 . 岩性松软 , 电耙 出矿极易将其 混入矿 石采 出 . 1查成矿石贫化 。 试验矿块位于 F 及凡 、断层 之问 . 受派生 DOI 10. 14101 /j. cnki . issn. 1002 -4336. 1994. 05. 003 第 5 期 郭金峰 斗 南锰矿缓 倾斜 薄矿体采矿方法 的 试验研究 断层的影响 , 矿体局部错 动 , 断层为压扭性正断 层 , 上盘 下跌 , 垂 直 错距一 般 为 1 . 。一1 . sm 。 采 准 切 割 工程 及回采揭露有NW向和N E 向 两 组 大倾角 5070 0 断层 , 特别是 3 0 0一3 30 “ 这 组 断层对 采 矿影 响 极 大 , 往往回采到断层处发 生采场顶板 冒落 。 受矿区主要 构 造应 力之 影 响 , 以NE向的一组 小 .褶 皱引起 矿 体 在倾斜 方 向上 起 伏不平 , 并伴之采 场 顶板岩层破碎 . 采矿 时 采 场顶板 脱落 掉块 , 以致造成 大 面积 垮落 。 采场 顶 中除 大的构 造外 . 节 理 裂 隙也 较 发 育 , 主 要 有NE和NW两 组剪切 “ 义 ” 型节 理 . 其 节理 密度 为 。 . 5一2 . 。条/ n, . 矿体 节理发育 密 度 为 3 . 7条八n 。 矿石类型为 褐 锰 矿 、 碳酸 锰矿为 主 的原生 矿体 , 体重 为 3 . 0 ,八,, 3 , 松散系数为 2 . 4 5 。 L3 矿区工程地 质条件 影 响矿山开 采 的 工 程 地 质 条件主 要 是 矿 层 及其顶底板 岩性 特征和断 裂破 碎 带及发育 的 不连续 结 构面 根据斗南锰 矿矿区地层 、 岩 性 . 地 质构 造将 岩体分成 5个工程地质 岩 组 , 即泥岩岩组 、 粉 砂 岩组 、 灰 岩岩组 、 灰 质氧化锰岩组和粉砂 质泥岩 组 。 从其工程特 征评 价 , 泥岩 岩 组及粉砂质泥岩 均 为采矿最 不利 的工程地 质因素 。 断 裂构 造 破 坏了矿 层的连 续 性 . 极为发育 的 节理裂隙 破坏 了岩体 的 完 整性 . 特 别是断层 破 碎带 . 岩质 松软 . 对工程的稳定性影啊极 大 。 尽管 白姑矿区水 文 地 质 条件比较 简单 . 但 由于泥质 岩类 软化 系数 低 . 遇水 强 度大大降低 . _ 卜盘含水带通过采动裂 隙及断层渗透进 一步 降 低 岩体的稳定性 . 特 别是雨季更是如此 白女 .片 矿区主要构造应 ]方1 1刁与其 1 一 程轴 部 方回线斜交 . 因此工程稳走性 受少l J 一 定的影啊 2 锚杆 房柱 采矿 法的试 验 研 究 2 l 采场结构参数 2 . 11 中段高度根 据」前矿山现有 的 一坪 拓 「程控制 . 弓 “段 高 度 ltJ〕59 0 ,, , 和1 1,l 一 , ,, 两中段 控制 为 24 , ,, 采矿试验 表明 . 由3 几 矿心斜长较 长 受构 造影啊 . 往往异 致采场顶板胃落和垮 顶 , 如受 F 。 及凡 NW 向一 组断 层和NE向 褶 皱的影响 , 回采进 行到断层附近时 , 采场顶 板 脱 落冒顶 , 引起 采场 顶板 大面积垮落 , 迫使回采改 变 方 向 。 因此 , 在 当前 的 技 术和管理 水 平 条 件 下 , 中段 高 度不宜过大 , 当 采 场斜长 超过4 0 。 时 . 应设 副拉 底 分段回采 。 通过 试验认为 中段高 度以 15m一18 ,n 为宜 。 2 . 1 . 2 采场斜长试验 采区实际斜长为 3 7一 魂4m 。 根 据 上 述 分析 , 采场斜长 偏大 , 如 果采用 强化 开 采及改 善目前 的运 输 条 件 . 目前 的 采场 斜 长是合理的 . 但采场斜长 取 3035m 为宜 。 2 . 1 . 3 采场 跨度采场 跨 度 是 房柱采 矿 法 重 要的 结 构参数 之一决 定采场 跨 度大 小 的 主 要 因素是 采 场 顶板岩层的 稳 定程度 , 采场 顶 板 稳 固则 跨度 较大 , 反 之 采场跨度 应小 , 合理 地选择 采场 顶 板 的加固方法 及强化 开 采 可以适 当地 增 大 采场 跨度 。 通过 工 程类比初选 白姑矿区锚 杆 房柱法 的 采场 跨度 为 8 ,n , 回采试 验 与地压 活动 规律 研 究的 结果证明 . 采场跨度选用 8。 是 合适 的 . 甚至可以加大到 l 。。 , 。 2 . 1 . 4 矿柱 规格根据工程类比确定房间矿 柱规 格 为 2胡又3 I J宽又长 . 矿柱 间隔 为 3m , 矿 块间柱 为 2 , , 又6m . 顶柱斜长为 2一3阴 . 底 柱暂 留 4。 , 待整 个中段矿石采 完后一次 从 里 向外 回采底柱 矿石 。 试验 证明 , 在回采期 间矿柱没有 出现大 的 裂隙和片落现象 、 但大面积垮顶时 , 部 分矿 柱压裂 . 试验 所选 的矿柱规 格可行 。 22 采准切割工程布置 一 个矿块设 置 2 条人行通风联 络上 山 , 贯 通 159, , , 运输巷道与 拉 底 巷道 ; 在 159 0, , , 运输 巷道 之l二垂 高 1, , , 处沿矿层布设 一条拉 底巷遁 ; 均 2 个袱房掘j丝 一 条切 割上 山作 为采场j函风及 「 弓采自山面 . 切割上山与 16 1通, ,I 中段相通 。 锚杆 房柱 采矿法 矿块 布置见图 1 23 回采工艺 之 . 3 . 1 回采方问矿块回采从一侧 向另一侧 回采 矿 房l n J采当采场顶板完 整没有 一 大 的 构 造 影i l N时 逆 倾 钊全断面向上推进 . 遇断层错 动 或 构i查破坏则 由上向下退采 中国锰业第 1 2 卷 一一一一 万万扮扮魂 J 找井 井井井 图 L 锚杆房柱矿法矿块布置 】一l5 9 , , I 中段脉内巷道 ; 2一出矿横 穿 ; 3一出 矿 漏 斗;4一 超快硬水泥卷 锚杆 ; 5一l“4, I I 中段脉内巷 道 ; 6一底柱 ; 7一人行通风联络 上 山 ; 8一拉 底巷道 ;9一超 前切 巷 ;l 一 顶柱 ; 1 1一 切割上山 ; 1 2一矿房间柱 2 . 3 . 2 凿岩 爆 破采用 Yl 一 2月 型电 动 凿 岩 机 凿岩一字型钎头 , 钎头直 径 为 中38 一4。 。, , ,; 炮眼深度 为 1 . 0一1 . 2。 , , 炮眼 “ 之 ” 字型布置 . 抵 抗 线 为 0 . 8一1 . 。。 , , 装药 系数为 。 . 4一0 . 6 , 火雷 管 单个药 包起爆 。 爆破时 . 以拉底巷道和切割上 山 或 矿房中 央超 前巷道为自 由面 , 两侧 依 次 向中央 落矿 。 2 . 33 采场通风采场通 风以自然通 风为 主 , 辅以 局扇 。 爆 破后 . 新 鲜风 流从 159。。 中段经人 行通风联 络上山进入采 场工作面 ; 污风 流由切 割上 山或 相邻矿房采空区排 出 2 . 34 采场运搬因矿体呈缓倾斜产 出 . 脉 内 开拓 , 采场内矿石运 搬以电耙 为 主 . 辅以 人工刮 扒 。 爆 破通风后 . 人工手选 大块废石丢入相 邻采 空区 . 电耙 耙运 矿石至拉底 巷道 . 如拉 底 巷道不 直 . 则采用横向电耙耙入漏斗 24 采场顶板 加固 采 场爆破 出矿 后 . 为了安全生产 . 采场 顶板 一经暴露 . 必须立即进 行加固因此选 用快硬水 泥卷 锚杆 加固采场顶板 。 2理 . 1 锚杆加固参数根 据矿 山生产 期} 、 习对 采场顶板冒落情况统计 . 采 场 直 接顶板 初始冒 落 高度一般在 0 . 8一12。, 之问 。 1司此锚杆师{跟 选为 。 . 8一1 . Zn , . 锚 杆 长度选用 16一1 . s n, , 锚 杆 直 径 为 中1 6 I I , , , 。 试验 结果表明 , 当采 场顶板 较完整时 . 锚杆 问距 为 1 . Zmxl . Zm ; 对于有构 造影响的 采场顶 板 , 间距为 。 . s mxo . s o . 甚至 要 加挂 金属网片 , 锚杆长度亦 应加 长到 2山 n 以 上 , 可以保证 采 场顶板在回采期 问不 发生冒落 或垮 项 。 2 . 4 . 2 锚杆的布置及安装方法锚杆布置网度 为 0 . 8一1 . 幼 ’ x 0 . 8一1 . 2 ’, 锚 杆眼垂 直 顶 底板 , 随着工作面 向上推进 . 及时 安 装 。 锚杆 安 装 时 , 将水泥卷 放入水 中浸泡 l , , l l ,, 左 右 取 出 , 装入孔 中 , 再用电 钻 把带 有垫板和螺 帽 的 杆体 慢慢 推入孔中 , 约 30 1 , ,l , 后用搬 手拧紧 螺帽 . 如 要加挂 金属网片则应 先挂网后再上托 板 拧紧 。 锚杆安装方法见图 2 。 2 . 通 . 3 锚杆锚 固力 试验在 试验 中 . 按照规范 要求 . 对快硬水泥卷 锚 杆进行了锚杆 的锚固力 试验 . 试验 结果列f表 1 . 锚杆 的锚固强 度随龄 期变 化 曲线见图 3 。 锚杆的 锚固力试 验 结果表 明 . 锚 杆 21 , 的平 均拉 拔力 9 . k 8万 , 24/, 的 平 均 拉拔力卜 34 . 朴N . 72 /, 的 平均拉 拔力 6 5 . 3 k入厂 . 能够满足采场顶板加固的要求 ; 又从实验 第 5 期郭 金峰 斗南 锰 矿缓倾斜薄矿体采 矿方 法 的试验研究 戈戈、 装奢 、护 、 , 验标试指 图 2 均锚杆安装方法示意图 中证实 , 用于节 理 裂隙中的 锚 杆不宜 端部 锚固 . 必须采 用 全长 锚固才能满足采场顶板 加固的要 求 。 表 l 锚杆锚固力的试验结果 , kN 局部 会 脱 落 , 当矿房 顶 板 暴 露面积 超 过 20 0一 30 07 , 1 2, 空场时 间在一 月内 . 即 会 自然冒落 , 当 相 邻 3 个矿 房采空后 , 留下 矿柱压碎 , 采场 顶 板会 大面积冒落 。 但是矿体厚度一般 为 1 . 6n , 以上 , 而采场 顶板冒落层厚度 最大 为 1 . 57 , 1 左右 , 按照 〕 . 45的松散 系数 . 不能完全充 满采 空区 , 因此 老 顶处理问题 尚需研究解决 。 . 26 主要技术经济指标 试 验期问的 主要技 术经济指 标列于表 2 表 2 主要技术经济指标 序 号指 标名称 单位要求 指标 备 一一一 斯 一 龄 一 一 序号水泥卷型号 混合型 159063 2365178 2了昆合型2弘l}3 6336 66 7 3 普通型 2一 书 l〔 〕3636毛、7 6 32 卜l 混合型2 0 普通型 , 混合型 1 5」曰 . 一 __ 1 _ 21}1丁Zh 龄 即} . } 。 卜 ǐ I t ; 一 卜 巴少 别 自 t即 Z 苗 . f卜 澎岑 拓 一 丫 ǐ齐 图 3 锚杆的锚固 强度随龄期的变化曲线 2 . 5 矿柱回采和采空区处理 2 . 5 . 1 矿柱回采采场 采用逆 倾 斜 令 断面向 上推 进到 顶柱设计边 界 时 . 间隔回收 部分顶柱 矿石 . 然后由上 向下退采 . 将 房问矿柱 剥采到设 计尺寸 . 为了保证回采 房间矿柱 的安 全 . 在 被 采 矿柱附近 安设锚 杆 或打 木柱 支撑顶板 . 以便 控 制回采时 采 场 顶 板 掉块 或 脱落 . 采F的矿 石用 电把耙 出 , 有 时 在矿房 中部 支一排木柱 , 隔 断矿 房 . 以保证 下 部矿村 回采的安全 2 . 5 . 2 采空区处理采 场顶板围岩大 部 分 为 泥质粉 砂岩 . 中等 稳固到 不稳固 . 矿房 采空 后 . l 采场 生产能 力 r/d s8 6 2 矿块回采率 8 8 1 3 3 矿房回采率 /857 4 废石混入率 12 1 3 5 矿石贫 化率 /83 6 采 场工班 效率低 t /四班 6 8 1 7 千 吨采切比 , n 决 r 1271 吕 采矿直 接 成本元 / ,7 扰 性 , 炸 药 h君 /r02 62 l 雷管个 /,06魂5 11 导 火线 ,、 /,、84 一2 坑 木 . ,n, /万r 247 13 锚杆套/ r 1 14 ”指采 场掌子面 工 班效 率 ; 2 用 于装车平 台及 回采矿柱 汇l寸的点 柱 3 结语 1 通过白姑矿区 2个矿块 1 0个矿房 的回 采试 验 表明 , 在 采场顶板中 等 稳固的 条件下 , 矿 体厚度大于 1 . 6 , , 时采用锚杆房柱法是 合适 的 。 采 用超 快 硬普通水泥卷 锚杆 加固采 场 顶 板 . 采 场跨度 由 4一6,I 增大到 8一l 。 , l . 矿块回采率 由 6 0 , e /提 高到8 1 . 3 . 矿 石贫 化率 为 8 . 3 . 采 场 生产能力达到i8 , /d , 满足了采矿试验 的要求 。 恨据 地压研 究的结 果和工程类比确定 的 采场结 构参数 . 实践 证明比较 合理 , 每 2 个矿房布 置一 条切 割上 山 . 既可以改善工作面的通风条件 , 又 可以减少采准切割工程量 。 2 从试验 情况来 看 . 脉内开拓 的矿山 , 矿 61中国锰业第21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 . K E Y WO R DS M a g a,飞e se mi l e T hi ,飞ore b ody mini 19 Pilla r一a n d 一s ta ll 一 r n etho d 上接n页 ANIMPRO、 zE M EN TONCUT 一 AN D 一 F I L L MIN INGOFST E EP L YDIPP I NG T H I NORE BOD YI NAIANGTAN M ANGANESE MI NE L1Zhin 飞i 一1 X ia ,,gza,2 M u, ,ga ze、e Mi , ,尸 A BST R ACTT his pape r p reser,tsex is ti19 pr o blem s i 1 the us eo f u pw ar dh orizolta l s lie emi n - i一lgw 一t h filii 一 9 o f tl、este e plydip pi l飞9 thi一1ore b o dy 1 1 Xia 一飞g ta ll M a n g ar飞ese Mi 一 l ea一飞d the stlita bili - tyo f the m etho d o f d ow x飞war d s lie eMi 一飞i一、9 withw aerand sa一 记filli lg . A 一l a一ia ly sis 15m a d e011 the a Pplie atio1o f t h est一ppo l 4 tsyste m eo n飞bil、。d bya一e h o rs a 一 d e o一、eretes lab s 11飞th en飞etho d . T h e resL一r fr omtl飞eal a lv s i s i一记ie a testhat the 2 50n 飞n l ro 3 0 0m n zth ieksa d s m adeo f eo一飞e reteo f10 0 to15ogr ades call K E Y、 VOR DS n飞e er the o pe ratiollre q一ir e一 1 1e一 lts . 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