安庆铜矿高阶段矿房充填体稳定性的探讨.pdf

一 ／安庆铜矿高阶段矿房充填体 ／ 稳定性的探讨 。 。 安 徽 铜 陵 有 色 职 工 大 学 壁 壅 盘一 【 摘要】 安 庆 铜 矿 高 阶 段 矿 房 充 填 体 的 稳 定 性 关 系 到 矿 山 正 常 生 产 。 为 此． 对 充 填 件 进 行 受 力 分 析． 根 斑 ， ， 新 ， D I S C U S S I ON ON T HE S T A B I L I O F T IlE B OR n B A CKF I L I I NG I N THE HI GH HORI Z ON Un i v e r s i t y o f No nf e r r o m Wo r k e r i n A n h ui, To n g l l n g X u e Yl z h on g 【 ． I B 6 T l t - “ T】I n A n c g C o p p e r Mi t h e s t a b i l i t y o f b o r d b a c k f l i n g i n t h e h i g h h o r i z o n o f -帅 P 0 na n c e t o the n o r ma l p r o du c t i o n o f t h e mi n e ． Fo r t his r e a s on , we ma d e a a m i y s is o f t h e s t r e m t o t he b a c k fi l l i n g ,p o i n te d O u t t he me a s i 2 r e n s u r e d i n i mp ol v l n g t he q L 蝴i t y a n d i n t e n s i t y o f t h e b a c k f R l l n g ． K E Y WOR D S Hi g h h o r i z o n B a c k f i l li n g S t a b i l i t y F il l i n t e n s i ty 安庆铜矿是铜陵有色金属公司主要矿山 之一，设计矿石生产能力为 3 5 0 0 t ／ d ， 服务年 限为 3 1 年 。选用段高为 1 2 0 m的 V c R 法采矿，分矿房、矿柱两步骤回采．采空区 采用尾砂胶结体和尾砂充填处理。 以下主要针对工号矿体的矿柱回采期闻 矿房尾砂胶结充填体的稳定性谈一些看法。 1 矿体赋存条件及采矿方法 1 ． 1 矿体赋存条件 工 号矿体顶板围岩主要为大理岩．底板 是矽卡岩和大理岩，f 1 0 ～l 2 ． 稳定性好， 局部地段有蚀变闪长岩 、 钙质页岩等 ，f 5 。 1 ． 2 采矿方法 工号矿体用V c R法回采． 矿房采用 阶段连续回采．事后尾砂胶结充填．矿柱采 用双阶段连续回采．嗣后尾砂水力充填。矿 块结构尺寸矿块垂直走向布置，矿块长度 即为矿厚．矿房、矿桂宽度均为 1 5 m， 阶段 高 1 2 0 m ． 辅助中段高 6 0 m。 要保证正常安全生产，最重要的一点就 是矿柱双阶段回采期间要保证矿房尾砂胶结 充填体稳定即矿柱回采期问矿房尾砂胶 结充填体自立性 。 2 矿房尾砂胶结体的受力分析 影响充填体稳定性因素主要有充填体 所承受的载荷即原岩应力、 充填体形状，构 成充填体的充填料强度，充填体内的应力分 布，充填存在暴露时间，爆破应力等。 2 ． 1 充填体所承受原岩应力 在一般情况下 ， 处于一定深度的原岩体 或充填体主要承受着上部岩体的重量， 在 较小深度下 2 0 0 --3 0 0 m ， 岩体中由于自 一 l 4一 有色矿山I { 维普资讯 重应力产生的侧向应力较小， 约为垂直应力的 1 0 ％一 2 0 在较大深度下 一 3 0 0 --一 8 0 O re ． 佣向应力约为垂直应力的2 0 ％ --4 0 ％ , 而工 号 矿体主要赋存深度为 一2 5 0 ～一 6 5 0 m ， 现阶 段开采范围为 一 2 8 0 ～一 4 0 0 m之间的矿体。 中段回采顺序是从中央向两翼回采可以认 为这个开采范围充填体所承受原岩应力主要 是 一 2 8 0 m以上原岩体的自重垂直应力 ， 佣 向应力和矿柱尾砂充填体的松散应力。工号 矿体围岩 f 1 0 ～I 2 ， 稳定性好，围岩体自身 可以承担大部分困开采而引起的原岩应力。 这样工 号矿体在开采初期，矿房尾砂胺结体 只要能够承受自身重量和矿柱尾砂充填体佣 压力及爆破应力冲击的影响，就能保证矿柱 回采安全顺利进行 。只有到了东西两翼和 一 4 0 0 m以下才需要考虑原岩应力对充填体的 影响。 影响充填体稳定性的另一个重要因素是 矿房的高宽比，在岩体中由于采矿形成空间 后，岩体内发生应力重新分布使岩体产生次 生应力场，光弹试验结果如附表。 附表应力集中系数与宽高比关系 开采空问矩 形宽 高比 皇 塑 墨 墨 墼 单向受压 双向受压 侧压等干 o 】 c 侧匝等干顶压 从附表可以看出，当开采断面为高窄即 宽高比为 1 5 一I 2 0 时，应力集中系数较 小，其两佣帮没有应力集中现象，且顶板中 拉应力也将变小，而安庆铜矿 I 号矿房宽高 比为 1 5 1 2 0 I 8} 是比较合理的，将不 会出现大的围岩应力集中现象。 根据澳大利亚矿经验，充填体宽度和厚 度之比也是影响充填体 自 立性的另一个重要 因素，而 工号 矿厚从 I ． 5 ～I 1 4 m不等，平均 为2 8 m，故在设计矿块宽度时也应根据矿厚 不同作适当调整，而不应当全为 1 5 m。 2 ． 2 矿房尾砂胶结体破坏机理 根据安庆铜矿 一 4 0 0 ～一 2 8 0 m现有回采 顺序来看 ，矿房胶结充填体上部主要承受 一 2 8 0 m以上岩体自重应力， 侧向主要承受来 自于岩体 自重引起的侧向应力和矿柱尾砂松 散体佣压力，如附图。 附图矿房尾砂胶结体受力示意图 从附图可以看出，开采初期充填体主要 承受矿柱尾砂松散体应力、爆破应力和矿房 充填体自重，原岩应力主要由围岩本身来承 担，待开采到 一 4 0 0 m以下和东西两翼回采 时才考虑原岩应力和上部充填体压力 。 由于充填体的弹性模量和刚度与原岩相 比很小，相当于软岩，所以充填体要发生破 坏不外乎为以下两种形式 I 中间首先外鼓最后失稳； 2中间首先剥落最后整个充填体塌 落。 3 影响矿房充填体的充填 质量因素与控制方法 3 ． I 尾砂 安庆铜矿矿房充填尾砂中含 S 为 1 ． 0 6 ％ ， 根据资料 尾砂中含s 量超过 I ％ ， 充填体的 后期强度会产生有害影响，因此要通过实验 查清硫量对胶结充填的有害程度和提高选硫 回收率 。 安庆铜矿高阶段矿房充填体稳定性的探讨薛奕忠 e 邮编 2 ． 1 4 o o I 5一 维普资讯 3 ． 2 分级尾砂料级组成 工 号矿体充填体骨料主要是尾砂中掺入 部分棒磨砂及江砂、 河砂等，掺入砂子粒级 在 0 0 7 4 --S m m之问，充填分级尾砂 3 m 以上占9 6 ％ ， 根据湖北铜绿山矿经验 3 7 1a m 以上尾砂的渗透系数为 8 ～9 廿 n ／ h 。安庆矿设 计采场充填为每充填 6 m高停止 1 5 ～1 6 小时 后继续充填，以便于脱水和凝固，这样就要 求充填骨料输送到采空区后其粒级组成还应 保持 3 7 g in以上占绝大多数才能保证有足 够的渗透系数 。所以随着开采深度和范围越 来越大，骨料在长距离的输送过程中由于互 相碰撞和摩擦使得细粒级增加，会降低充填 体强度和渗透系数，因此要根据输送距离及 时调整掺入棒磨砂和江砂。 3 ． 3 水的性质对充填质量的影响 根据国内外有关资料．在制备充填料时， 应采用与制备普通混凝土相同的水质，才能 避免水泥的水化作用。若水源不足如用井下 水时一定要用石灰作添加剂并除去油污及其 它有害水泥胶结的杂质，只有这样井下水才 能作为充填用水。 3 ． 4 采场充填管道 下料点的影响 充填下料点的位置和方向对充填料能否 均匀分布有很大的影响 。 充填管道的出料口方向陕定了采空区充 填锥体的位置，而锥体附近水泥含量低 、 强 度低，锥体周边水泥含量高，强度也高 。 为 减少充填料不均布现象应经常调整充填管道 伸入采空区水平长度。 另外，当下料口离充填面距离过大时有 可能产生充填料离析现象，而离析现象使充 填体出现强度弱面，爆破时易产生破坏 。为 了消除离析现象， 一 3 4 0 ～一 3 8 5 m之问采空 区应在 一 3 4 0 m辅助中段采空区两边巷道下 放充填料， 一 2 8 0一一3 4 0 r fl 之问采空区应 在 一2 8 0 m中段下放充填料 ，输送到采空区 充填管道最好采用软管使得出料口到充填面 距离越近越好 。 3 ． 5 下料冲击的危害与消除方法 充填设计采用每充 6 m高，停止 1 5 ～1 6 小时后继续充填便于凝固、 脱水，当充填料 从充填管道落到初凝的胶结充填体上，会使 下部的充填体发生永久的整体破坏性，为了 减少这种破坏程度，最好在分层充填上部形 成 5 0 c m左右的缓冲层以防止下部充填体遭 受冲击破坏。可采用在充填料加缓凝剂，或 加一定量的炉渣起缓凝剂作用。 3 ． 6 尾砂胶结体的脱水 设计充填砂浆浓度为6 5 ％ --7 0 ％ ， 这意味 着砂浆里含有大量的水，为缩短充填体终凝 时间，减少充填体内含水静压力，必须提高 充填体的渗透系数，采取主要措施就是① 严格控制充填料的粒级组成，即要求尾砂粒 级组成应当在 3 7 ．U m以上；②控制掺入棒 磨砂、 河砂中的细泥量，要求细泥含量 一 2 o g rf l 必须在 3 5 ％以下；③在充填体内外应尽量 多设置渗水通道 。 4 提高充填体强度的措施 根据现有资料分析 一 2 8 0～一 4 0 0 m 之间工 号矿体 0 线附近几个回采矿房只要能 够严格按照设计施工，其矿房尾胶体是没有 问题的。但随着开采范围和深度越来越大， 为保证充填体有足够的稳定性必须采取以下 措施 1 提高充填体的粘结力 提高充填体的粘结力措施之一就是提高 水泥与尾砂配比．国内外资料都表明在一定 范围内水泥量愈大，所形成的充填体强度愈 高 。 2 选择合适的水灰比 水灰比就是用水与水泥量之比，在水泥 与尾砂比例一定的条件下，充填料水份过多． 很容易造成离析现象；另外充填料含水过多， 在形成充填体的固结过程中，充填体内部产 生很多 L 隙，因而降低了充填体的强度。根 据国内外有关资料，提高输送浓度可大大提 l 6 有色矿山 l I I H 8 5 维普资讯 高充填体强度，凡口铅锌矿结论输送浓度 由6 5 ％提高到 7 5 ％强度强可提高 1 ． 5 --2 ． o 倍不等。 安庆铜矿设计输送浓度为6 5 ％-7 0 ％ ， 因此在可能情况下，应尽量提高输送浓度使 之达到 7 5 ％左右 。 3 加快充填体脱水 尾砂胶结体能否及时脱水关系到后期充 填体稳定性，因而陈提高充填体渗透系数外 应多设置渗水通道，如安设波纹管和打专用 渗水通道等 。 4 降低爆破对充填体影响 I号矿柱回采采用倜向爆破相对于 F 向 爆破对充填体破坏要小，为了充分降低爆破 对充填体影响关键在于控制炮孔偏斜率 、 炮 孔装药结构，根据凡口铅锌矿现场测试，爆 破产生的冲击渡可能引起距炮孔 2 ． 5 7 m以内 的充填体遭到破坏，如果使充填体不遭到破 坏，那么边排孔距充填体的距离以2 ． 5 m为 宜。而安庆铜矿设计距离为 1 ． 5 m，为了减 少爆破对充填体影响．边排孔最好采用控制 f 上接第 2 l 页 为支护体而起～些辅助作用，主要是支护表 层破碎岩石，联合支护可有效维护岩体的完 整性。锚杆垫板是将锚杆头部荷载均匀分配 给围岩，压紧金属网；金属网则提高喷射混 凝土的整体性，防止收缩，使应力均匀分布． 并提供一定抗剪强度；混凝土能及时封闭围 岩，防止围岩裂隙膨胀 产生流变等。将垫 板 、 金属网与锚杆连接起来，防止应力集中， 是表面支护共同发挥作用的重要组成部分。 总之喷锚网是一种适合金N--矿区围岩 特点的地下工程有效支护型式，支护成本低， 工艺成熟，应用前景广阔；可广泛应用于金 爆破，装药结构采用柱状药包。 5 加强原岩应力测试 安庆铜矿在生产过程中应加强原岩应力 和充填体应力测试，由于每个矿房所处位置 不同， 所受原岩应力也不一样，应根据测试 结果来调整不同的灰砂比和充填体的宽厚比。 6 发展碎石充填技术 若二步回收矿柱，嗣后充填矿房的充填 料，要考虑是提高充填料的粘结强度，使充 填体的竖立暴露高度达 l O 0 m或更大。据加 拿大矿山经验，水泥与尾砂之比为 l 1 5 的 尾砂胶结充填料即可达到此目的。 为了节省水泥消耗． 7 0 年代后期发展起 来碎石充填新技术，这种充填方法是将小于 1 5 0 m ill 全粒级碎石加入5 ％水泥和适当的水 后，经机械或自溜搅拌充八采空区，形成稳 定的人工矿柱，充填体的强度约 2 ～7 M P a ． 充填体 自 立高度达 1 0 0 m。安庆铜矿现设有 碎石破碎系统，若尾砂胶结体充填能力不能 满足生产需要，应考虑采用该技术作为补充。 J I I 二矿区各类工程开挖中的一次支护 、 不良 岩层散体结构岩石开挖中的临时支护及各种 不良岩层和特殊工程的技术加固措施。喷锚 刚支护也作为工程地质条件一般或较好部位 的永久支护及采准。切割工程等各种受采动 影响较大、使用年限短工程的永久支护。 但 使用范围受施工条件 、 作用条件 、 配套机具 等制约。如无轨运输锚杆封底中，由于混 凝土开裂锚杆头外露，易刺穿无轨设备轮胎。 喷锚刚支护水泥卷装注工艺 、 喷锚网各工序 质量检查手段等，还需要进一步完善和不断 改进。喷锚网支护将在金川二矿区生产建设 中发挥更大作用。 安庆铜矿高阶段矿房充填体稳定性的探讨薛奕忠 邮编 2 4 4 0 0 维普资讯