矿块崩落法开采中维持持续崩落的探讨.pdf

矿块崩落法开采 中维持 ．持续崩落的探讨 中条 山有 色金属 公 d 挛散 光 提 要 在应用矿块崩落法开采的矿 。能否维持持续崩落是应甩矿块崩落谣是否成功的一十关键问题．本文就影响 持 续崩蓓 时因素 和维 持持 续崩落 的措 施方 面苎 行了 有益 的探 讨． 矿块 崩落 法 的原理 是 在矿 体下 部开 凿一个 水 平或倾斜 的空 间， 破 坏原 岩应力 的 静态 平 衡， 引起 空 间周 围的应力 重新分 布 当产 生的应力 超过了岩体的强度 ，岩石就会发生变形破裂 以 至 冒落 。 一 般 来讲 ，如果矿体 下部有足 够的暴露 空 间，那么无论什么样的岩石都会 自然崩落。但 为满足生产和安全的需要 ，希望这种崩落是 人为控 制下持续 地进 行 。 很 多矿 山的经验 表 明，问题 的关键在于如 何在人 为的控 制下保证 持 续地 崩落 。 一 、影 响持续崩 落的因素 在拉底 空 间上部形 成拱 以后 ，岩体趋 于稳 定状态 促使拱 上部继续崩落 的原 因有 下』 L 个方面 1 ． 拉 底 面积 的不断扩 大撇掉 了拱 脚所承 担 的支撑 ，拱上部产 生的拉应 力 ，使 岩体结构 发 生破坏 ，岩体崩 落 。 2 ． 断 层或人为 工程 ，削 弱了 侧压 力 ，使拱 脚的剪切 应力加 大 ，并超 过岩体本 身的抗剪 强 度使 岩体崩落 。断层是 不可忽视 的崩落 条件。 3 ． 节理 裂 隙较为平 措或 充填物含水 量较 大 流 动性较 大 的充填 物所充 填 ， 拱内的岩石 在压应力 的作 用下 ，会 沿着节理 面破碎 ，发生 缓慢地 移动而 影 响到 相邻岩石 的稳 固而 发 生移 动 ，使 拱遂浙下 沉。随 着时 问的增长 ，岩 石发 生 冒落 。 4 ． 破碎 带 中的岩石碎 块 ， 在重 力的作用 下 ， 被挤 压 出去 ，消除了 相邻 岩 块的夹制 性 ，相邻 岩 块松动发生 冒落 。破碎带 的宽度 和 频 度 越 大 ，对持 续崩落越有 利。 二 、持续落崩的措施 1 ． 拉庭 割帮及其 相互关 系 如 果 岩 体 超 过 预 定 合理 的跨度 而 不能 一行 崩 落，说 明形成 的拱 已处 于 比较 稳 固的状 态，就必须采用人为的手段。强制崩落 在矿 块崩落法上人们往往称之为诱导工程 沿矿体 边界割 帮的方法 来削 弱拱的一种 比 较 好 的 手 段 通 过施工 天井、 开 凿平巷 互相联 通起来 ，再 用 环形 中深 孔进行 爆破 ，切割 出一个与侧 部岩 体 脱离 的空间 ，也就是割 去了删应力 的作用 ． 产生的剪切应力大于岩体的抗剪强度， 体就 会发生崩落。模拟试验表 明割帮进行的太快 会 增加剪切 应力 ，加 大 了崩落岩石 的块度 ．这 个块度往 往是无法 接受 的 ，为持 续崩落增 加 了 难度 ． 如果 拉底 过长或 割帮 高度 过高 ，将可能 产生 突然 冒落 ，其恶果是严 重 的。大面 积的突 然 冒落 ，块 度 相当大 ，产生强 大的气 浪，有可 能造成人员、设备及工程的巨大损失。因此， 必 须十分注 意拉底 与割帮 的衔接关 系 1 拉底要连续 要高质量 去掉支撑和『 有 色 矿 山 一 1 9 8 9 ． 3 维普资讯 大块 ，保 证拉底 空 完整 ，而且要 缓慢 、 适 时地 进行 。也就是 说 要保 证岩体 初始 崩落 的拉 底面静； 、确保岩石 在 崩落 前受到 应力 的充 分作 f } j ，使节 理 、裂 隙 充分张开 ，确 保持 续 崩 落和理 想的块 度。 2割帮高 度和面积 要逐步地 扩大 ， 原则 上要远远 滞后拉 底速度 在确髁荆 帮工程 不 受 破 坏，岩体崩落 不超 出矿体 边界 的条件下 。 经 验告 诉我们 拉底后开 始 初始崩落 ，崩落 高 度 达到 1 0 米左 右时才能 进行 割帮 。 过早 地割帮会 在靠 近 割帮地 区 形 成 稳 定 拱，也会加大崩落岩石的块度。 现刺 一侧割 帮与两 侧割帮进行 简 单 比 较 图 割 图 i t pa、 b的环形应 力线 长 度 均 为 士,- o R。丑 a的环形 应力线所 包 围的面 积 为 一 ； b的环形 应 力线所 包围的 面积为 S 三 ER 。 一 铡割 帮和两侧 割帮酶环 形应力 线 长度 相 等 。但 崩落 面积相 差- - - - 倍 。两 侧割 帮更容 易产 生崩 落。 即如果 初 始崩落 遇到 困难 。可 以增加 制 帮 自由雨 ，以利于 崩落 。 有 色矿 山一 1 9 8 9 ． 3 环形应 力线 以外 阴影部 分如果没 有 特殊 地 质 构造 或投入其 他工程 原 则 上是 ；可 崩 落 的。模 拟试验 证明铜 矿峪矿块 崩落法设 计 副层 的角 部 即使有 高质 置的拉底 仍然无 法改变 阴 影部 位的状 况 因此 ，对 矿块 崩落 边 界 的 圈 定 ，转角必 须大于 9 o 。 。转 角越大 ， 损 失越小 ， 转角 越小 ，损 失越大 。 2 ． 选 用合 理的拉 底速度 和方式 保证 持续崩 落 从理 论上说 ，拉 底 面积 的扩大 ，无 ∈ 有助 于持 续崩 落。但 过大 的 高速度地 扩犬 拉底面积 将导致块 度的增 大及 大 面积 冒落 尤≥ 在 垫层 控 制不好 的情况 下 ，会 带来严重 的灾难 从巷 道维护昀 角度来看 ，一次拉开 很大 面 积 ， 是 合理昀方 法 。因为压 力很快 传递 到拱脚 ，由于 拉 底面 积很大 ，拱 脚 的应 力集 中．会 引起 拱脚 附近巷 道的 严重 破 蜒 ，增加 了巷 道的 维护量 。 而 空闽 匕 部 的岩 石 受到垂直 应力呈拱 j Y , 9 突然 降低 ，容 易形成大 块。 因此 ，拉底 方式魁 十分 重要 骑。把 拉底面 积拉成 圆形或近 似 圆形的椭 圆形无疑是 最理想 的拉 底方 式 ，它 可 以避免 凹 凸部位应力 的 高度 集 中 应 力集 中现象 的实质 就是 已使压应力转变为拉应力 。 5 ． 用合理 的拉底 顺序和 方向保证持 续崩落 台理 的 拉底顺序应 该是首 先从岩石 稳 固性 较差 的地区或 部位开 媚 图2 为 从矿体 的一端 向另一 端进行 的拉 底 图 ，为矿体 从 中间向两翼 拉底 的方式 。 I、 I、 圈 维普资讯 1分别为三扶拉底的崩落线和崩落面积． 案 ，使崩落发展的快，而且均匀呈 圆形的不断 不难看 出罔2 的 b 是最佳 的 回 采 方 扩大的拉底是最理想的拉底方式． ／ ， r 、 、 、 I ， ＼ ／ 。 ＼ ＼ 搿 粥 I 落 i 。 I 鬻 ； 黧 尉 鼎 i i i l H卅 - - ● _ _ ； * ． ． l I ’ ． l 。 l ‘ l l - l l I ／ ／ ⋯ ／ 臣 拉底顺 序 图 图3 和图4 分别是 铜矿峪 矿和亨德 森矿按年 囤 4 度 的拉底 面积 图，铜矿峪 矿历年崩 矿范 围图 ． 从 中可 以看 出亭德森 矿一盘 区的形状 与铜矿 峪 矿 的矿体形状 基本 相似。但 亨德森矿 一盘 区从 中间最 宽部位 即 1 9 T 7 年 ]首先 F 刀 ， 然 后 向一 翼 推进 [即 1 9 7 8 年 、 1 9 7 0 年部 分 ，一翼推进 结束 再向另 一翼推 进 [即1 9 8 1 年 、1 9 8 2年 部 分 ]。笔者认 为这种推 进方式较 铜矿峪 矿的崩 落设计更 为合理 。其原 因是 1 无论哪一种崩落法都应该遵循 这 样 一 个准则 ，即从最厚 太部位 开刀 ， 向比较 窄的 地 区推进．这 样推进 比较容 易 ， 而且 效果较 好 ． 铜 矿峪 的设计 与之相 反 ，它是从 比较 窄的地 区 向比较 厚大 的地区推进 ， 不 仅增加 了推进难 度， 而且 由于切 割槽布 置在矿体 边缘的 一 条 斜 线 上 ，效果将 受到限 制。 2 首先形成一个又宽又大的拉底 面积， 而后 逐渐缩 小的 崩落效果 比先拉 开一个小 的拉 底面 积 ，逐 渐扩大 ，效 果好的 多。 3 铜矿峪矿的矿块宽度最大为2 5 0 米， 走 向长度为6 4 0 米 。 拉底 采用侧 向挤压爆 破 ，距 有 色矿 山一 I 9 8 9 ． 3 维普资讯 离有 些过长很难 保证 高质 量 的拉 底 ．如从 中问 开 刀 ，一翼 侧推 3 0 0 多米 ， 效果将 会好 些．为 保 证 拉底质 量 ，可 考虑 在拉底 层 的联络 道布置 辅 助 拉槽 ． 4铜 矿峪 矿矿块 的 中间部位， 正是岩石 最 破碎的 部位 ，也就是开 刀最理 想的 部位 。 总之 ，拉底顺 序是矿 块崩落法 应用 中举足 轻 重的犬 问题．如 果矿体过于 细长并且 宽度 比 较 均匀采用 从一翼 到另一翼 的后退式 拉底是台 理 的。如果矿 体长宽 相差不 十分悬殊 ，而且厚 大部位 在 中央 ，采用 中问开 刀 ，向 一翼 或两翼 拉底 应该是合理 的 ． 对 于年 度 拉底面积 内的拉底 顺序 大体分两 类 一 类是 国际象棋棋 盘式 的拉底 顺序 见 图 5； 朋5 国际象棋 式 拉雇曩 序 另一类 是 围棋 式拉底顺 序 ，见 图6 ． - - - - 枷 c { 争 - 国际象棋式 拉底顺序 由于 常常伴 随着过大 的地压 ，而使用 越来越 步． 围棋式拉 底 由于其 灵活 多变 ，适应 力强 ，千变万 化 ，而 更多 的被 采用．它分为楔式和台阶式两种 图6 ． ．1 习 l _ 1 I 1 31 9 J 2 一 B 一 4 6 一 m 朋6 置棋 式拉 底曩序 4 ． 拉底的 深孔布 置 从目前的各种资料表明岩石的崩落角为 60。一 0。 ，移 动角为4 5 “ - 5 0 。 ．从这 点出发 我 国 目前 的崩落法采用 的是垂 直 中深 孔 ，这与岩 体本身的崩落角有2 0 。 一3 o 。 的差角 ，这也许就 是我们爆破效果欠佳的一个原 因吧．因此，应 尽量减少这个差角，把中深孔施工呈倾斜的排 面。最 好与岩体 崩落 角平行或近 似平行 ，才能 达到较好 的爆 破 效果。但 这会 带来设计 与施工 的难艘 和复杂 性 。需要 在 实践 中进 一步 总结。 上接第2 0 页 入废石5 1 1 吨 ，贫化率 为8 ％， 另 外矿 量永久 损 在本 分段 出矿 ． 失 1 6 8 吨，其余为进路间三角脊柱未采矿量， 由 惯 l 伏下盘滞留富矿按上述方法 均 无 法 回 下一分段回采。 收，可在上述方案 中另布置二次出矿巷道，间 当侧伙 下盘倾 角 1 。 -- 2 5 。时 ， 可 考虑 补 距 一 1 0 米与脉外运输 平巷 相连 ，用装 岩 机 配 充 布置 底盘漏 斗采矿 结构 ，仍按平 底 出矿 结拘 普通矿车 运 出坑外 手 选。 育 色矿 山一 1 9 8 9 ． 3 1 3 -- 维普资讯