强制崩落与自然崩落相结合的采矿新工艺.pdf

7 ／ 强制崩落与 自然崩落 相结合 的采矿新工艺 北京科技大 学 高 永涛任天贵 _ __～ 一 [ 喜 摹 i 要] 奉童 在进行了大 量现辅观 察和理论拜 究的 基础上 e 结合小 官庄铁矿西 区的具体情况 太瞻地 叠出了无鹿柱丹置腊幕基 自箍 崩善和强翻 落相纬音的新的开采工 艺 ， 并付 l 菅 宴施 臣过生产 宴盛 取搏丁圈稍成功 ， ／ l美键词 ； 地下采矿 一 1问题 的 由来 小宫庄铁矿为缓倾斜 中厚矿体 ． 设计 采用无底柱分段崩落法 ．投产后 由于采场 巷道严重垮冒 ． 生产一度处于严重被动的 局面 ．据对西 区三个采切水平的调查结果 表 明 ，巷道总 破 坏率 达5 0 ， 9 ，垮 冒掼 失 矿石 量 达1 4 万 t 之多 ． 详 见表 1 。在 掘 采 过 程 中 ． 巷道 变形 垮 冒不 断 ，尤 其是 支撑 压力带内的工程情况更为严重 ． 如 一2 5 0 m 水平的1 0 1 矿快 ， 其联巷和进路几乎全部报 废 ．一些勉强可维护住的工程 ．由于炮孔 大量错动变形 破坏率达6 3 ． 2 ， 生产也无 法正 常进行 。 表1 巷道变形破坏调查统计 如此严重的情况迫使我们考虑 能否根 据西 区矿岩橙软破碎的特点 ，充分地利用 塞 苎 墨 垄 堕； 皇 ．竺 堂 苎 互 堡 兰 茎 互 曩■精暮与自嚣囊暮相绪音的采矿新工艺 求* 板 ， 实施无底柱分段崩落法强制崩落和 自 然崩落相结合 ，减少支撑压力带 内的工程 量 ，收缩采准 范 围 ．变不 利 因素 为有 利 因 素 ，对 上盘及 两翼 的三 角矿带 实 施并 段 回 采 ． 经过反复研究论证 ． 认 为这种可能性 是存在的 1 ． 1考查 西 区从 6 线 到 1 8 线 1 7 个 钻 孔 岩 芯 ．其RQD值 均小于5 0 ． Fe ，、 F e i 、 Fe ， 的 可 崩 性 指 数 分 别 为 4， 24、4 ． 6l 和4 ， 5 2，可崩 性 中等 ．需要 指 出韵 是 这些 岩芯都是在 未经 采动 的状态下取 得的 ． 1 ． 2 在 一2 5 0 m水 平 时实 际生 产 过 程 中 发 现 ．原 一2 4 0 m水平 1 0 2 采 场 由于 巷道 垮 冒 严 重 无 法 正 常 退 采 而 报 废 的 矿 量．在 一 2 5 0 m水平 回采 时却大多 自然落 下并且 得 到充分 回收 ．回收率选1 3 O 以上 ，这说 明 ， 实际的 自然崩 落是 存在的 。 1 ． 3 生产过程 中 ，还 发现 原来 需要进 行捅 孔处理的塌落孔 ．如果整排孔都发生塌落 理象 ，不经任何 处理 即装 药 ，装药 量仅用 设 计药量 的一半 ，而爆破效果 却不受 影 响 ．究 其原 因 ，因为发生塌孔破 坏的部 位 ，矿 岩松软破碎 ．中深孔 无法 形成或 形 成后又立即破坏 ，只要炮孔下半部崩落 ， 已经破碎 的矿岩则 会 随之 眼下 ，这 可谓 是 一 种特殊 的 自然崩落 现象 ． 一 7一 维普资讯 1 ． 4 有 限元计算 及 实际观察 都表 明 ．上永 平 采 空 区周 围形 成 的 支撑压 力带 范 围在 走 向 方 向上 约 4 5 ～ 6 0 m ．垂 直 走 向 方 向上 约4 0 5 0 m ，这就 是说 ，无 论 矿体 的 上盘 或侧 翼 均处 于 支撵压 力带 之 内 ，其峰 值达 到正 常应力 的2 ～3 倍 以上 ，这个 结论被 收 敛测量的结果所证实 ． 1 ． 6 从 矿石顶盖 的受 力 情况分析 ，其 自然 崩落 的可 能性 也是 存在的 B ． _ r石厦董没有崩 落时的应 力状态 b ， 矿 石嗄董前 媸崩落时的应力 状 态 图1 支撑压力带遢采时矿石顶盖受力状态示意 图 l a 表示 开 始 在 三角 带退 采 时 所形 成 的矿石 顶 盖 表面 的受 力 状 态 ，此 时 其表 面 已 由受 法 向压 力 转 化 为受 切 向拉 应 力 ，在 这样的应力状态下 ，西区这样松软破碎 、 稳定性差 的矿石顶盖难于承受 ． 发生 自然 崩落 ． 图1 b 表示前端晦矿石顶 盖已经崩落时 的矿体受 力状态 ，这时除了一次采动 的应 力外 ，又形 成 了二次采动应 力 ，二者迭 加 ， 台 成应力 的峰值可达正常应力的3 ～4 倍 有 限元计算结果 ，继续退采 ． 矿石顶 盖加厚 ． 如其不能及时崩落 ，则处于至步 有两个侧面悬空 的悬臂梁状态 ，其承 受的 支撵压力又转化为拉应力 ． 从丽使西区这 样好矿岩条件产生 蛊然崩落 ． 1 ． 6 这里 ． 、 还存在一个崩落时机问题 ． 如 果要求 自然崩落的矿石层 厚度较大 ，可能 出现矿石顶盖不髓按步距及时崩落 ．就需 要及 时处理 ． 其方 法有二 - 1 根 据对生 产 中发生 的现象 分析 ，只 要有足够数量同时遢采的进路 ．实行交叉 出矿 ， 问题一般 即可解决 ． 2 采取 自然崩落局部留矿方塞 ．即从 本分段步距 中放 出一定数量 的纯矿石后继 续退采 ． 通过扩太拉底面积诱导其崩落 留下的矿石待下分段放 出 ，从回收矿石的 角度看 ， 这不仅 无害而 且有 益 ． 。 根据以士分析 ， 可以看出 在小官庄铁 矿西区实施强制崩落和 自然崩落相结台的 无底柱 分段崖落法新工 艺是有 可能实现 的 。因此 ，我 们决定 打破原有 的设计 规 程 ， 对新的采矿水平按此进行采准设计 。 2 一拍0 m水平的采准 设计及工程实践 一 2 ． 1 2 6 0 m水 平的采准设计 接小官庄铁矿原来的设计规程 ，在上 盘及 两翼三 角矿带 ．凡本 水平底 板 以上 矿 厚选T in 巷 遭疆 板 以上 4 m 均布 置采 准 工 程 ．在进行 一2 6 0 m水平采准设 计时 瓮现 ． 如果按此规程设计 ， 需掘进5 1 0 0 m巷道才 一 8 一 有 山一l 啦● 维普资讯 能获得7 8 万 t 的待 采矿 量 。进一 步研 究还发 现 5 1 0 0 m巷 道 中2 2 0 0 m布 置在 上水 平 开采 界限投影外的支撑压力带 中 ，所提供的待 采矿 量仅 1 9 ． 8 万t，采 准 比高达 1 1 ． 6 m／ k t。 一 旦按 此 设计 实施 ，西 区将 会很 快 陷入 采 掘严重 失 调 的 困境 ，从 而严 重 影 响经 济效 益的提高 。由此 可见 ，尽 量 收缩 一2 6 0 m水 平 的采准 范围 ，在 一2 7 0 m水 平的上盘 及两 翼三 角矿带 实 现 自然 崩落 与强 制 崩落 相结 舍 的新工 艺 只要技 术 上可 行 是 十分 必要 和 迫 切 的 。 根据 以上分析 ，在作 一2 6 0 m水 平采准 设计 时 ，支撑 压力 带 内进路 顶板 以上最低 采 高定为l o re ，在 一2 7 0 m水平 实现 两分段 并 段 回采 ，实施 该方 案 既积 极 又是 万无一 失的 ．这 是 因为 ，扣除进路 高度 后 ，最 大 凿岩 深度 为1 7 1 8 m ，即使 自然崩 落失 控 也可 及时 转为强 制崩落 ．如果 实施 的效果 理想 ，在进行 一2 7 0 m水 平采准设 计时 ，再 作更大胆 的探索 ． 图2 为 一2 6 0 m水 平 的 采准 设计 ，与 按 原 设计 规程 的 采准设 计 相 比 ，采 切工程 量 减 少2 0 7 1 m ，采准 比5 ． 1 3 m／ kt 、 待 采矿 量 5 9 万t，这一 决策为西 区产 量的连 年递增创 造 了条 件 。 2 ． 2工程实验 为 了检 验工 艺 的 可靠 性 并 积累 经 验 ， 我们 选 择 了 一2 6 0 m水 平 北 翼 的2”、 3”、 4*三条进路作 为试 验块 段进行 了观 察试验 如 图3 。该处因矿体变厚而采高变大 ，进 路 顶 板 以 上 矿 体 厚 度 分 别 为 2。 进 路1 5 m ， 3”进路 1 7 m ， 4”进路1 9 ． 5 m， 这 比 一 2 7 0 m水平 支撑压力带 内进路 顶板 以 E 的 矿 厚 还 要 大 ，因此 试 验 的结 果 具 有 可 比 性 。 图22 6 0 m水平新旧两方案采准范围对比 维普资讯 固32 6 0 m水 平试验 工程布 置 这 三条 进路 经 过 6 个 月 的时 间退 采 结 柬 ． 2。进路 的 红 板岩 顶板 ． 3。、 4。进 路 的矿石顶盖、 均能及时崩落 ．自然崩落的矿 石块度适 中 ． 大块率仅为8 嘣 ． 与强制崩落 的大块产出率相 同 ． 每排的崩矿情况均作 了详细 的统计 ， 最终结果列于表2． 表22 6 0 m水 平试验块段 回采指标 指标好 ， 这既证明了现行设计方案的可行 性 ， 又展示 了进一步探索 的前景 ． 3 减少的采准工程所节约的采掘工程 量2 0 0 0 余 米 为净 节 约量 ，按 每米 掘支 费用 i 0 0 0 元 计 ，一2 6 0 m水 平 节 约 费 用 2 0 7 万 元 ． 经济效 益是 十分可观 ． 4 根据 一2 6 0 m条 进路 回采结果 可以 预料 ，一2 7 0 m水 平 的出矿 能力 和 回收指 标 还将进一步提高 ． 3 结束语 经过在小官庄铁矿多年的工程实践 ， 结合理论研究的成果 ． 逐渐探索并最终为 在小官庄铁矿矿体条件下应用无底柱分段 崩落法开拓出一条新路 ，形成了低段 回采 下盘部分 与高段 回采 上盘 部分 相结合 ， 强制崩落与 自然崩落相结合的新的无底柱 分段崩落法的采场结构 ， 具有广泛的推广 价值 ． 责任编辑黄燮中 说 明贫损指标 是接连略境计 的 ．出矿 品位 为三 条进 略的蟪 台 值 ，因而贫 化车指标 也不艟 舟开 ， p一一贫化 睾；，～一回 收 事 这三 条进路 的回采结果 表明 1 一2 6 0 H 1 水 平 的 实 践 证 明 ，在 一 2 7 0 m水平实现强制崩落与 自然崩落相结 合在技术上是可行的 ，在第一分层开采条 件下能取得这样的指标是好的 ． 2 第一分层采高大 ． 采准比小 ，回收 维普资讯