不稳矿岩上向充填法采矿的顶板管理.pdf

I f7 移 不稳矿岩上向充填法采矿的顶板管理 云南 会泽铅锌 矿 ．兰 兰 T 0 ． 弓 ．， 一 l √ - 奉交介绍了 长锚索一 短锚杆一木器 ”综合护顶措施 解嵌不稳矿岩上向充填采矿 关键 词。 上 向充填采 矿 互 众所周知 ，一 种采矿方法 的顶 板管理办 法 当否，往往决定着 该采矿方法使用 的成功 与否。而设计‘ 的顶 板管理办法 ，又 常困地质 条件的变化 ， 使之难达预期效果。 因此寻求新 办法，解决新矛 盾，是生产 矿山经常遇 到的 问题。本文 将介 绍和探讨不 稳矿岩，上 向水 砂充填 采矿的顶板管 理。 云南会 泽铅 锌矿 ，麒麟坑 硫化矿具有特 殊 的开 采条件， 即矿 体上 部为 可选性较 差的 氧化矿 ，下部为 高 品位 ，可选性 较好 的硫 化 矿。根据市场经济规律和生产技术水平的要 求 ，采上部 氧化 矿经济效益较差 ，而开采 下 部硫化矿则有很好 的经济效益 。为 此决定先 采下部硫化 矿，今 后适 当的时候再采 上部 氧 化 矿，同时要求考虑开 采硫 化 矿时上部 氧化 矿不 至路落，今后能 安全回采 。经 多方对 比 研 究，最终 确定引进波 兰的粗粒级水砂 充填 采 矿技 术。 1 采场 顶板管理 的原设 计和新情况 1 ． 1 提供原设计 的地质条件 和顶板管 理 设 计 矿体特 点走 向短 7 0 9 0 m，斜 伸 长 7 0 0 余米，扁柱状。 走向北东2 0 ～3 1 。 ， 倾 向南东 ，倾 角6 0 6 4 。 ，水 平 厚 度 为1 ． 3 ～ 2 3 ． 2 m，平均厚度 1 3 ． 5 m。矿 体埋 藏 深 度 5 0 0 7 0 0 m，标 高1 9 3 1 m以上 ，为氧 化 铅 锌 矿。1 9 3 1 1 8 4 0 m之间主要是硫化铅 锌矿 ， 主矿体 下盘有一 层氧化铅锌 矿，1 8 4 0 m 以下 全为硫化矿 。 矿石特 征硫化矿 以闲锌 矿 、方铅 矿为 主。氧化矿 以 白铅矿 、异极 矿为 主，氧化 率 达 7 7 ． 7 ～ 8 4 ％。 矿岩 物理力学性质 围岩为 中等稳固的 自云岩 或灰岩 ，f6 8，硫化 矿中 等 稳 固到 稳 固、坚 同 致 密 ，f 6 8，体 重 3 ． 9 2 t ／m。 ，抗 雎强度为 5 5 0 9 4 0 k g ／t i n ， 氧化矿为 土状矿，不稳 固，f l ～ 3。围岩 和 矿体 有不 同程度 的节理和裂 踪，裂 蹿率为 1 ． 7 ～5 ，属 弱裂 隙性岩层 。 根据上述矿体围岩条件，设计采用树脂 锚杆锚固顶板，锚杆 长1 ． 6 m，网 度 为脉 内平巷 中l ml m， 回采 进路中l m1 ． 5 n 1 ， 对局部破碎 地段 ，使用 锚杆 、金属 网支护 ， 以防止掉块 。 1 ． 2 生产 中遇 到的新情 况 首先是设计选用 凿岩 台车 打孔和安装锚 杆，由于 台 车 钻 臂 较 长， 分 层 高 度 低 3 ． 5 m，无法打 向上 7 0 。 以上的锚 杆 孔 。 实 际锚固层厚度 仅为1 ． 3 m以下，且 受力状况 不 好， 故锚 固效果差 。 最 大的问题是五年 的生产实 践，越来越 充分 地证实 了矿石 的稳 固性极差 ，且 距地表 越 近，其矿体 内除 了数 条纵横交 错 的 断 层 外 ，节 理、裂 隙特 别发 育。 从第三分层开始 ， 当分层脉 内平巷 一拉开。侧 边的待采矿石， 就几十吨 ，几 百吨，甚至整个 分层 大都垮落 下来。垮落 高度 有时超 过一 个 分 层， 1 ． 6 m 长的锚杆 随矿石 一齐垮落。然 而由于这 些矿 石 的垮落 ，使 得直接顶板不能及时 进行锚 杆 支护，顶扳悬定时间长，这样在 自身重量作 不稳矿岩上向充填法采矿的顶拉管琏徐祖麟 蕊 瞄靓 n 维普资讯 用下，发生了形变，易于掉块。纵横交错的 结理面，把直接顶板划分成大小不等，上小 下大 的锥体 ．或 矿石 内包含有方 解石 层时， 随时都 可能垮落。为此 ，不仅带来 了大 量不 应有的矿石损失 ，又给 安全 生产 带来极大 的 威胁，造成两次工亡事故和多次险肇事故， 给生 产工人 心理 压力很重 ，管理人员 ，特 别 是基层领导 ，经 常处 于提心 吊胆 的状况 。 2 改进顶板管理的新工艺 1 酊对上述情况 ，要 改燮采 矿方法是 困难 的， 因为开拓 ，采 准工程 已经 完成。较为可 行 的途径，就是改进 顼板管理方法 和支护形 式。为此提出了 “ 长锚索一短锚杆～术垛 相结台的综合护顶措施， 获得了较好的效果。 2 ． 1 现 状分 析 众所 知 ，充 填法 采矿 的充填料层 除了 作工作平 台用 外，作用 是 支撑上 、 下盘 围岩 ， 控制其形变，避免或减少垮塌，对直接顶板 矿体没有支撑作用。由于矿体不稳固，无支 撑时间长，内应力受到破坏，失去平衡，就 必然冒落。如图 1所示，当脉内平巷A拉开 后，矿体B 就形成 “ 悬臂粱 空 吊着，受 矿 体的 自重向下拉，使矿体内应力失 去平衡， 矿岩发生形变，发展到一定程度，就由薄弱 处断裂、垮塌。从悬臂梁受力状况分析，距 上盘围岩 支撑点越远，下拉力越大，也 就是在脉内巷道侧，地压发展快，矿岩形变 和冒落早。靠近上盘围岩，地压发展慢，冒 落慢或不冒落。从走向上看，脉内平巷拉开 时间越长的块段， 矿体形变越大冒落高度 拱 高就越高。实地考察，情况也是如此。 国 矿体 晴 J 应力 变化示意 图 A一脉 内巷 平 B 待罘 矿{ ；C一充填 谇 为了控制垮塌，冒落，关键在于保持矿 体内应力的平衡，控制矿体形变。显然，单 靠 原设计 的锚 杆或锚 网支 护， 是解决不 了上 述 问题 。 2 ． 2 长锚索一短锚杆一术垛综台护 顶 的作 用 实质 长锚索将上几个 分层的 矿体 锚 圃 在 一 起，控制其应力应变，避免整个分层或大于 1 ． 3 m 原矿层的脱落。出于锚索工程造价高， 不宜过多布设，故用短锚杆锚周锚索孔之间 厚度 小 于1 ． 3 m的局 部顶板 以防片落 。 术垛 在 于控制 “ 悬臂梁”作用，改变其应力分布状 况，减少应力应变，分担锚索的负荷。对已 发生 形 变断 裂的矿块施 以临时局 部 术 顶 立柱 支护， 以保施 工安全。 2 ． 2 ． 1 长锚索的设计 采用 普 氏平衡 拱理论计算 地压 ，用 悬 吊 理 论计算锚索 的 网度，通 过计算 ，最后 得锚 索网度为3 ． 5 m。具体施工时，考虑 到 脉 内 巷遘使用时间较长和前建矿块内地压的分布 规 律，最终 同度为 下盘间距3 m， 向上盘 逐 步 增加到4 m。排间距则一律3 ． 5 m，便于 打 扇 形孔 。 锚索 长度的决定 ，取决于采场高度和穿 孔设备。若使用扇形锚孔， 则控制高度越大， 锚索越长， 合理性越差。 一般控制 在2 0 3 0 m 为宜 。 2 ． 2 ． 2 锚索孔的布置与施工 会泽铅锌矿使用过两种穿孔设备和两种 布孔方式。先是采用Y G z ～9 0 型导轨式独立 回转凿岩机与TJ 2 2 型圆盘 凿岩台车 配 套 使 用，在采场内直接顼板 下 打 5 5 ra m的 上 向 孔，其布置如图 2 所示，保 持孔底距满足上 述参数。鉴于矿石的节理裂隙十分发 育，在 采场内直接顼板下打锚索孔，人员安全得不 到保证，一是打孔过程中掉块伤人，二是怕 犬面积垮塌，对人、机安全威胁很大，往往 很难按设计打完孔，装上锯索。为此，进行 了第二种设计并 实施。 有 色 一 0 9 { ． 4 维普资讯 舞3 下 向南形深孔 布置 同 孔底间距设计在3 ．i m内，排间距均 为 3 ． 5 m印每3 ． 5 m移一次钻机。凿岩巷遭 的 断 面规格，视采用穿孔设备的规格而定。凿岩 巷道的位置视围岩的稳定性而定，一般离矿 体 的平距为5 ～8 m为宜。 2 ． 2 ． 3 锚索的施工工艺 图 4 圈4 锚索工程工艺流程方框图 不穗矿岩上向充填皓采矿 薛顶税管理一待祖媾 2 ． 2 ． 3 ． 1 按穿孔设备的要求和设 计 ‘ ，开 掘 断 面相适应的上盘脉 外凿 岩巷 。会 泽铅锌矿 使用KD～l O O 型地质钻 机，其 凿岩巷 道断面 为 3 m3 m。 2 ． 2 ． 3 ． 2 按设计位置安装，诂机。钻机 中 心 的平面位置和横臂中心高，均必须符台设计 参数。按设计角度测定锚索孔位置，巷帮上 的孔可一次标定 ，巷 底板 的孔 ，则需标一个 打一个。 2 ． 2 ． 3 ． 3 穿 孔作监。开 口时推力要小 ， 以防 钻头滑位，改变孔位。穿孔过程中要注意孔 内岩性 变化 。如破碎带 、软 夹层要记 录，供 推送钢绳 时参考 。 2 ． 2 ． 3 ． 4 清洗钻孔并排出孔内税 水。钻 孔 清洗的 干净与否，不仅能便 于推送锕绳 ，Ⅱ 能提高砂浆与孔壁之间的粘缩强度，提高锚 固效果。钻孔打到设计长度，即开高压水进 行 冲洗。提起 铺具后，下放接 通高压风的胶 皮管，开高压风排球，水排出后，用木塞暂 时封 口，防止水再反流入 孔。 2 ． 2 ． 3 ． 5 钢 绳制备 ，利用 竖并或 斜坡 超 提 升用，换下来的 旧锕 绳 会 泽 矿 用 的 是 小2 0 ． 5 ram， 6 1 9】 型钢 绳 用 碱水清洗 去 油脂、泥土，卷在绳盘上，运歪工作面待安 装 。 2 ． 2 ． 3 ． 6 推进钢绳和排气管。为 避免时 间 长，孔壁形变坍塌，每打完一排孔就推送一 次。排气管为内径S m m的硬塑管，用胶布捆 在 钢绳距 绳头 5 -- l O m处 ，每隔2 3 m再捆 一 次。该管顶端 切成4 5 。 角 ，且在 1 5 e ra范 围 内开 2～ 3个侧面通气孔，以探端斜口堵塞 时，仍可排气和孔内残存水。 2 ． 2 ． 3 ． 7 向孔内注浆 。每次 注浆量不多 的， 采用 人工制浆 的办 法。 会 泽铅锌 矿使用 了4 2 ,5 号水泥和坑日破碎的掘进碎石，筛分配制砂 浆 碎石粒径 5 mm雕 比为水 淀 砂 水 l l； 0 ． 4 。人工用铁铲在铁槽内搅拌，拌 至砂浆有流动性和粘结性。将拌好 的砂浆倒 入 T-l i有网度为5 ra m5 ram 格筛 的 入 料 漏 一 l 9 一 维普资讯 斗， 注浆管插入锚孔内0 ． 5 m，启动注 浆泵， 进行 注浆 。下流的砂浆压缩 孔内的空气 和残 留积水由排气管往外排，直至注满孔为止。 具体安排如图 5所示 L 6 图5 注浆示 意图 - 一 排气 管 ；2 一 锕 绳 ；3 一 注 浆皮管 一4 一 注 菜泵 5 一 进 科罱斗 j g 一 搅拌槽 一T 一锚索 孔 ；8 一 矿 体 9 一输 送营 若注浆量大，则用搅拌机搅拌后转入漏 斗 。 2 ． 2 ． 4 施工注 意事项 通过实践，我们认为施工中应注意如下 事 项 1 钻机位置和 钻孔位置的布设 ， 必须 严格按设计要求进行，否则钻孔偏斜率大， 阿度不 均匀，锚 固效果差 。 2 钻孔 中的水 必须 尽量 排完， 否则注 入砂浆后，会砂灰分离，水泥从孔口漂出， 砂沉孔内，没有粘结性，失 去锚固作用。 3 矿岩破碎时，必须打完一排孔， 就 推送钢绳，并注一排孔的浆，以 免 时 问 长 了，孔壁坍塌 ，钢 绳推 不进 去 ， 形 成报废孔 ， 使整个 网度不合 理，效果 更差 。 4 锕 绳上的泥污 ，油脂必 须洗净， 否 则钢 固力 将大大降 低 约 5 。 5 钢绳 清洗后，卷入绳盘 ， 整 卷运 到工作面，排送完一个孔现场用 电焊 切断， 免弄脏和造成 浪费 。 6 钢绳末端 相互联接 ， 用绳 卡卡紧， 使荷载传递在整个岩体上。 7 碎石代 砂可降低成本，且方便 ， 但 必须筛分 ，以免块度大，堵死 输 送 的 注 浆 管，造成注浆皮管爆裂，注浆不顺利。 8 若用 人工直接往 锚孔 中注浆 ， 则要 有推送措施，否则角度较缓的孔，注浆质量 更差 。锚 固效果差 。 2 ． 3 术垛 支护的设计 与安 装 鉴于前述术垛的作用，敬木垛布置在脉 内巷一侧 的待采矿块 下，间距 8～ 1 0 m视实 际情况而定 。一般布置在断 层面 上 或 破 碎 段。木垛的 高低，视充填 来接顶空间 高度 而 定 。安装必 须在 脉 内巷打 到位置 ，待采矿体 未形变前就按设计位置架设。术垛下的充填 料面要平整 ，木垛 与矿体的接触面 要楔紧， 以控制其形 变。 局 部术顶子 立 柱支 护， 视实际情况 ， 临时决定。 3 支护效果 3 ． 1 提 高了生产 的安全性 和可靠蛀 ， 会泽矿 在未用综台措施前，个个分层 都 大 面 积垮 塌，造成多起伤亡事故。园处理安全，又经 常影响正常出矿。采用综合措施后，避免了 大面积塌落。确保了生产安全，生产正常， 出矿 可靠性更 高。同时解除 了人们 的恐 惧心 理 ，有 利于生产 发展 。社会 效益 良好 。 3 ． 2 经济效益显著， 束使用综合措施前， 有 的分层 为保 安全一 次损失 矿石上千 吨，损失 金属3 0 0 余t 。使用综合措施后，避免了大面 积塌落， 减少 了安全威胁和 矿石 损失，矿损 率由平均l 1 降到6 ． 5 ， 每年多回 收的金届 价 值约有 1 3 0 万元 。 4 改进方 向 4 ． 1 研究将凿岩巷道 布置在 脉 内 胶 结 充 填底部适当部 位，既可 减少脉外 工程量 ， 又提高了钻孔利用率 减少脉外钻孔量， 改善锚索受 力状 况。 4 ． 2 寻求 有效的 钻孔 内排水办 法 ， 使用 注浆 泵注浆，确保注浆质量 ，提 高锚 索 的 锚 固 能力。 责任编 辑 肖泽 铭 色 _山一I 9 9 4 ． 4 维普资讯