无间柱连续采矿与两步骤采矿的地压规律对比研究.pdf

第5 2 卷第4 期 20 0 0 年1 1 月 H0 、{ ，} 己／1 D ≥{ 蛳‘ 7 ％色金属 N O N F E R R O U SM E T A L S V O l5 2 ．N O4 N o v e m b e r 20 0 0 无间柱连续采矿与两步骤采矿的地压规律对比研究 邓建，古德生，李夕兵 中南工业大学资源环境与建筑工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘要无间柱连续采矿是井下高阶段、一步骤回采的高效采矿技术。本文在阐明无间柱连续采矿内涵和具体方案的基 础上，采用有限元数值分析，对阶段开采中用传统的两步骤开采技术和无间柱连续采矿技术的地压规律进行分析比较。得出地 下金属矿阶段无间柱连续开采的地压转移规律，为无间柱连续采矿的应用和推广提供理论依据。 关键词无间柱连续采矿；两步骤采矿；地压；数值模拟 X 中图分类号T D 3 2 1 ．2 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 0 0 4 0 0 0 1 0 3 飞 采矿连续工艺系统可分为三类，即采场连续工 艺系统，区域连续工艺系统和全矿连续工艺系统。 8 0 年代中期以来，在“七五”和“八五”科技 攻关中．我们在采场连续工艺系统方面做了一些理 论和设备工艺的现场试验工作，取得了一定的成 较，得出地下金属矿阶段无间柱连续开采的地压转 移规律，为无间柱连续采矿的应用和推广提供理论 依据。 1无间柱连续采矿法 果 1J 。在此基础上，开始探索区域采矿连续工艺1 ．1 试验矿区采矿技术条件 系统，提出无间柱连续采矿这一科学命题，并在安本次无间柱连续采矿试验阶段位于安徽省某铜 徽某矿山进行现场试验。无间柱连续采矿技术能否矿Ⅱ号主矿体，矿体长5 0 0 m ，平均厚度2 0 m ，矿 在地下金属矿山顺利实旋，在地压规律方面与传统体倾角7 5 。一8 5 。，矿石为浸染状含铜磁铁矿，f - 的两步骤采矿有何区别，是矿山工程中急待解决的1 6 2 6 ；上盘为花岗闪长岩，f _ 6 8 ，下盘为大 问题。理岩，f 8 1 2 。’试验阶段设计回采高度6 0 m 一 本文运用三维有限元法，对无间柱连续采矿进3 6 0 m ／一3 0 0 m ，。平均品位0 ．9 3 ％。试验矿块的矿 行数值模拟，对阶段开采中用传统的两步骤开采技石围岩和充填体物理力学性质见表1 【3 J 。 术和无间柱连续采矿技术的地压规律进行分析比1 ．2 无间柱连续采矿法 表1四种主要矿岩物理力学参数 矿岩名称 抗压强度抗拉强度弹性模量 泊松比内聚力 内摩擦角度 算重， 丛坠丛坠丛坠仨 坚堕 翌 g 』叵 上盘围岩7 4 ．01 ．81 8 0 0 00 ．1 6 1 ．5 5 3 2 ．8 0 下盘围岩 6 3 ．33 ．36 3 0 0 00 ．2 61 0 ．85 02 ．8 0 矿 石 2 0 3 ．49 ．59 5 0 0 00 ．3 12 1 ．55 14 ．0 4 充填体3 ．50 ．51 0 0 00 ．3 00 ．6 5 53 52 ．2 1 4 传统的矿床开采方法是两步骤采矿法，即将阶 段划分为矿房和矿柱 引，先回采矿房。后再回收 矿柱 也称间柱 。这种留间柱的开采方式，存在 许多问题。为了彻底地改变这一状况，变革传统开 采方法，在已实现采场连续工艺的基础上[ 1 】，“九 收稿日期2 0 0 0 0 1 0 7 基金项目国家“九五”科技攻关计划基金资助项目 作者简介邓建 1 9 7 2 一 ，男，博士；中南工业大学采矿与 岩土工程研究所 - 五”期间提出“地下金属矿无间柱连续采矿技术 与装备研究”科技攻关课题。其主要的技术思路 是将矿体划分为阶段，再将阶段划分为矿段；以 矿段为回采单元，矿段间不留间柱，采用下向平行 深孔侧向崩矿 矿段中部拉切割槽 ，无二次破碎 水平的组合式振动机出矿的底部结构，用分节式振 动运输列车运搬矿石，形成采场出矿、运矿连续作 业线，崩矿过程中靠充填空区一侧留临时隔离矿 壁，待本矿段出矿工作行将结束时再行一次崩落， 强采强出。并跟随快速充填。采切、回采和充填作 忒‰ 万方数据 2有色金属第5 2 卷 业在三个相邻块段间平行进行，相互衔接，分别转 移，采矿工作面在阶段上连续推进，故称之为“连 续采矿”。显然，这里是采用爆破落矿携术的连续 采矿，它有别于采用硬岩连续切割机实现的连续采 矿。由于这里的连续采矿是以矿段为回采单元、矿 段间不留矿柱为其主要特征，故又称为“无间柱连 续采矿”，其技术方案如图1 所示。 X S T R I K E 图3 两步骤回采开挖第3 矿房后的沿走向 最大主应力图 第1 、2 矿房已充填 F i g ．3 M a x i m u mp r i n c i p a ls t r e s sd i s t r i b u t i o n f o rp i l l a rm i n i n g 可以非常明显地看出应力随回采过程进行的转移规 律。当回采第1 矿房后，应力在矿房的四角及侧壁 处集中。当回采第2 矿房并充填第1 矿房后，两矿 房中间的第1 间柱应力高度集中，第1 间硅靠第1 图1 无间柱连续采矿技术方案矿房一侧的单元应力达2 8 ．3 M P a ，集中系数达 卜无二次破碎水平振动出矿底部结构；2 4 1 6 5 垂直深孔； 1 ．9 4 。当回采第3 矿房并充填第1 、2 矿房后，第 3 一最后回收的l 临时矿壁；4 一高水速凝尾砂胶结充填体； 1 、2 矿房中间的第1 问柱应力继续增加。达 L 1 1 分区长度；L 2 2 分区长度；L 3 一矿体厚度；H 一阶段高度 2 9 ．9 M P a ，集中系数达2 ．1 0 。第2 、3 矿房中间的 h g J h e m 。耐n o n ’p i l l 盯。0 n ‘1 n u o u 8 咖n l n g 第2 闯柱应力为3 0 ．8 M P a ，集中系数达2 ．1 5 。如 2无问柱连续采矿与两步骤采矿的地 图3 所示。第1 间柱的应力小于第2 间柱，可能是 压规律对比 第1 、2 矿房充填的缘故，充填体吸收和转移了部 分应力。但是，两间柱内的应力都很高，给后期回 为方粤警见，选取3 个相临矿段。用有限元数收间柱带来了极大的危险和不便。这就是提出无间 值模拟法‘4 - 7 1 比较无间柱连续采矿与传统的两 柱连续采矿的原因之一。从应力图上还可以看出， 步骤采矿的地压活动规律。方案布置如图2 所示，。当第1 间柱回采后，第2 间柱应力集中更加严童， 从两步骤回采各个时期沿走向最大主应力图， 应力值为3 2 ．5 M P a ，集中系数达2 ．3 0 。在生产实 际中，这样的矿柱要么已破坏而无法回收，要么因 回收太危险最终不得不弃采。 图2 阶段三个相临矿段 块 回采布置图 图中方括号中数字代表回采步骤，回采后均立即充填 F i g ．2 S c h e m eo ft h r e ea d j o i n i n gs t o p i n gu n i t s 2 0 0 I m2 s o ．蛐3 饿，』咐3 舅u m划H I ．帅4 鲫邶5 1 0 ．0 05 轴埘I X S T R I K E 图4 无间柱连续采矿开挖第三矿段 2 分区后沿走向最大主应力图 第1 ，2 矿段和第3 矿段1 分区已充填 F i g ．4M a x i m u mp r i n c i p a ls t r e s sd i s t r i b u t i o nf o r n o n p i l l a rc o n t i n u o u sm i n i n g 万方数据 万方数据