露天转地采复合型人工境界矿柱结构设计_孙琳琳.pdf

Series No. 443 Mary2013 金属矿山 METAL MINE 总 第443 期 2013年第 5 期 *国家自然科学基金项目 编号 51274131 。 孙琳琳 1979 ， 女， 讲师， 一级注册建造师， 注册造价工程师， 博士 研究生， 266590 山东青岛经济技术开发区前湾港路 579 号。 露天转地采复合型人工境界矿柱结构设计 * 孙琳琳 1， 2 尤春安 1， 2 刘建新 3 孙凌志 1， 2 1. 山东省土木工程防灾减灾重点实验室;2. 山东科技大学土木建筑学院; 3. 山东科技大学信息科学与工程学院 摘要以山东黄金集团归来庄金矿项目为依托， 采用理论分析和工程实例相结合的研究方法， 提供了一种 有效的人工假顶和混凝土充填体复合型人工境界矿柱的构建与回采方案， 内容包括人工境界矿柱范围、 人工境界 矿柱结构、 人工境界矿柱的形成、 充填单元间钢筋的连接、 充填单元间的混凝土界面处理、 狭窄矿体区域人工境界 矿柱结构、 人工境界矿柱底部隔离层。沟槽角砾岩坡面采用金属网临时支护， 金属网采用管缝式锚杆及钢筋带固 定。对复合结构人工境界矿柱带来的经济效益和人工境界矿柱下矿体回收的经济效益进行分析， 分析结果表明 复合型人工境界矿柱有效地解决了归来庄金矿露天转地下开采产量持续问题， 提高了资源回收率， 并达到了安全 高效回采的目标， 为归来庄金矿带来了重大经济效益。 关键词露天转地采复合型人工境界矿柱结构设计经济效益 Structural Design of Compound Artificial Boundary Pillar During Transition from Open- pit to Underground Mining Sun Linlin1， 2You Chunan1， 2Liu Jianxin3Sun Lingzhi1， 2 1. Shandong Provincial Key Laboratory of Civil Engineering Disaster Prevention and Mitigation; 2. College of Civil Engineering and Architecture， Shandong University of Science and Technology; 3. College of Ination Science and Engineering， Shandong University of Science and Technology AbstractBased on the project of Guilaizhuang Gold Mine in Shandong Gold Group， and combining with theoretical a- nalysis and engineering project， an effective construction and mining program of compound artificial boundary pillar with ar- tificial false roof and concrete filling body is proposed， including scope of artificial boundary pillar， structure of artificial boundary pillar， ation of artificial boundary pillar， rebar connection of filling unit， concrete interface treating of filling u- nit， structure of artificial boundary pillar in narrow ore body area and bottom isolated layer of artificial boundary pillar. Groove breccia slope surface uses metal nets as temporary support， and metal nets are fastened with tubular bolts and rebar belts. Economic benefits from compound artificial boundary pillar and the ore body below compound artificial boundary pil- lar are studied. The researches show that the compound artificial boundary pillar effectively solves the problem of output sta- bility during transition from open- pit to underground mining in Guilaizhuang gold mine， increases recovery rate of resource and reaches targets of safe and efficient mining， which produces significant economic benefits for Guilaizhuang gold mine. KeywordsTransition from open- pit to underground mining， Compound artificial boundary pillar， Structural design， E- conomic benefits 山东黄金集团归来庄矿业有限公司露天采场 1992 年 8 月投产， 经过 20 a 的生产， 形成了现在东 西长 600 m， 南北宽 350 m， 坑深 170 m 的露天坑。 露天坑边坡角较陡， 上盘平均坡面角在 50， 下盘 55， 局部坡面角 65 ～70。由于种种原因， 目前地 下开采系统尚未形成， 而露天开采范围内资源不足， 矿井面临着接替不上的问题。 境界矿柱部分品位较高。为了保证目前的产 量， 充分利用资源， 经过研究， 提出归来庄金矿采用 不扩帮延深开采技术 在向下延深开采的同时， 铺设 人工假顶和混凝土充填体复合结构人工境界矿柱， 将本应该留作境界矿柱的矿石用钢筋混凝土假顶置 5 换出来， 形成地下开采的人工顶柱， 以解决矿井的产 量衔接问题。 目前国内外的境界矿柱均采用天然矿体， 天然 境界矿柱的回收率低， 损失大， 通常回收率最高达到 50 ～60。因此， 浪费了大量的永久性资源， 丧失 了缓解矿山过渡期生产压力的巨大矿量， 造成了矿 山的巨大经济损失。采用钢筋混凝土结构的人工境 界矿柱尚属首次， 人工境界矿柱的结构形式、 形成方 法、 计算理论等都是崭新的课题， 具有创新意义。 采用复合型人工境界矿柱方案具有许多优点 ①提前回收境界矿柱资源， 解决矿山露天转地下开 采资源和产量接替问题; ②复合型人工境界矿柱采 用钢筋混凝土结构形式， 整体性较好， 有较高的承载 能力， 强度和稳定性相比天然矿柱能够提高 2 ～ 3 倍， 对边坡能起到更好的支撑作用; ③大大提高回采 效率， 减少资源品位贫化; ④复合型人工境界矿柱相 比天然矿柱厚度较薄， 结合地下开采的充填工艺， 可 以降低成本; ⑤复合型人工境界矿柱的防渗、 防漏风 性能优于天然境界矿柱。 1复合型人工境界矿柱结构设计 1. 1复合型人工境界矿柱范围 根据矿井开采现状及技术条件、－ 30 ～ － 50 m 资源赋存情况、 露天采场边坡稳定性状态、 矿井水文 地质情况以及人工境界矿柱的形成过程等因素， 将 露天转地下开采复合型人工境界矿柱分为 A、 B 和 C 3 个区域 A 区为第 27. 5 号勘探线以东部分， C 区 为第 29. 5 号勘探线以西部分， B 区为第 27. 5 号勘 探线至第 29. 5 号勘探线之间。复合型人工境界矿 柱总体分布如图 1 所示。 323130292827 A“ A B A 图 1人工境界矿柱总体分布 本工程设计复合型人工境界矿柱的厚度均为 12 m［1- 4 ］。设计 A 区人工境界矿柱底面标高为 －42 m， 顶面标高为 －30 m; B 区人工境界矿柱底面标高 为 －46 m， 顶面标高为 －34 m; C 区人工境界矿柱底 面标高为 －50 m， 顶面标高为 －38 m［5 ］。露天底部 开挖完成平面图如图 2 所示， 在图中分别标出了 A、 B、 C 区人工境界矿柱的底面标高。 图 2开挖完成平面图 1. 2复合型人工境界矿柱结构 复合型人工境界矿柱由上覆的充填体和下部的 人工假顶组成， 人工境界矿柱穿矿脉方向应进入上 盘岩体 3. 0 m， 进入下盘岩体 2. 0 m， 沿矿脉方向应 分别进入东、 西端帮边坡坡脚 6. 0 m 2 个进路宽 度 。下部的人工假顶的厚度为 3 m， 上覆的充填体 的厚度为 9 m。人工境界矿柱的 27 线、 28 线和 30 线断面如图 3 ～ 图 5 所示， 人工境界矿柱总体示意 如图 6 所示。 140 m 120 m 100 m 80 m 60 m 40 m 20 m 0 m -20 m -40 m “/m 沿 矿脉方向设置钢筋网的构造筋， 采用 12 mm HPB 235 光面钢筋， 间距为 500 mm。 复合型人工境界矿柱结构的结构筋应锚入上盘 的岩体中， 其做法是在纵向结构筋的上盘端安装全 长黏结式砂浆锚杆， 锚杆规格为 20 mm HRB335， L 2 000 mm， 向下倾斜 15， 铺设钢筋网时与纵向结 构筋搭焊连接。 复合型人工境界矿柱结构的人工假顶与上盘岩 体的界面采用植筋连接。植筋规格为 22 mm HRB335， L 3 000 mm， 间排距为 0. 75 m 0. 75 m， 向下倾斜 15。植筋施工方法与锚杆一致， 植筋外 露长度为 1 000 mm， 与钢筋混凝土人工假顶浇灌为 一体。人工境界矿柱断面见图 7。 “ 支护方案二的耦合支护作用显著， 通过 底角注浆锚管切断应力向底板滑移的路线， 能够将 底鼓量控制在允许的范围内， 同时通过恒阻大变形 锚杆释放围岩内的部分能量， 有效控制围岩变形， 实 现了支护体与围岩的耦合， 能有效控制围岩稳定性。 参考文献 ［ 1］何满潮 . 深部开采工程岩石力学的现状及其展望［C］∥第八 次全国岩石力学与工程学术大会论文集 . 北京 科学出版社， 2004 88- 94. ［ 2］钱七虎 . 非线性岩石力学的新进展 部岩体力学的若干问 题［ C］ ∥第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集 . 北京 科学出版社， 2004 10- 17. ［ 3］钱七虎 . 深部地下工空间开发中的关键科学问题［C］∥第 230 次香山科学会议文集 . 北京科学出版社， 2004 2004. ［ 4］何满潮， 谢和平， 彭苏萍， 等 . 深部开采岩体力学研究［J］ . 岩 石力学与工程学报， 2005， 24 16 2803- 2813. ［ 5］何满潮， 李国峰， 任爱武， 等 . 深部软岩巷道立体交叉硐室群 稳定性分析［J］ . 中国矿业大学学报， 2008， 37 2 167- 170. ［ 6］李国峰， 蔡建， 郭志彪． 深部软岩巷道锚注支护技术研究与 应用［J］ . 煤炭科学技术， 2007 4 44- 47． ［ 7］郭志彪， 李国峰 . 兴安煤矿深部软岩巷道底鼓破坏机理及支 护对策研究［J］ . 煤炭工程， 2009 2 66- 70． ［ 8］李国峰， 李占金， 唐强达 . 鹤煤五矿深部软岩巷道变形机理及 控制对策研究［ J］ . 煤炭工程， 2010 1 60- 63． 收稿日期2013- 02- 04 9 孙琳琳等 露天转地采复合型人工境界矿柱结构设计2013 年第 5 期