水平下向分层充填采矿法开采缓倾斜矿体的地压应力分析.pdf

4 0 铜 业 工 程 2 0 0 2 №2 文章编号 1 0 0 93 8 4 2 2 0 0 2 0 2 0 0 4 00 2 水平下向分层充填采矿法 开采缓倾斜矿体的地压应力分析 江西铜业公 司东乡铜矿王辉镜 摘要应用岩石力学理论， 分析缓倾斜矿体用水平下向分层充填采矿法开采地压应力， 及时采取措施 ， 提高 采矿作业 的安全性 ， 同时也取得 良好 的经济效益 。 关键词 充填体 强度 围岩 变形位移地压 应力分析 实践 中图分类号 T D 8 5 3 ． 3 5 4 文献标识码 B 1 前 言 在缓倾斜矿体 中， 采用下 向分层充填采矿法开 采 ， 是一种较为成熟的采矿方法 ， 但随着分层 回采下 降 ， 一些地压现象 随之产生 ， 容易发生 冒顶 ， 导致安 全事故。因此 ， 需对一些地质条件复杂， 围岩稳固性 差的矿块 ， 进行地压活动分析 ， 及 时采取对策 ， 确保 安 全 生 产 。 2 缓倾 斜矿体 开采充填后 的地压应力 分析 2 ． 1 胶结充填体维护地压的机理 传统理论认为 ， 充填体能够起到控制采场地压， 支 撑 围岩 ， 减 少 、 延缓 和 阻止 采 空 区围岩 的破坏 和 移 动的作用 ， 而影响充填体力学作用 的主要 因素是充 填体的物理性质和充填接顶质量 。充填体的力学性 质取决于充填料的力学性质、 粒度和灰砂 比， 有关资 料表明 灰砂 比越 大， 充填体强度 越高 J 如 图 1 。 但同时也增加 了充填成本 ， 但在实践中， 充填体充满 采空区后 ， 充填体无法密实接顶承压 ， 只有在 围岩或 顶板下沉之后 才能起支撑作用 。据有关研究和调查 表 明， 充填体并不能改变开挖矿体和围岩 的应力状 态 。因为充填体 与围岩无 法达到紧密接触的状态 ， 允许围岩有一定量 的位移 和变形 ， 充填体充到采空 区的初期 ， 充填体中没有应力存在 ， 是一个被动承压 过程 ， 随着时间推移 ， 不稳固岩体变形而且 向充填方 向移动 ， 是一种缓慢 的膨胀破坏。这种 膨胀破坏使 收稿 日期 2 0 0 1 1 22 7 充填体周 围一定区域 内应力重新分 配， 达到新的平 衡 ， 位移和变形取决 于充 填体的强度 ， 强度越高 ， 围 岩变形和位移就越小 。 图 1 灰砂比与充填体强度的关系曲线 2 ． 2 缓倾斜矿体开采充填后地压应力状态 据有关资料表 明 3， 当开采第 一、 第二分层时 ， 采场地压主要来 自充填体 的 自重 。此时 ， 顶板 和矿 体上盘 围岩未发生位移 和变形 ， 那 么采场地压应力 d 压 主要来 自充填体的自重产生的压应力 q 充 ， 当 开采到第 三、 第 四分层后 ， 矿 体上盘 围岩暴 露而增 大 ， 围岩在拉应力状态下受到破坏 ， 从 而产生位移和 变形 ， 形成抛物线形状的受压拱 如图 2 ， 抛物线高 度 ba ／ f ， 其 中 a为垂直矿体走 向进路 的长度， f 为 岩石普 氏系数。也 就是说 ， 当采到第 三、 第 四分层 时 ， 采场地压应力主要来 自充填体 自重的压应力 q 充 维普资讯 2 0 0 2 N o 2 王辉镜 水平下向分层充填采矿法开采缓倾斜矿体的地压应力分析 4 l 和 抛物 线 内 围岩重 量 产 生压 应 力 q 围， 由于矿 块 是缓 倾斜矿体 ， 每次分层下降一个水平 ， 在采 空区跨度 a 上存在一个 增量 Aa ， 从而 导致抛物拱 高一个增量 ／ x b／ X a ／ f ， 从图 2可以明显看出 ， 抛物线内围岩 自 重产生的压应力也增大 。 图 2 围岩位移变形抛物线受压拱图 2 ． 3 分层充填体 的破坏机理 由于矿体假顶强度大大高 于充填体强度 ， 因此 充填体的破坏 ， 主要表现在假 顶的破坏 。而假顶的 破坏 是 在拉 应 力 的作 用 下 产 生 的 ， 当 a 乐 大 于 假 顶 的抗拉强度时 ， 假 顶就会受 到破坏。而分层充填采 矿法假顶与假顶之间连 接处 ， 假顶与围岩的连接处 是强度最薄弱的地方 ， 也是 最容易产生应力 集中的 地方 ， 容易受 到破坏。 3 应 用实践 东乡铜矿 V号矿体属缓倾斜矿体 ， 矿体上盘 围 岩稳固性差 ， 自 l 9 9 8年 开采 以来 ， 采用下 向水平分 层充填采矿法 ， 现已下降了六个分层 ， 采场采用进路 式 回采 ， 进路采高为 2 ． 7 m， 宽为 2 ． 7 m， 坑木支护 ， 铺 设钢筋混凝土假顶 ， 尾砂胶结充填 ， 在开采第 一 、 第 二分层时 ， 非常顺利采完 ， 并充填。当采到第三分层 时 ， 经常出现地压大 ， 而导致 冒顶事故 ， 给采矿安全 带来极大威胁 ， 而且每次处理 冒顶浪费大量人力 、 物 力。通过运用岩石力 学理论分析 ， 找出 了问题 根本 所在 ， 及时采取 了以下对策 1 在第三 个分层 充填 时 ， 适当加大充填灰 砂 比， 原 灰砂 比为 l 8～1 0 ， 充 填体试块强度为 0 ． 5 M P a ， 提高到 l 5～6之后 ， 充填 体强度达 到 1 ． 0 MP a ， 有 效地延缓 了围岩 的位 移变 形 。 2 狠抓 了做 假 顶 的施 工 质 量 ， 钢 筋 由原 来 0 8 ra m 改 为 0 1 2 ra m， 假 顶厚度 由原来 的 2 0 c m增 加 到 2 5 c m， 并用振动器捣实。 3 当回采进路快接近矿体 上盘时 ， 加强木棚支护 ， 每条进路 回采结束后 ， 及时 在上盘附近打顶子。 4 当回采碰到上分层假顶接 头时 ， 采取浅打眼 ， 多打眼 ， 少装药 ， 并及时支护。通 过采取 以上措施后 ， 在第 四个分层 回采 时未发生 冒 顶事故 ， 与上分层 相 比， 坑木单耗大幅降低 ， 同时回 收率也提高 了近 5 ％， 取得了良好的效益。 4结语 本文只以缓倾斜矿体采场中岩石力学问题进行 了初步探讨 ， 内容有一定的片面性 ， 还需进一步加深 研究 ， 对其完善 ， 并在 实践中丰富， 使其应用得到推 广 。 参考文献 [ 1 ] 高磊等编． 矿山岩体力学． 冶金工业出版社， 1 9 7 9 ． [ 2 ] 乔君义． 黄金矿山采矿中的岩石力学问题， 1 9 9 7 ， 5 ． [ 3 ] 王合样 ． 我国下向分层充填采矿技术与发展． 有色金属采矿， 1 9 9 6 。 2 ． S n缸’ LE A NAI YS I s ON I 口 E c EA姗S r I 1 R ES S OF M NG S L oW DE aUND G OREBODⅡ US D G I 口 E c M哐1 1 日 【 0lD OF DOWNW ARD HOR【 z NI AL LA E】 [uNG BACK FⅡ L Ⅱ G AND I CoI i TER 一 I 】 E l ASI 瓜 ES TE | [ E】 R E0lF D D C o p p e r Mi n e Wa n g H u ij i n O Ab s t r a c t Ap p l y i n g r o c k me c h a n i c s t h e o r y ，a n a l y z e t h e e a r t h S t l “ SS o f mi n i n g s l o wd e c l i nin g o r e b o d i e s u s i n g the me t h o d o f d o wn w a r d h o r i z o n t a l l a y e r i d d n g b a c kf i U min i n g ，i n ti me t o ta k e me a s u r e s ，t o p r o m o t e s a f e t y o fmi nin g o p e r a t i o n s a n d t o o b t a i n g o o d eco n o mi c p rofi t a t the s a n l e t i me． Ke y wo r d s B a c k f m s t r e n g t h C o u n t r y r o c k d e f o r ma ti o n mo v e me n t E a r t h s t r e s s a n a l y s i s P r a c ti c e 维普资讯