本文作者:口水鹿

中小型矿山浅眼拉底柔刚圆筒支护自然崩落法

口水鹿 2019-06-09 01:51:13 536 围观 170 评论

一、地质概况

矿块自然崩落采矿法;科技创新;柔刚支护;圆筒状支护;浅眼微差爆破拉底大冶市张敬简铁矿位于金山店侵入体东南缘的接触带上,系属断裂破碎带和燕山期中偏酸性侵入体与中三迭统嘉陵江组碳酸盐岩石接触带控制而形成的急倾斜、厚矿体、小型角砾岩、矽卡岩磁铁矿矿床。

矿区构造发育,主要是成矿前后的FA和FB断裂。FA断裂基本上控制了I号矿体的产状、形态、规模及空间位置。FB断层控制了IB号矿体的产状、形态。FB与FA相交部位使I号矿体头部增厚,并产生分枝。

8t/m3,矿石构造以块状、角砾状为主,次为条带状、粉状和浸染状。开采范围内的地质储量为222万t。

区内FA、FB断层贯穿矿床顶底板,而且岩溶发育。由于FB断层的影响上覆蒲圻组泥质角岩破碎、富含水;受FA断层及接触带的影响,其附近的闪长岩、矽卡岩和铁矿石等,节理裂隙发育,亦含水。

二、采矿方法沿革及科技创新设想

(一)采矿方法沿革

大冶市张敬简铁矿初步设计选用的是浅孔留矿法;修改设计推荐分段房柱法;两年后改用中深孔无底柱分段崩落法;施工试采中又改用浅孔无底柱分段崩落法。

鉴于该矿矿岩很不稳固,工人进入采场作业确实存在安全威胁。必须寻求一种安全、高效、经济合理的采矿方法。

(二)采矿方法的科技创新设想

本着推广矿山安全技术,提高矿山安全生产水平,既要最大限度地回收地下资源,又要达到尽可能高的采矿强度,还要能够获得最好经济效益的原则;同时,考虑中小型矿山凿岩设备、火工器材和民工技术素质的条件限制。我们设计选用了“中小型矿山浅眼拉底柔刚圆筒支护自然崩落法”进行回采,先做一个试验采场,成功后再行推广。

由于自然崩落法成败的关键在于:

1、可崩性、破碎性是否良好;2、矿块底部的拉底面积能否满足初始崩落和持续崩落的条件,在拉底作业中能否保证采掘工人的安全;3、放矿系统的巷道是否会由于地压过大发生坍塌而因此给井下放矿工人带来人生安全的威胁。

就此,试图寻求科技创新的途径,以达到该矿“自然崩落法试验研究”获得成功之目的。

三、矿床地质与矿岩可崩性、破碎性研究

(一)采掘工程的稳定性调查

该矿-52m水平原分段崩落法采场,从0#川到10#川的所有进路都出现了冒落现象,仅靠上盘大理岩部位稳定性较好,靠上盘变余粉砂岩和泥质角岩部分仍然出现严重冒顶,已经冒落和预测将冒落的部位占总面积的70%左右,其大块率6%左右。表明矿体的稳定性差,可崩性、破碎性条件较好。

(二)FA、FB断层构造的影响

FB断层东南端处在矿体内部,FA是成矿控矿的断裂构造。由于在成矿过程中,成矿流体的充填交代作用,因而在FA两侧形成角砾状构造,并由于这些矿石被碳酸盐充填胶结,在岩石力学性质上强度较差,易碎、易脆,可崩性良好。

(三)节理裂隙发育并影响安全生产的调查分析

从出窿矿石的观察,发现如下节理状况:1、块状磁铁矿节理面有碳酸盐充填物,节理面平直;2、透辉石磁铁矿,节理面有蛇纹石化、绿泥石化,节理表面有光滑感;3、黄铁矿化块状磁铁矿,节理面有光亮擦痕、有滑感,充填了磁铁矿细粉。

又从过去巷道冒顶的仔细观察发现:冒落下来的大块为一面悬空,其余五面都有交错节理,均系上小下大的矿块;而且,节理面被充填后,肉眼难以辨认,从安全角度而言,可谓是防不胜防;加之,节理面充填物均遇水膨胀,失水龟裂,更加剧了矿体的破碎和冒落。

(四)矿岩质量评价指标的科技创新设想

RQD值是井下工程中矿岩质量好坏的一种评价指标,但因受100mm条件限制,不一定精确。而今由于受技术装备、资金和时间所限,也无法实施RQD分级法,只能利用钻孔采取率来进行矿岩可崩性、破碎性的评价。

通过近矿上盘围岩、下盘围岩和矿体内钻孔采取率的详细分析研究,认为矿体赋存空间绝大部分都是节理裂隙发育、钻孔采取率低于70%的空间;而且,从剖面采取率分布图上看,其采取率的高低为相互穿插无规律性。说明该矿体角砾破碎、节理裂隙发育,整体稳固性差。矿岩的可崩性和破碎性好,适合于设计的“中小型矿山浅眼拉底柔刚圆筒支护自然崩落法”试采。但愿试验成功,工人再不进入采场作业。

四、矿块结构要素及井巷支护工程

(一)矿块结构要素和采准工程布置

5m,净长度3m;斗颈高2m,净断面均为(2×2)m2;此外,在平行斗颈连线上方之上盘接触带矿体内布置拉底、扩斗的切割巷道,巷道断面也是(2×2)m2 。

(二)支护体结构形态的科技创新设想

1、柔刚支护的作用原理

通过学习研究认为:经过层层射捣、结构致密的喷射砼,具有支撑作用;射入岩面节理、裂隙的砼,具有充填作用;掺有速凝剂的喷射砼临时支护,具有隔绝作用;薄层柔性喷射砼存在良好的蠕动性能,具有让压作用;喷射砼能与围岩粘结形成共同工作的力学统一体,具有转载作用;压入围岩一定深度的锚杆,具有加固拱作用;连接锚杆和喷射砼的钢筋网,具有分散或转移应力集中的作用;滞后锚网喷临时支护一月让压期、再安装的圆形钢拱架,具有加强和保持支护结构体刚度和强度的作用。

2、封闭式圆筒状支护体的结构原理

岩石力学的观点认为:当采用自然崩落法开采时,在崩落矿体内存在应力场;在矿块周围也存在采动应力场。从放矿理论的观点分析:在放矿口上方会出现无压拱,其上部的压力要传递到放矿口的四周,尤其是出矿斗穿的眉线部位,容易受到破坏。从材料力学和结构力学的观点而言:矩形断面支护体的四个角应力集中系数非常大,属于最不稳定的形状;全封闭的圆筒状支护体,在地压作用下,不易产生应力集中,结构受力状态最佳。

3、井巷支护的设计与施工

综上研讨,作为搬运作业主要场所的出矿进路、斗川和眉线处,必须采用圆形小断面巷道,用浅孔、微差爆破技术进行掘进,并紧跟工作面作柔性喷锚网临时支护,于一月让压期后,再进行全封闭圆筒状的钢拱架柔刚型永久性支护(见图2)。

圆形的钢拱架制作:用14#槽钢弯成两个半圆,(或用钢板条把槽钢封焊为矩形断面),接着在半圆两端焊一块小钢板并钻孔,安装时以便用定位销定位连接成圆形的钢拱架。

锚网喷工艺:根据锚杆的加固拱作用原理计算,取螺纹钢锚杆直径为1605;材料选用华新425#普硅水泥、石英中砂、直径5~15的碎石和高效782型速凝剂。

五、矿岩崩落机理及采场拉底施工

(一)崩落机理与其运用

当采场下部开掘了足够大的拉底空间后,所产生的附加应力超过矿岩的抗拉、抗剪强度时,矿体便发生崩落,即所谓崩落机理。

如何运用崩落机理,达到矿岩自然崩落效果好之目的?其一是用水力半径初定拉底面积,再试行摸索、调整、优化。其二是控制拉底速度。

(二)拉底速度和拉底面积

1、拉底速度

9m/d,先用小值进行分次爆破,每次爆破的面积控制在50m2以内,在兼顾放矿水平压力和作业安全的条件下,可逐渐扩大到每次100m2。

2、拉底面积

6m,查矿岩质量表属4级,可崩性好,破碎块度小,二次爆破率低,说明所设计的矿块结构参数合理。

(三)大面积切割拉底的科技创新设想

1、施工顺序

设计以上盘切割槽中部附近为自由面,呈斜线分次爆破,连续往下盘和两端进行拉底,拉底高度为2m,每次的拉底面积控制在50~100m2,在确保安全的情况下,可适当加快拉底速度。

2、施工方法

整个采场全部拉开的面积较大,为了确保大面积拉底的施工安全,根据“一次同时起爆的炸药量越少,则爆破地震效应也越小”的原理,设计采用多矿柱、多通道、后退式的浅孔微差爆破法进行切割、扩漏、拉底(见图3),最后仍用微差爆破法炸掉拉底空间的全部矿柱。

六、放矿控制与管理

(一)在待崩落矿体下的放矿控制与管理

5;S1-每天所安排出矿点担负的总面积,m2;γ-矿石的体重,t/m3)。

27m/d。

(二)在覆盖岩层下放矿时的控制与管理

设计为矿岩接触面呈45°~30°倾斜下降。若人为难以控制,则选用近似水平下降的放矿方式。

(三)放矿管理与监测

1、整个放矿工作都必须自始至终地强调以各列斗颈地质剖面图为指导,严格执行放矿指令;

2、在坚持等量、均匀、顺序放矿的原则下,各斗川出矿的计量必须准确;

3、严禁只放近处的和通畅的斗颈,不放远处和堵塞的漏斗;

4、放矿点取样必须严格,当矿样品位为截止品位20%时,停止放矿。

七、主要技术经济指标(见表1-2)

表1 主要技术经济指标(一)

序号

指标名称

单位

指标

备注

1

2

3

4

矿块生产能力

矿石损失率

矿石贫化

矿块落矿面积

/(t/d)

/%

/%

/m2

400

20

20

2025

实际

设计

设计

实际

表2 主要技术经济指标(二)

序号

指标名称

单位

指标

备注

5

6

7

8

采准系数

劳动生产率

采矿强度

采出矿石量

/(m/万t)

/(t/(人・班))

/(t/(m2・a))

/(万t/a)

生产实际

人工出矿

据实计算

每个矿块

八、结论

(一)试验矿块设计平底结构和交错布置斗川,比有底柱格筛布置的暴露面积小;施工、维修方便;便于破碎大块;出矿和运输在同一水平,工艺流程简单,不需井下转载,提高了井下的运输能力。

(二)通过对矿区断层构造、节理裂隙发育情况以及过去钻孔采取率的分析来代替RQD值分级法进行矿岩质量指标的研究;并结合已有采掘工程的稳定性调查,综合评价矿岩的可崩性和破碎性是可靠的。既符合实际情况,又节省了专用RQD值分级法进行矿岩质量指标研究的时间和资金。

(三)出矿巷道的斗川、眉线部位,设计采用锚网喷临时支护和永久支护之间有一定让压期的先柔后刚、全封闭圆筒状支护,其支护体的几何结构在力学上合理,支护体强度高,支护效果好,从根本上改善了井下出矿工人的安全条件,对于承受大块碰撞、摩擦和采动应力场冲击效应影响的出矿巷道而言,经检索是崩落法安全出矿之科技创新。

(四)设计采用暴露面积较小的底部结构和多矿柱、多通道、后退式、浅孔微差爆破拉底的施工方法,大大地降低了爆破地震效应,确保了底柱的稳固性和大面积拉底的施工安全,经检索是矿山安全技术之创新。

58倍)。在鉴定会上,专家组一致认为“试验是成功的,可以进一步推广应用”。

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杨红波 游客 2019-04-26 11:14:30 板凳 回复
过来看看、支持一下
陪我从齐肩短发到长发及腰 游客 2019-04-26 11:11:40 椅子 回复
哈哈哈
后会无期 游客 2019-04-26 09:34:39 沙发 回复
很好很强大,准备入手入手
也不长发及腰 游客 2019-04-26 09:20:49 凉席 回复
我一天天经常的边充电边玩手机
来不及说再见 游客 2019-04-26 01:49:39 地板 回复
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