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北氵名河铁矿卸压开采研究与应用
2012-02-14
北?河铁矿-95m水平4#采场为缓倾斜中厚矿体,矿体底板含不稳岩层,岩体节理裂隙发育,而且 受相邻采场采动压力作用的时间长达2a之久,进路联巷及回采进路在掘进过程中或成巷后不久就发生片帮冒顶。二次支护中投入大量U型可缩式金属拱架,但仍未能控制住巷道围岩的变形与破坏。为此采用了卸压措施,获得显著成效。详细介绍了4#采场的卸压开采经验,并对卸压参数与最佳卸压时间等进行讨论。
Series No 428 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ 20总12第年 4第282期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ Februaryꢀ 2012 METAL MINE 北 氵名 河铁矿卸压开采研究与应用 何 荣 兴 ꢀ 任 凤 玉 ( 东 北 大 学 资 源 与 土 木 工 程 学 院 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 北 ? 河 铁 矿 - 95 m 水 平 4# 采 场 为 缓 倾 斜 中 厚 矿 体 , 矿 体 底 板 含 不 稳 岩 层 , 岩 体 节 理 裂 隙 发 育 , 而 且 受 相 邻 采 场 采 动 压 力 作 用 的 时 间 长 达 2 a 之 久 , 进 路 联 巷 及 回 采 进 路 在 掘 进 过 程 中 或 成 巷 后 不 久 就 发 生 片 帮 冒 顶 。 二 次 支 护 中 投 入 大 量 U 型 可 缩 式 金 属 拱 架 , 但 仍 未 能 控 制 住 巷 道 围 岩 的 变 形 与 破 坏 。 为 此 采 用 了 卸 压 措 施 , 获 得 # 显 著 成 效 。 详 细 介 绍 了 4 采 场 的 卸 压 开 采 经 验 , 并 对 卸 压 参 数 与 最 佳 卸 压 时 间 等 进 行 讨 论 。 关 键 词 ꢀ 采 动 压 力 ꢀ 高 应 力 区 ꢀ 卸 压 开 采 Research and Application of Stoping with Pressure Relief in Beiminghe Iron Mine He Rongxingꢀ Ren Fengyu ( College of Resources and Civil Engineering, Northeast University) # Abstractꢀ The orebody in - 95 m sublevel 4 stope of Beiminghe Iron Mine is gently inclined medium thick ore body, and the floor of orebody is at unstable strata and the fissure grows in joint Moreover, it has been bearing the mining pressure from adjacent stopes for two years The side fall root caving appeared during the tunneling of cross roadway and stope or after tunneling Although lots of compressible “ U” shaped metal arch are adopted in secondary support, but the drifts' deformation and destruction can't be controlled Therefore, the pressure relief measures are used, obtaining remarkable # effect The paper described the depressurized mining experience of 4 stope in detail, and discussed the parameters and the WWW.KY114.CN best time of pressure relief Keywordsꢀ Mining pressure, High stress area, Depressurized mining # ꢀ ꢀ 北 ? 河 铁 矿 - 95 m 水 平 的 4 采 场 位 于 应 力 集 # # 中 区 , 其 东 部 5 采 场 与 北 部 1 采 场 经 过 2 个 分 段 的 # # 回 采 , 将 采 动 压 力 转 移 到 4 采 场 长 达 2 a 之 久 。 4 采 场 矿 体 厚 度 3 ~ 10 m, 矿 体 倾 角 10° ~ 28°, 矿 石 稳 定 性 较 差 。 顶 板 围 岩 为 奥 陶 纪 灰 岩 , 中 等 稳 定 ; 底 板 基 岩 为 闪 长 岩 , 稳 定 性 较 好 。 在 闪 长 岩 与 矿 体 之 间 分 布 1 层 矽 卡 岩 , 产 状 与 矿 体 相 近 , 厚 度 0 8 ~ 3 m, 与 矿 体 呈 渐 变 关 系 , 岩 性 松 软 破 碎 , 极 不 稳 定 。 此 外 近 矿 灰 岩 与 闪 长 岩 发 生 强 烈 蚀 变 , 节 理 裂 隙 较 发 育 , 稳 定 性 变 差 。 4# 采 场 的 回 采 进 路 的 顶 板 , 多 为 矽 卡 岩 , 部 分 为 蚀 变 闪 长 岩 。 由 于 围 岩 软 弱 和 地 压 大 等 原 因 , 采 准 工 程 虽 然 采 取 了 喷 锚 网 支 护 措 施 , 但 在 施 工 过 程 中 和 施 工 后 不 久 还 是 多 处 发 生 片 帮 、 塌 冒 ( 图 1( a) ) 。 在 巷 道 恢 复 过 程 中 , 采 用 了 密 集 的 U 图 1ꢀ -95 m 水 平 4# 采 场 进 路 塌 冒 状 况 型 金 属 支 架 进 行 强 支 护 , 支 架 间 距 0 5 ~ 0 3 m, 但 支 护 后 , 围 岩 变 形 仍 在 继 续 , 支 护 结 构 很 快 承 压 ( 图 1 ( b) ) , 如 果 再 被 压 垮 , 整 个 采 场 将 不 能 修 复 , 采 场 何 荣 兴 ( 1981— ) , 男 , 博 士 研 究 生 , 110089 辽 宁 省 沈 阳 市 和 平 区 文 化 路 3 巷 11 号 。 内 矿 石 也 将 无 法 采 出 而 造 成 永 久 损 失 。 在 此 条 件 · 9· 总 第 428 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 2 期 下 , 采 取 卸 压 措 施 , 较 好 地 缓 解 了 采 场 地 压 , 解 决 了 矿 石 回 采 难 题 。 开 采 。 水 平 卸 压 是 将 作 用 于 开 采 矿 体 上 的 水 平 构 造 应 力 隔 绝 , 形 成 水 平 应 力 降 低 区 , 以 减 小 水 平 应 力 对 采 矿 工 程 和 人 员 的 危 害 13] 。 [ 1 ꢀ 应 力 分 析 与 卸 压 原 理 # - 80 m 水 平 的 4 采 场 在 回 采 前 便 是 高 应 力 集 2ꢀ 卸 压 参 数 的 确 定 # 中 区 , 高 应 力 向 下 传 递 至 下 部 的 - 95 m 分 段 4 采 将 - 80 m 水 平 回 采 界 线 投 影 到 - 95 m 水 平 , 如 # # 场 , 尽 管 - 80 m 水 平 4 采 场 已 经 回 采 至 下 盘 边 界 位 图 4 所 示 。 从 图 中 可 见 , 大 部 分 进 路 以 及 5 联 巷 都 # # # 置 , 但 回 采 工 作 线 刚 刚 跨 过 - 95 m 水 平 4 采 场 的 还 处 在 高 应 力 区 内 , 所 以 要 解 决 4 采 场 稳 定 性 差 的 # # 3 联 巷 ( 图 2) , 可 见 4 采 场 大 部 分 区 域 仍 然 承 受 着 开 采 难 题 , 首 先 要 对 如 图 所 示 范 围 的 采 场 进 行 卸 压 。 根 据 垂 直 卸 压 原 理 , 卸 压 工 程 布 置 在 - 80 m 水 平 对 应 部 位 , 卸 压 范 围 位 于 矿 区 中 部 灰 岩 体 与 矿 体 中 , 卸 压 区 长 度 约 90 m, 宽 度 约 54 m。 # 高 应 力 作 用 。 据 地 质 资 料 显 示 ( 图 3) , 4 采 场 顶 板 即 矿 体 底 板 为 蚀 变 闪 长 岩 , 强 度 较 低 , 而 且 矿 体 与 底 板 间 夹 有 一 层 矽 卡 岩 层 , 抗 压 和 抗 剪 能 力 都 很 低 。 二 者 共 同 作 用 是 造 成 4# 采 场 巷 道 冒 落 和 底 臌 的 直 接 原 因 , 也 是 地 压 活 动 长 期 得 不 到 控 制 的 主 要 原 因 。 图 4ꢀ -95 m 水 平 4# 采 场 卸 压 范 围 卸 压 的 目 的 是 将 压 力 转 移 到 下 盘 围 岩 里 , 缓 解 # WWW.KY4114.CN 图 2ꢀ -95 m 水 平 4# 采 场 平 面 示 意 采 场 应 力 集 中 程 度 。 为 达 到 卸 压 目 的 , 形 成 的 采 空 区 的 高 度 需 满 足 形 成 岩 体 结 构 拱 之 前 能 够 容 纳 冒 落 岩 石 碎 胀 量 的 要 求 。 根 据 普 氏 地 压 学 说 4] , 岩 体 结 构 拱 的 计 算 式 为 [ b = a / f , ( 1) 式 中 , b 为 拱 高 ; a 为 空 场 半 跨 度 ; f 为 普 氏 系 数 。 将 f ≈ σ / 10 代 入 式 ( 1) 得 c b = 10a / σc , ( 2) 式 中 , σc 为 岩 体 抗 压 强 度 。 北 ? 河 铁 矿 灰 岩 的 岩 石 抗 压 强 度 为 46 26 MPa, 由 于 岩 体 节 理 裂 隙 发 育 , 取 岩 体 强 度 折 减 系 数 0  6, 岩 体 抗 压 强 度 约 为 27 8 MPa。 代 入 式 ( 2) 得 b = 0 36a ( 3) 图 3ꢀ -80 m 水 平 4 -1 进 路 剖 面 示 意 ꢀ ꢀ 卸 压 区 的 半 跨 度 a = 90 / 2 = 45 m, 代 入 式 ( 3) 得 卸 压 开 采 就 是 运 用 应 力 转 移 原 理 , 将 回 采 区 的 高 应 力 通 过 一 定 的 卸 压 措 施 转 移 到 四 周 , 使 区 内 应 力 降 低 , 改 善 矿 岩 体 的 应 力 分 布 状 态 , 控 制 由 于 多 次 采 动 影 响 而 造 成 的 应 力 增 高 带 相 互 重 叠 的 程 度 , 以 实 现 顺 利 开 采 。 卸 压 开 采 技 术 主 要 分 垂 直 卸 压 和 水 平 卸 压 工 艺 。 垂 直 卸 压 是 将 回 采 区 上 部 覆 岩 压 力 部 分 或 全 部 转 移 到 四 周 , 应 力 值 显 著 降 低 而 变 得 易 于 拱 高 为 16 2 m。 冒 落 岩 石 的 碎 胀 系 数 按 1 2 估 算 , 则 满 足 16 2 m 拱 高 的 冒 落 岩 石 碎 胀 量 要 求 的 空 区 高 度 为 η - 1 1 2 - 1 × 16 2 = 2 7 m h = H = η 1 2 3 ꢀ 卸 压 方 案 北 ? 河 铁 矿 主 矿 体 采 用 无 底 柱 分 段 崩 落 法 开 采 , · 10· ꢀ ꢀ ꢀ 何 荣 兴 等 : 北 ? 河 铁 矿 卸 压 开 采 研 究 与 应 用 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 2 期 其 他 边 角 小 矿 体 都 采 用 房 柱 法 开 采 , 因 为 矿 体 的 顶 板 为 灰 岩 , 强 度 高 , 允 许 暴 露 面 积 较 大 , 稳 定 性 好 。 在 长 期 应 用 中 , 对 房 柱 法 开 采 具 有 一 定 的 经 验 , 所 以 , 比 较 适 宜 采 用 房 柱 法 开 采 形 成 采 空 区 的 卸 压 方 案 。 ꢀ ꢀ 卸 压 方 案 被 北 ? 河 矿 山 采 纳 并 付 诸 实 施 , 从 2009 年 5 月 开 始 施 工 , 由 于 矿 山 施 工 组 织 等 原 因 , 到 2010 年 3 月 份 才 完 成 卸 压 工 程 。 挑 采 结 束 形 成 卸 压 空 区 高 度 高 于 设 计 值 满 足 卸 压 要 求 , 但 由 于 卸 压 工 程 施 工 滞 后 , 在 高 应 力 长 时 间 作 用 下 矿 体 稳 固 性 差 , 所 以 没 有 得 到 及 时 卸 压 的 部 分 矿 体 未 能 得 到 及 时 回 收 造 成 了 损 失 。 但 在 及 时 卸 压 区 域 , 通 过 支 护 U 型 拱 架 方 式 得 到 了 修 复 , 而 且 在 回 采 过 程 中 U 型 拱 架 方 也 基 本 没 有 严 重 破 坏 , 可 见 应 力 集 中 程 度 得 到 很 大 缓 解 , 安 全 回 采 矿 石 3 万 t, 卸 压 方 案 基 本 达 到 了 预 期 效 果 。 卸 压 是 控 制 采 准 工 程 破 坏 有 效 措 施 , 卸 压 工 程 的 选 择 要 根 据 经 济 分 析 的 合 理 性 而 定 , 如 果 确 定 采 用 卸 压 方 式 是 经 济 的 , 卸 压 工 程 的 施 工 要 保 证 及 时 性 , 才 能 达 到 最 好 的 效 果 。 在 - 80 m 水 平 4# 采 场 南 部 如 图 5 所 示 位 置 施 工 联 络 巷 与 3 条 上 山 工 程 , 上 山 断 面 为 3 6 m × 3 0 m, 间 距 为 9 6 m, 间 柱 6 m, 坡 度 为 3‰。 3 条 上 山 平 行 退 采 , 用 7655 凿 岩 机 、 3 5 m 长 的 钎 杆 从 上 山 3 凿 前 倾 眼 挑 顶 与 扩 帮 , 间 柱 全 部 卸 掉 , 2 m 铲 运 机 出 矿 出 渣 , 矿 、 岩 分 装 分 运 。 4 ꢀ 结 ꢀ 论 ( 1) 生 产 实 际 表 明 , 北 铭 河 铁 矿 的 含 不 稳 岩 层 的 高 应 力 矿 段 , 目 前 卸 压 开 采 是 控 制 采 准 工 程 地 压 破 坏 的 最 有 效 措 施 。 ( 2) 卸 压 工 程 的 净 空 区 高 度 需 要 满 足 容 纳 矿 岩 在 形 成 结 构 拱 之 前 的 冒 落 碎 胀 量 的 要 求 。 3) 在 北 铭 河 铁 矿 条 件 下 , 对 高 应 力 长 时 间 作 用 区 域 , 卸 压 工 程 实 施 越 早 效 果 越 好 , 为 此 建 议 根 据 WWW.KY114.CN 高 应 力 区 的 岩 性 特 点 和 高 应 力 作 用 时 间 , 及 时 评 估 卸 压 工 程 的 必 要 性 , 保 证 及 时 卸 压 , 以 保 障 高 应 力 采 场 的 开 采 效 果 。 图 5ꢀ -80 m 水 平 卸 压 工 程 房 柱 法 采 矿 形 成 采 空 区 的 卸 压 方 案 , 巷 道 稳 定 性 较 好 , 正 常 退 采 时 空 区 高 度 容 易 保 证 , 卸 压 质 量 比 较 可 靠 。 主 要 缺 点 是 退 采 工 期 长 , 设 计 工 程 掘 进 量 ( 3 为 219 09 m/ 2165 7 m , 按 1 个 掘 进 组 作 业 计 算 , 完 成 掘 进 约 需 4 个 月 ; 退 采 按 3 个 回 采 组 同 时 作 业 、 每 组 每 天 1 个 循 环 , 约 需 回 采 2 个 月 , 总 需 时 间 约 6 个 月 。 实 际 生 产 中 , 要 合 理 组 织 生 产 , 尽 量 加 快 掘 进 速 度 , 与 此 同 时 需 注 意 不 稳 围 岩 的 支 护 问 题 。 尽 管 上 盘 灰 岩 比 较 稳 固 , 但 - 80 m 水 平 地 压 显 现 特 征 也 比 较 明 显 , 特 别 是 - 80 m 分 段 下 盘 联 巷 的 巷 道 帮 地 压 显 现 比 较 严 重 , 所 以 , 在 上 山 或 者 联 络 巷 开 口 处 需 要 采 取 强 力 支 护 措 施 。 推 荐 先 加 固 联 巷 侧 帮 再 开 口 , 并 用 密 集 可 缩 性 金 属 拱 架 加 混 凝 土 墙 支 护 开 口 段 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ [ 1] ꢀ 解 世 俊  卸 压 开 采 [ J] . 矿 山 技 术 , 1992( 2) : 1921 2] ꢀ 王 御 宇 , 李 学 锋 , 李 向 东  深 部 高 应 力 区 卸 压 开 采 研 究 [ J]  矿 冶 工 程 , 2005, 25( 4) : 47 [ [ 3] ꢀ 王 文 杰  中 厚 倾 斜 矿 体 卸 压 开 采 理 论 及 其 应 用 [ J] . 金 属 矿 山 , 2009( 2) : 2326 4] ꢀ 郑 永 学  矿 山 岩 体 力 学 [ M] . 北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 1988 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20111206) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪[ 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 10] ꢀ 潘 文 全  工 程 流 体 力 学 [ M] . 北 京 : 清 华 大 学 出 版 社 , 1988 ( 上 接 第 4 页 ) [ [ [ 11] ꢀ Clayton T C, Donald F Engineering Fluid Mechanics[ M] . 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