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 orebody in - 95 m sublevel 4 stope of Beiminghe Iron Mine is gently inclined medium thick ore
body, and the floor of orebody 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 13] 。
[
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) : 1921
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) : 47
[
[
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) : 2326
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 ꢀ 20111206)
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] . New
York: John Wiley & Sons, 2001
[
6] ꢀ Kesimal A, Ercikdi B, Yilmaz E The effect of desliming by sedi
mentation on paste backfill performance[ J] . Minerals Engineering,
12] ꢀ 栾 ꢀ 军 试 验 设 计 的 技 术 与 方 法 [ M] 上 海 : 上 海 交 通 大 学
出 版 社 , 1997
2
003, 16( 10) : 10091011
2
[
[
[
7] ꢀ 白 ꢀ 冰 CO 煤 层 层 封 存 流 动 - 力 学 理 论 及 场 地 力 学 稳 定 性
13] ꢀ 奥 野 忠 一 , 芳 贺 繁 郎 试 验 设 计 方 法 [ M] 北 京 : 机 械 工 业 出
版 社 , 1985
数 值 模 拟 方 法 [ D] . 武 汉 : 中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 所 , 2008
8] ꢀ 朱 伯 芳 有 限 单 元 法 原 理 与 应 用 [ M] . 北 京 : 水 利 电 力 出 版
[ 14] ꢀ [
张 素 华 , 鲍 宏 志 正 交 试 验 方 法 在 大 学 物 理 实 验 中 的 应 用
社 , 1979
J] 大 学 物 理 实 验 , 2001, 14( 4) : 7173
9] ꢀ 坎 ꢀ 南 , 董 文 军 , 谢 伟 松 有 限 元 分 析 [ M] . 北 京 : 科 学 出 版
社 , 2002
( 收 稿 日 期 ꢀ 20111202)
·
11·
/pdf/swf/201202/2012_0214_033510_495.swf