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小官庄铁矿上向进路充填采矿方法试验研究
2013-08-27
针对小官庄铁矿北区充填试验矿块矿岩软破、矿体分布零散的开采技术条件,选择上向进路胶结充 填采矿方法进行了试验研究,通过模拟分析,优化了进路结构参数:进路高度3.5m,进路宽度3.5m,进路长度60 m,并在工业试验中完善了充填回采工艺,提出了改善充填接顶的对策措施,降低了采准工程量,实现了试验矿块的 安全、高效生产。
Series No 446 Augustꢀ 2013 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ 20总13第年 4第468期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE ꢀ 小官庄铁矿上向进路充填采矿方法试验研究 ꢀ 邱 景 平 ꢀ 辛东国北 帅大 学ꢀ 资张源 国与 土联木ꢀ工 邢程 学ꢀ 院军) ꢀ 孙 晓 刚 ( 摘 ꢀ 要 ꢀ 针 对 小 官 庄 铁 矿 北 区 充 填 试 验 矿 块 矿 岩 软 破 、 矿 体 分 布 零 散 的 开 采 技 术 条 件 , 选 择 上 向 进 路 胶 结 充 填 采 矿 方 法 进 行 了 试 验 研 究 , 通 过 模 拟 分 析 , 优 化 了 进 路 结 构 参 数 : 进 路 高 度 3 5 m, 进 路 宽 度 3 5 m, 进 路 长 度 60 m, 并 在 工 业 试 验 中 完 善 了 充 填 回 采 工 艺 , 提 出 了 改 善 充 填 接 顶 的 对 策 措 施 , 降 低 了 采 准 工 程 量 , 实 现 了 试 验 矿 块 的 安 全 、 高 效 生 产 。 关 键 词 ꢀ 铁 矿 ꢀ 上 向 进 路 采 矿 ꢀ 胶 结 充 填 ꢀ 采 准 工 程 ꢀ 充 填 接 顶 Experimental Study on Upward Drift Stoping Method with Backfill in Xiaoguanzhuang Iron Mine Qiu Jin(gpingꢀ Xin Guoshuaiꢀ Zhang Guolianꢀ Xing Junꢀ Sun Xiaogang College of Resources and Civil Engineering, Northeastern University) Abstractꢀ In view of the mining conditions of the soft and broken lump ore, scattered distribution of ore in northern ar ea of Xiaoguanzhuang Iron Ore, the upward drift mining with cementing filling is selected Through the simulation analysis, the structural parameters of the upward drift are optimized: the drift height at 3 5 m, the drift width at 3 5 m, and the path length of 60 m In the industrial trials, the filling mining technique is improved, and some measures for improving the roof contact filling are proposed And the quantity of mining preparation is reduced so as to realize the safe and efficient produc WWW.KY114.CN tion of the testing lump ores Keywordsꢀ Iron mine, Upward drift mining, Cemented filling, Development engineering, Roofcontact filling ꢀ ꢀ 小 官 庄 铁 矿 投 产 以 来 , 采 用 无 底 柱 分 段 崩 落 法 为 1 个 中 段 进 行 回 采 。 - 387 ~ - 450 m 之 间 划 分 5 个 分 段 , 每 个 分 段 内 划 分 2 ~ 4 个 分 层 , 分 层 高 度 3 2 ~ 4 6 m。 分 段 内 分 层 之 间 采 用 上 行 回 采 顺 序 , 各 分 层 之 间 上 行 开 采 。 各 分 段 负 担 分 层 为 : ① - 442 m 分 段 , 负 担 - 444 和 - 440 5 m 2 个 分 层 回 采 ; ② - 435 m 分 段 , 负 担 - 437 和 - 433 5 m 2 个 分 层 回 采 ; ③ - 426 m 分 段 , 负 担 - 430、 - 425 7 和 - 421 4 m 3 个 分 层 回 采 ; ④ - 413 m 分 段 , 负 担 - 417、 - 412 7和 - 408 4 m 3 个 分 层 回 采 ; ⑤ - 400 m 分 段 , 负 担 - 404、 - 400、 - 395 4 和 - 392 2 m 4 个 分 层 回 采 。 回 采 矿 石 。 随 着 开 采 深 度 增 加 以 及 采 空 区 增 大 , 井 下 地 压 活 动 明 显 , 主 井 井 筒 已 经 有 一 定 程 度 的 变 形 , 直 接 威 胁 井 下 采 掘 作 业 及 矿 山 提 升 系 统 的 安 全 。 为 此 小 官 庄 铁 矿 在 北 区 开 展 了 上 向 进 路 充 填 采 矿 方 法 试 验 研 究 , 形 成 了 适 合 小 官 庄 铁 矿 软 破 类 型 矿 床 开 采 的 采 矿 工 艺 , 实 现 了 矿 山 的 安 全 稳 定 生 产 。 1 ꢀ 地 质 概 况 及 开 采 技 术 条 件 试 验 矿 块 地 点 选 在 小 官 庄 铁 矿 Ⅱ矿 体 - 387 ~ 450 m 竖 井 保 安 矿 柱 以 外 150 m 范 围 内 的 矿 段 , - 其 矿 体 呈 层 状 产 出 , 形 状 不 规 整 、 零 散 分 布 , 矿 体 走 向 、 倾 向 、 倾 角 变 化 较 大 , 总 体 上 为 缓 倾 斜 , 且 夹 层 多 , 品 位 变 化 大 , 各 水 平 矿 体 对 应 性 差 , 矿 、 岩 稳 固 性 均 较 差 , 复 杂 难 采 。 2ꢀ 采 准 工 程 布 置 结 合 现 场 实 际 , 通 过 方 案 优 化 选 择 , 采 矿 选 用 无 轨 凿 岩 与 出 矿 设 备 , 在 稳 固 性 较 好 的 矿 体 下 盘 布 置 根 据 试 验 矿 块 的 上 述 地 质 情 况 和 开 采 技 术 条 件 , 选 择 上 向 进 路 胶 结 充 填 法 进 行 试 验 12] 。 图 1 所 示 , 开 采 范 围 垂 直 方 向 上 跨 - 450 和 - 400 m 2 个 中 段 , 但 是 - 400 m 之 上 仅 有 13 m, 因 此 将 2 个 中 段 并  “ 十 二 五 ” 国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 ( 编 号 : 2011BAB07B02, [ 2 012BAJ17B01, 2012BAJ17B02) 。 邱 景 平 ( 1975— ) , 男 , 副 教 授 , 博 士 , 110819 辽 宁 省 沈 阳 市 和 平 区 文 化 路 三 巷 11 号 。 。 · 5· 总 第 446 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2013 年 第 8 期 1 条 采 准 斜 坡 道 。 每 个 分 段 从 斜 坡 道 出 发 , 通 过 分 开 采 方 式 , 选 择 合 理 的 参 数 为 进 路 宽 度 3 5 m, 进 路 高 度 3 5 m, 进 路 长 度 60 m, 该 参 数 在 现 场 得 到 了 成 功 的 应 用 , 进 路 生 产 能 力 为 168 t/ d, 矿 块 生 产 能 力 段 巷 道 、 分 层 斜 坡 道 , 开 挖 掘 分 层 巷 道 。 - 387 m - 400 m 3 36 1 t/ d, 保 证 了 进 路 的 安 全 稳 定 性 和 较 高 的 生 产 - 413 m 426 m 435 m - 能 力 。 - - 442 m -450 m 4 ꢀ 矿 体 回 采 工 艺 确 定 ( 1) 进 路 布 置 及 回 采 顺 序 。 回 采 进 路 依 矿 体 形 图 1ꢀ 小 官 庄 铁 矿 上 向 进 路 胶 结 充 填 法 态 布 置 , 上 下 层 进 路 方 向 尽 量 错 开 , 以 提 高 充 填 体 的 支 撑 能 力 。 进 路 采 取 隔 一 采 一 的 后 退 式 回 采 , 垂 直 走 向 上 采 取 由 上 盘 向 下 盘 回 采 的 开 采 顺 序 。 一 步 进 路 回 采 后 采 用 尾 砂 胶 结 充 填 , 二 步 进 路 回 采 间 隔 时 采 准 斜 坡 道 采 用 折 返 式 , 断 面 规 格 3 5 m × 3 2 m, 弯 道 处 加 宽 0 5 ~ 1 m。 直 线 段 最 大 坡 度 为 1 7% , 转 弯 段 坡 度 小 于 5% , 平 均 15% 左 右 。 斜 坡 道 与 中 段 穿 脉 间 有 5m 左 右 的 水 平 段 。 斜 坡 道 在 各 分 段 出 口 处 设 6 m 长 缓 坡 段 。 平 面 转 弯 半 径 17 m, 竖 曲 线 转 弯 半 径 50 m。 间 尽 量 延 长 , 确 保 一 步 充 填 体 的 龄 期 和 强 度 。 [ ( 2) 充 填 材 料 及 配 比 47] 。 由 于 小 官 庄 铁 矿 全 尾 砂 含 泥 量 高 ( - 200 目 达 到 了 81% ) , 全 尾 砂 充 填 难 以 达 到 充 填 采 矿 的 要 求 , 故 对 小 官 庄 铁 矿 的 全 尾 砂 进 行 了 分 级 ( - 200 目 为 53% ) , 利 用 小 官 庄 选 矿 厂 的 分 级 尾 砂 作 为 充 填 骨 料 , 通 过 胶 结 充 填 试 验 和 现 场 管 路 输 送 , 选 择 胶 固 粉 作 为 胶 结 材 料 , 确 定 充 填 采 准 斜 坡 道 布 置 在 矿 体 下 盘 与 布 置 在 上 盘 相 比 , 节 省 了 大 量 的 采 准 工 作 量 , 同 时 缩 短 无 轨 设 备 的 运 行 距 离 , 采 准 斜 坡 道 通 过 分 段 巷 道 与 各 分 层 巷 道 相 联 系 。 下 部 分 层 开 采 结 束 后 , 需 要 转 到 上 一 分 层 , 采 取 分 层 联 络 道 逐 渐 压 顶 的 方 式 实 现 转 层 , 节 省 工 程 量 , 同 时 加 快 施 工 进 度 。 采 准 工 作 量 见 表 1。 表 1ꢀ 采 准 工 程 量 汇 总 料 浆 浓 度 65% ~ 70% 。 3) 凿 岩 爆 破 工 艺 811] 。 进 路 高 度 3 5 m 以 [ ( 进 ꢀ 尺 m 矿 ꢀ 量 岩 ꢀ 量 矿 岩 量 采 出 矿 量 / t 下 , 采 用 一 次 进 路 全 高 落 矿 方 式 , DD210 - HLX5 凿 岩 台 车 凿 岩 , 钻 凿 水 平 浅 孔 , 孔 深 2 8 ~ 3 0 m, 桶 形 项 ꢀ 目 3 3 3 / / m / m / m 斜 坡 道 采 准 分 层 采 准 合 ꢀ 计 593 13 0 4607 59 4607 59 0 WWW.KY114.CN 掏 槽 , 光 面 爆 破 ; 二 期 进 路 边 眼 与 一 期 进 路 充 填 体 的 距 离 控 制 在 0 6 ~ 0 7 m, 保 证 不 破 坏 充 填 体 , 防 止 充 填 体 塌 落 导 致 贫 化 , 如 图 2 所 示 。 采 用 防 水 乳 化 油 炸 药 , 不 耦 合 装 药 ; 起 爆 器 材 为 非 电 导 爆 管 秒 差 雷 管 , 正 向 起 爆 。 3 440 1 17 616 51 23 783 74 41 400 25 808 640 6 4 033 23 17 616 51 28 391 33 46 007 84 808 640 6 ꢀ ꢀ 经 计 算 , 小 官 庄 铁 矿 北 区 充 填 采 矿 试 验 矿 块 千 3 吨 采 切 比 为 4 99 m/ kt, 或 35 1m / kt, 有 效 地 降 低 了 采 准 工 程 量 , 节 约 了 采 矿 成 本 。 3 ꢀ 进 路 结 构 参 数 优 化 9 9 9 1 0 10 根 据 小 官 庄 铁 矿 的 矿 岩 力 学 参 数 , 通 过 Ansys 3 D 6 软 件 建 立 三 维 力 学 模 型 , 并 采 用 FLAC 数 值 模 拟 软 8 8 [ 3] , 按 照 正 交 试 验 原 理 进 行 数 值 模 拟 分 析 , 研 究 件 4 5 3 不 同 的 进 路 结 构 参 数 对 试 验 矿 块 安 全 性 的 影 响 , 见 2 1 2 7 表 2。 3 4 6 00 mm 5 表 2ꢀ 模 拟 分 析 的 正 交 试 验 表 m 8 8 6 试 验 序 号 进 路 宽 进 路 高 进 路 长 1 0 8 8 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 3 3 3 5 4 40 50 60 50 60 40 60 40 50 3 图 2ꢀ 二 步 采 进 路 炮 孔 布 置 1 ~ 10— 起 爆 顺 序 编 号 ꢀ 改 进 充 填 接 顶 措 施 进 路 回 采 结 束 后 , 即 可 进 行 充 填 准 备 工 作 , 为 确 3 5 3 5 3 5 4 3 3 5 4 5 3 4 3 5 保 充 填 效 果 , 采 取 沿 进 路 方 向 分 次 充 填 , 确 保 进 路 充 填 接 顶 [ 1213] 。 充 填 体 采 用 灰 砂 比 为 1∶ 4 ~ 1∶ 10 胶 结 尾 砂 充 填 , 进 路 顶 部 0 5 ~ 1 m, 用 高 标 号 ( 1∶ 4) 胶 结 4 4 ꢀ ꢀ 根 据 模 拟 结 果 分 析 , 并 结 合 对 进 路 隔 一 采 一 的 · 6· ꢀ ꢀ ꢀ 邱 景 平 等 : 小 官 庄 铁 矿 上 向 进 路 充 填 采 矿 方 法 试 验 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2013 年 第 8 期 尾 砂 充 填 , 使 充 填 体 上 表 面 抗 压 强 度 达 到 1 0 MPa 以 上 。 全 , 在 分 段 最 下 分 层 大 约 1 m 左 右 的 底 板 , 用 高 标 号 ( 1∶ 4) 胶 结 尾 砂 充 填 。 每 个 分 层 最 下 一 个 分 层 的 底 板 , 将 作 为 下 一 分 段 上 下 开 采 最 上 一 分 层 的 顶 板 。 为 确 保 下 部 回 采 安 充 填 前 做 好 采 场 的 充 填 准 备 工 作 , 主 要 包 括 架 设 充 填 管 、 排 气 管 , 构 筑 充 填 挡 墙 , 如 图 3 所 示 。 1 4 15 16 4 1 0 3 1 1 2 6 1 1 2 5 1 3 0 .4 m 0.4 m 0 .2 m 0 .7 m 8 7 6 5 9 图 3ꢀ 木 质 充 填 挡 墙 — 斜 撑 ; 2— 横 撑 ; 3— 竖 撑 ; 4— 土 工 布 ; 5— 钢 筋 ; 6— 混 凝 土 ; 7— 钢 筋 网 ; 8— 充 填 体 ; 1 — 水 池 ; 10— 观 察 窗 ; 11— 木 板 ; 12— 锚 杆 ; 13— 岩 体 ; 14— 回 气 管 ; 15— 充 填 管 ; 16— 排 水 管 9 ꢀ 充 填 准 备 完 成 后 , 即 开 始 采 场 充 填 。 针 对 充 填 ꢀ 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 接 顶 率 较 低 , 试 验 矿 块 采 取 以 下 措 施 提 高 充 填 接 顶 率 : ①充 填 料 浆 流 动 后 有 3° ~ 5°左 右 的 坡 度 , 1 次 充 填 进 路 长 度 控 制 在 15 m 以 内 , 30 m 以 上 的 进 路 实 [ [ 1] ꢀ 王 ꢀ 青 , 任 凤 玉  采 矿 学 [ M]  北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 2011 2] ꢀ 解 世 俊  金 属 矿 床 地 下 开 采 [ M]  北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 1 986 WWW.KY114.CN 行 多 点 下 料 ; 下 料 管 处 向 上 挑 顶 0 5 ~ 1 m, 充 填 管 [ 3] ꢀ 朱 建 明 , 徐 秉 业 , 朱 ꢀ 峰 , 等  FLAC 有 限 差 分 程 序 及 其 在 矿 山 工 程 中 的 应 用 [ J]  中 国 矿 业 , 2000, 9( 4) : 7882 路 架 设 在 离 进 路 口 8 m 左 右 的 最 高 点 , 以 保 证 充 填 接 顶 ; ②通 过 添 加 萘 系 高 效 减 水 剂 提 高 充 填 浓 度 , 获 得 了 较 高 的 接 顶 率 , 减 少 了 排 水 量 。 [ 4] ꢀ 刘 可 任  充 填 理 论 基 础 [ M]  北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 1982 [ 5] ꢀ 张 国 联 , 邱 景 平 , 宋 守 志  小 官 庄 铁 矿 生 产 矿 块 结 构 参 数 的 试 验 分 析 [ J]  东 北 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版 , 2003, 24( 11) : 1092 6 ꢀ 结 ꢀ 论 ( 1) 小 官 庄 铁 矿 北 区 试 验 矿 块 进 行 的 上 向 进 路 1 095 [ [ 6] ꢀ 邱 景 平 , 张 国 联 , 邢 ꢀ 军 , 等  小 官 庄 铁 矿 试 验 矿 块 胶 结 充 填 试 验 [ J]  有 色 金 属 : 矿 山 部 分 , 2011 ( 5) : 1316 充 填 采 矿 工 业 试 验 获 得 了 成 功 , 能 够 保 障 采 矿 工 作 的 顺 利 进 行 。 7] ꢀ 邱 景 平 , 张 世 玉 , 张 国 联 , 等  小 官 庄 铁 矿 北 区 充 填 工 业 试 验 [ J]  有 色 金 属 : 矿 山 部 分 , 2012, 64( 4) : 1013 ( 2) 设 计 了 辅 助 斜 坡 道 为 主 的 无 轨 采 准 系 统 , 较 大 程 度 地 减 少 了 采 准 工 程 量 , 降 低 了 采 准 成 本 及 出 矿 成 本 , 实 现 了 矿 山 的 安 全 高 效 生 产 。 [ 8] ꢀ 胡 修 章 , 赵 国 彦  机 械 化 上 向 进 路 充 填 法 在 焦 家 金 矿 的 试 验 及 其 评 述 [ J]  长 沙 矿 山 研 究 院 季 刊 , 1992, 12( S1) : 4653 [ 9] ꢀ 王 学 敏  高 龙 金 矿 上 向 进 路 干 式 充 填 采 矿 法 试 验 研 究 [ J]  黄 金 , 1999, 20( 1) : 2125 ( 3) 采 用 数 值 模 拟 方 法 , 优 化 了 进 路 参 数 : 进 路 高 度 3 5 m, 进 路 宽 度 3 5 m, 进 路 长 度 60 m, 在 现 [ 10] ꢀ 何 洪 涛 , 周 ꢀ 磊 , 王 湖 鑫  上 向 水 平 进 路 充 填 采 矿 法 在 和 睦 山 铁 矿 的 应 用 研 究 [ J]  有 色 金 属 : 矿 山 部 分 , 2012, 64( 1) : 13 16 场 得 到 了 成 功 的 应 用 。 ( 4) 选 用 分 级 尾 矿 作 为 充 填 料 , 胶 固 粉 作 为 胶 [ [ [ 11] ꢀ 刘 ꢀ 明  内 蒙 查 干 银 矿 3 号 矿 体 上 向 进 路 尾 砂 胶 结 充 填 采 矿 方 法 试 验 研 究 [ D]  长 沙 : 中 南 大 学 , 2002 结 剂 , 灰 砂 比 1∶ 4, 充 填 料 浆 浓 度 65% ~ 70% , 能 够 满 足 小 官 庄 铁 矿 的 充 填 采 矿 要 求 。 12] ꢀ 王 树 海 , 李 启 月 , 赵 国 彦  提 高 充 填 接 顶 率 的 技 术 措 施 研 究 ( 5) 工 业 试 验 表 明 , 通 过 挑 顶 、 多 点 下 料 和 充 填 [ J]  矿 冶 工 程 , 2011( 1) : 1315 料 浆 添 加 萘 系 减 水 剂 等 措 施 可 有 效 解 决 现 场 的 接 顶 问 题 。 13] ꢀ 曾 照 凯 , 张 义 平 , 王 税 睿  简 述 提 高 充 填 接 顶 效 果 的 控 制 措 施 [ J]  有 色 金 属 : 矿 山 部 分 , 2010( 1) : 67 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20130523) · 7·
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