铁矿采矿有几种方式 业庄铁矿采矿方法的现状及其问题与对策

业庄铁矿采矿方法的现状及其问题与对策

肖旭光,孙召波,李 健

(莱芜矿业有限公司, 山东莱芜市 271100)

摘 要:业庄铁矿水文地质条件复杂,目前所用采矿方法的残柱矿量达70%,且劳动效率低、安全条件差。为适应当前的技术经济条件,提出了改进采矿方法的设想,并采用有限元法对采场结构参数进行了优化,得出矿房矿柱宽度宜由目前的7m增加至10,12m的结论。建议采取浅孔切顶、锚喷支护、控制爆破等措施,提高隔水矿柱等的安全性,以解决目前采矿方法存在的问题。

关键词:大水矿床;采矿方法;隔水矿柱;中深孔落矿;嗣后充填

中图分类号:TD853.3 文献标识码:A文章编号:1005-2763(2004)03-0019-02

TheSituationandProblemsoftheMiningMethodinYezhuangIronMineandtheCountermeasuresXIAOXu-guang,SUNZhao-bo,LIJian(LaiwuMminingLtd,Laiwu,Shandong271100,China)Abstract:Thehoydrogeologicalconditioniscomplex,theorevolumeoftheresidualpillarisupto70%fortheadoptedmin-ingmethodatpresent,andthelaborefficiencyislowandthesafetyconditionisnotgoodinYezhuangIronMine.Foradapt-ingtothepresenttechnical-economicalcondition,theauthorsputforwardsomeideaofimprovingtheminingmethod,opt-imizethestructureparametersofstopebysuingfinite-elementmethod,anddrawaconclusionthatthewidthsofchamberandpillarshouldbeincreasedfrom7mto10mand12mrespective-ly,finally,suggestsomemeasuressuchascuttingthetopofstopebyshallowblasting,adoptingbolt-shotcretesupportandcontrolledblastingaswellasincreasingthesafetyofthewater-resistingpillarinordertosolvetheproblemsexistinginthecurrentminingmethod.

KeyWords:Heavy-waterdeposit,Miningmethod,Water-resistingpillar,Medium-lengthholecaving,Subsequentback-filling

X

及成败。

1 水文地质条件

业庄铁矿矿床的水文地质条件复杂,矿体上盘

存在两大含水层:其一为中奥陶系灰岩,岩溶裂隙含水层,是矿体的直接顶板,与南部山区的大片灰岩(面积122km2)相连,此含水层含水丰富,岩溶裂隙发育,渗透性好,渗透系数k1=29.5m/d,尤其是矿体北部顶板接触带,岩石比较破碎,含水特别丰富。另一含水层为第四系砂砾石孔隙潜水含水层,与汶河河床之砂砾石层相连,第四系和潜水地表水(汶河水)可视为一体,此层厚度一般3~5m,近河处可达10m,富水性强,渗透系数k2=100~300m/d。

两大含水层由于局部第三系岩层太薄或由于构造的破坏而发生互补关系,根据1975年的疏干实验资料,日涌水量可达15~17万m3。

2 采矿方法及存在的问题

业庄铁矿始建于1966年,1969年底完成一期工程的建设任务,原设计的采矿方法为有底柱分段崩落法,设计规模为年产原矿20万t。投产前在采准施工中发现涌水量大大超过设计排水量,1971年起被迫转入探水与治水。1980年转为缓建进行排水维护。

1986年,业庄铁矿采用预留护顶矿层隔水进路采矿法回采矿体,在此基础上,矿山于1990年设计采用分段崩矿阶段空场嗣后充填法采矿,并于1992年完成简易充填系统的建设,至此,业庄铁矿运用了两种采矿方法采矿。

预留护顶矿层隔水进路采矿法实际上是一种在护顶矿层的保护下,靠掘进巷道回采矿石的小空场采矿法,其回采矿石的方法便是掘进,所回采矿石靠电耙耙出;阶段空场嗣后充填法的实质是矿块垂直

采矿方法是矿山的核心,直接对矿山的生产规模、矿石的损失与贫化、劳动生产率、采矿成本及安全等起着决定性作用,关系到企业的综合经济效益

X收稿日期:2003-12-19

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走向布置,长度为预留7m护顶矿层后的矿体厚度,一般在30m左右,中段高40m,矿房、矿柱宽7m,分段高度10m,底柱和顶柱高6m,采用YG)90钻机凿岩,扇形中深孔落矿,电动铲运机在平底出矿。

几年的开采实践,暴露了两种采矿方法所存在的问题:

(1)预留护顶矿层隔水进路采矿法开采范围长达150m,高30m,局部地段达50m,该范围的矿体已呈蜂窝状,整体性遭到破坏,回采残柱(约占矿石储量的70%)时的安全条件差,将给未来的作业带来许多技术问题和安全问题,且该采矿方法劳动效率较低,采矿成本较高;

(2)分段崩矿阶段空场嗣后充填采矿法的生产能力大,劳动效率也较进路采矿法高,但实践证明,现用的矿块结构参数及采矿工艺不尽合理,由于矿房、矿柱宽度太小,矿石回采后不利于矿柱的维护和回收,且上盘预留的护顶矿层在连成一片后,由于跨度过大,整体强度下降,易产生断裂破坏,失去隔水护顶的作用,另外,由于采用中深孔落矿,爆破产生的冲击波对护顶矿层的整体性造成破坏,并对地表建筑物有一定影响。

分段崩矿的阶段空场嗣后胶结充填采矿法。

但是,业庄铁矿上盘岩体富水这一特殊条件,使得在采用这种较先进的采矿方法时,不能拘泥于成法,必须有所变化,以优化选择出当前技术经济条件下切实可行的采矿方法。

(1)采场结构参数的优化。业庄铁矿由于上盘岩体富含水,不容许开采过程中及充填前发生冒顶,故采场的稳定性十分重要,直接关系到采矿方法的成败。为此,采用有限元数值模拟手段,分析在不同结构参数条件下采场稳定性变化状况。针对业庄铁矿新开矿体和残矿体,分别垂直矿体走向截取计算剖面,建立4个计算模型。对于每一个计算模型,均分4步模拟矿体开采,第一步骤为计算矿体原岩应力场;第二步骤为回采矿房一;第三步骤为胶结充填矿房,回采矿柱另一侧的矿房二;第四步骤为胶结充填矿房二,回采矿柱。新开矿体、残矿体阶段高均为40m,残矿体内小空区尺寸为2.5m@3m,间距宽2.5m。

根据业庄铁矿地质情况和矿岩特征,以及充填实测数据,计算所用的参数如表1所示。

表1 计算模型的矿岩、充填体力学参数

种类矿体围岩充填体

弹模

(MPa)2.55@1042.0@104373.3

泊松比0.210.220.31

C(MPa)3.02.00.28

(度)37.436.249

抗拉强度(MPa)0.950.80.486

3 新采矿方法的探讨

分段崩矿阶段空场嗣后胶结充填法以其生产能力大,劳动效率高、采矿成本低而成为世界充填采矿法的发展趋势之一。

业庄铁矿矿体形态规整、厚大,贮藏比较集中,矿石和围岩中等以上稳固,倾角28b~40b,这些开采技术条件,显然适合采用大直径深孔崩矿或中深孔

布置形式垂直走向

下盘倾角32b

上盘

倾角54b

护顶

矿厚度7m

经过模拟计算,结合生产实践,得到的最优参数如表2、表3所示。

表2 新开矿体采场结构优化参数

顶柱5m

阶段高

分段高

采场长一般8~66m

平均39m

矿房宽10m

矿柱宽12m

40~60m11~13m

表3 残矿回采采场结构优化参数

布置形式垂直走向

矿体倾角37b~38b

底柱9m

顶柱5m

护顶矿层厚

7m

阶段高

分段高

采场长47m

矿房宽7.5~10m

矿柱宽10~12m

25~50m5.5~7m

(2)水的影响因素。目前,业庄铁矿采用10m@10m的网度在矿体上盘布置钻探工程。一方面,可以探明矿体边界,另一方面,探水并注浆,通过注浆,试图在矿体之外人工营造一个/帷幕0,将地下水

挡在矿体外面,以确保采矿工作的安全。但由于这个假设的/帷幕0的有效性尚不能得到充分的验证,

所以,在治水方案未有重大突破的前提下,上盘三角形体宜暂时保留,以确保护顶矿层的隔水性。

(3)爆破的影响。中深孔落矿孔底起爆易造成对孔底部位(护顶矿层)的整体性的破坏,使其护顶作用大大减少以至于丧失。另一方面,由于中深孔

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长,受采动的影响,全煤巷道顶板破碎,漏煤时会出现空顶区,区内易出现高温自燃发火点,造成巷道火灾;一旦高温点进入采空区,将造成采空区火灾,所以将巷道护顶材料由荆笆改为菱形金属网,网上部铺设彩条布,然后对巷道围岩进行喷射混凝土全封闭,保证回采巷道煤体与空气隔离,防止或减缓煤体氧化过程,有效地起到了防止巷道火灾的目的。

的变形量。

易自燃煤层综放开采回采平巷变形破坏的主要原因为:上方小煤矿开采造成底部回采平巷积水,围岩软化后巷内基本支架钻底,支架工作阻力低;应将全煤巷道布置在煤层底板煤矸互叠层上方,采取双排点柱加强支护措施;同时在回采平巷外端,采用喷射混凝土全封闭支护,防止巷道顶板空顶区内出现自燃发火点,预防巷道火灾,以保证回采巷道的正常使用。研究结果已在耿村煤矿综放开采中得到了推广实施,取得了预期效果。

参考文献:

[1][2]

义马煤业集团公司,焦作工学院.易自燃煤层回采巷道支护技术研究[R].焦作:焦作工学院,2000.

翟新献,张邦锁,岑 奕.综放开采回采巷道喷射混凝土防火技术研究[J].焦作工学院学报,2001(5):321~323.

3 结 论

采准巷道位于煤层附近,围岩岩性差,受采动影响造成巷道变形量大。在耿村煤矿易自燃煤层条件下,沿煤层掘进的采区上山,应预留巷道变形量,优化巷道断面形状,减小拱肩煤的体积,采用锚喷网支护后提高围岩的整体强度,以限制或减小巷道围岩 (上接第20页)

落矿每次使用的炸药量比较大,其爆炸冲击波沿同一介质衰减很小,传播速度较快,易造成地面建筑物质点位移量过大,对其产生破坏。

针对以上分析,矿房与矿柱的宽度,不宜太小,矿房宽度宜定为10m,矿柱宽度则以12m为宜。

患;

(2)对矿房上盘所留支撑上盘顶板、隔水之用的三角体矿柱(比护顶矿层厚),与下盘待开采部分之间的矿石宜采用浅眼落矿方式采出,以形成一个小空区,隔断待开采矿体与上盘的联系,从而尽可能减少爆破震动造成的灾害;

(3)下盘待开采矿体采用中深孔落矿、阶段空场嗣后胶结充填采矿法,中深孔排面可采用扇形布置,亦可在拉开的凿岩水平向上施工平行深孔,严格控制每次爆破的/同段最大药量0,使炸药能量分布均匀,减少大块的产生及爆破冲击波对顶、帮的破坏。

上述改进方案即考虑了水的问题和爆破灾害的问题,又减少了施工人员在空区内的作业时间,安全系数大大增加;改进后的中深孔落矿方式使大块率降低,增大了矿房生产能力,回采强度、充填效率也随之提高(减少了准备时间);采准工程量和采矿成本随之大大降低,企业经济效益将随之提高。

4 采矿方法改进的对策

尽管业庄铁矿目前采用上向分层充填采矿法采矿,但仍应充分考虑分段崩矿阶段空场嗣后胶结充填采矿法的具体运用。这是因为浅眼落矿上向分层充填采矿法与分段崩矿阶段空场嗣后胶结充填采矿法相比,有如下明显不足:

(1)施工安全性差。落矿及出矿作业人员需在采场之内作业,且作业时间长,随时面临顶板浮石的威胁;

(2)生产效率低下,工人劳动强度大;

(3)生产组织复杂,特别是充填准备工作增加一倍以上;

(4)采准工程量大。

根据水文地质等各方面的条件,业庄铁矿目前使用的上向分层充填采矿法应作如下改进:

(1)在每个开采单元(矿房)的顶部(留有的护顶矿层下面)设充填水平,该水平在回采矿房前按巷道高度、矿房宽度全面拉开,然后,采用锚喷支护等方式,对顶板进行处理,确保顶板平整,无浮石等隐

5 结 语

任何采矿方法都不是一成不变的。随着生产的进行,会出现更多的新情况、新问题,这也给采矿工作者提出了更高的要求。但只要按照科学的方法,实事求是,就一定会在变化着的生产实践中找到一

种最宜于当前技术经济和矿床条件的采矿方法,为企业创造更好的经济效益。