高阶段大直径深孔采场稳定性影响因素分析及回采技术措施

2005/12/13 13:06:44

(安徽铜都铜业股份有限公司安庆铜矿, 　安徽怀宁县　246131)
摘　要:安庆铜矿采用高阶段大直径深孔采矿法,回采阶段高度近120 m。采场稳定是该采矿法成败的关键。影响采场稳定性的主要因素有矿岩特性、原岩应力、采场结构、回采
顺序、充填强度及回采工艺技术等。对这些影响进行了分析,并介绍了回采的技术措施。
关键词:高阶段采场;大直径深孔采矿;采常稳定性;回采技术
1　安庆铜矿采场结构概述
安庆铜矿是大型铜铁采选企业,设计日采选能力3500 t, 1#矿体为矿山主矿体,赋存标高- 180～- 780 m,为接触交代矽卡岩型铁铜矿体,矿体走向125°～305°,倾向总体上为南西,部分倾向北东,主体部分为急倾斜矿体,已控制矿体长度约760 m,平均厚度40～50 m,部分区域矿体平均厚度达80～100 m。1#矿体主要采用高阶段大直径深孔回采嗣后充填采矿法开采。采场垂直矿体走向布置,分矿房、矿柱两步骤回采,采场宽均为15 m,回采阶段高度120m,实行分段凿岩(分段高60 m) ,连续回采,阶段出矿。凿岩设备为Simba - 261型潜孔钻机,炮孔直径165 mm。采用斗容3. 8 m3的ST - 5C型铲运机出矿,采场空区实行嗣后一次性充填,矿房回采后用尾砂胶结充填,矿柱回采后用尾砂充填.
2　影响采场稳定性因素的分析
实践表明,岩体特征及其稳定性、矿区原岩应力特征、采场结构参数、充填体质量等因素是制约采场稳定性的内在因素,采场回采工艺技术是制约采场稳定性的外在因素。
2. 1　岩体、原岩应力特征
从区域范围来看,矿区基本上是一个“基底-盖层”结构。盖层厚度较大,为地层较全的沉积岩,是一个较完整的块体结构,基底由围岩和矿体两部分组成,围岩主要有轻变质粉砂岩,大理岩,矽卡岩、闪长岩,矿体主要有含铜磁黄铁矿,含铜磁黄铁矿磁铁矿透辉石矽卡岩,含铜磁铁矿,磁铁矿。安庆铜矿地应力以水平应力为主,水平应力大于垂直应力。最大主应力的方向基本水平,方位由上部的近东西向转向下部的近北东- 南西向。上部岩层应力主要受矿区构造应力控制,随着深度的增加,区域构造应力的影响在逐步增大,而且地应力的大小也随之增大。- 280 m至- 400 m区间,最大主应力为12～18MPa,属于中等地应力区,而- 580 m水平的最大主应力为23～24 MPa,属于高应力区。因此随着开采深度的增加,原岩应力对岩体的稳定性的影响也会明显增加。由于受东西向应力场的影响,地层频繁褶皱,构成复式倒转背斜,矿区NW - SE方向断裂较多,且被后期的煌斑岩充填,矿区主断层F1横贯矿区,向
南北延伸,将主矿体分成东西两块(即1# , 2#矿体) ,F1断层破碎带总体上胶结较好,局部较差,较差地段对矿体回采有一定的影响。工程地质调查研究结果表明:安庆铜矿岩体属中等稳定,但岩体中节理裂隙比较发育,矿区中粉砂岩夹泥灰岩,遇水泥化,遇构造易形成破碎带,它将影响井巷工程的稳定性,矿体上盘围岩主要是大理岩,下盘围岩主要是矽卡岩和闪长岩,均较稳定。通过地表沉降的计算,地表覆盖沉积岩层未出现塑性区和拉应力区,因此,矿体回采期间,地表处于稳定状态,但由于矿区水文地质条件复杂,回采期间,势必造成大量涌水,地下水的疏排将导致地表出现陷落区。
2. 2　回采顺序
在相关研究成果的基础上,安庆铜矿采场回采实行隔一采一的回采顺序,即回采某一个采场时,同类型的一个相邻采场及另一类型两个采场均不得回采,可以回采下一个同类型的采场。多年的生产实践验证,隔一采一的回采顺序是合理的,可避免采场间的相互影响,有利于采场的稳定。
2. 3　采场结构参数
采场结构参数是制约采场稳定性的关键技术因素,安庆铜矿- 280～ - 400 m矿房采场回采,采场稳定性基本良好;矿柱采场的回采基本稳定,个别矿柱采场因空区暴露高度、岩体构造、充填体质量等因素的影响,出现原岩矿柱、充填体部分垮落。- 400～ - 510 m矿房采场回采过程中,因采场长度过长(达90～130 m) ,造成矿柱采场出现较大范围的垮落,给矿柱采场回采造成很大的困难。参考国外部分类似矿山的采场结构及充填参数,结合安庆铜矿的实践经验,采场长度宜控制在50 m以内。同时只有采取合理的采场结构参数、合理的回采顺序及合理的回采工艺技术,确保充填体质量,才能实现矿房、矿柱采场的顺利回采。
2. 4　充填体稳定性
从矿山整体开采的角度而言,由于充填体的弹性模量远远低于岩体的弹性模量,充填体起着限制围岩大范围位移的作用,从而避免了大范围的地压活动。从采场回采的角度而言,矿房采场胶结充填体必须隔离先期已采矿柱空间内的废石、尾砂充填体,因此胶结充填体最直接的作用是隔离作用。安庆铜矿尾砂胶结充填系统是立式砂仓两相流管道输送充填系统。充填材料包括充填骨料、胶凝材料,在测定各种物料的物理性能及化学成份的基础上,充填骨料选择分级粗尾砂和干河沙,胶凝材料选择325号普通硅酸盐水泥。针对采场不同部位对充填体强度的不同要求,分别设计了1 ∶4, 1 ∶8, 1∶10等几种灰砂比,料浆输送浓度为70% ～72%。3种灰砂比的充填料试块强度试值分别为1 ～1. 3MPa, 2～2. 5MPa, 3. 5～4. 5MPa。实践表明,安庆铜矿充填系统及相关充填技术参数能够满足采矿技术要求,只要严格按照规范操作,充填体质量、充填体稳定性就可以得到保证。
3　回采技术措施
为确保高阶段大直径深孔采矿法安全、顺利、经济地应用于矿房、矿柱的回采,安庆铜矿就采场结构、回采顺序、采准工程布置、炮孔孔网参数、崩矿方式、爆破参数、出矿方式、充填工艺等进行了技术研究。
(1) 矿房采场采用VCR法小断面拉槽、分段侧向崩矿的方式,侧向崩矿分段高度10～15 m,最大起爆段药量控制在800 kg以内,在采场边界采用光面爆破技术,有效地控制了采场边界的规整性,保证了充填体的规整性。
(2) 矿柱采场采用VCR法大断面拉槽、小分段侧向崩矿的方式,侧向崩矿的分段高度6 m左右,最大起爆段药量控制在300 kg以内。在采场边界采用加强松动爆破技术,有效地减少了爆破对充填体的直接影响。
(3) 优化凿岩爆破参数和装药结构,选择合理的起爆顺序,减少爆破对采场规整性的破坏。
(4) 矿房、矿柱采场回采过程中,严格实行留矿爆破,以减少采场爆破过程中直接临空的暴露高度,依靠矿堆改变矿岩、充填体的受力状态,减弱采场爆破对矿岩、充填体稳定性的破坏。
(5) 为缩短采空区的暴露时间,实行强化出矿,采场出矿完毕,进行强化充填,采场充填一半后,采场可基本稳定。
(6) 充填时,严格控制灰砂配比和充填浓度;采用多点下料,多点脱水,严格禁止引管水、洗管水进入采场,以减少离析现象,保证充填体的均匀性。

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