无底柱分段崩法高压区采矿中的研究参考

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1、无底柱分段崩落法高压区采矿研究姓 名：孔德华单 位：鲁中矿业有限公司申报专业：采矿高级工程师个 人 简 历孔德华，男，1981年4月出生，大学本科学历，测绘工程工学学士，函授矿业工程毕业，2005年7月从山东科技大学地球科学物理学院毕业后，自主择业到鲁中矿业有限公司，被分配到小官庄铁矿质量计量科工作，从事采矿技术工作. 2006年5月，调到小官庄铁矿二工区从事采矿技术管理工作，2012年11月起担任二工区值班区长，2013年9月起担任二工区副区长，从事工区采矿技术管理工作，2015年9月调入小官庄铁矿一工区担任副区长，从采矿安全生产管理工作。目 录1.前言32.采动地压分布规律3 2.1移动支

2、撑4 2.2固定支撑4 2.3局部支撑53.优化采矿方案5 3.1合理回踩顺序 改善地压环境5 3.1.1调整分段内回采顺序5 3.1.2上下分段间的回采空间关系 6 3.2强化支护 提高巷道利用率6 33 实行“三强”开采与“卸压”开采7 3.3.1 “三强”开采7 3.3.2回采区内的卸压开采84.结语11无底柱分段崩落法高压区采矿研究摘 要：通过现场实践以及理论分析得出对小官庄铁矿回采过程中的地压显现规律。从而确定，在科学分析基础上进行回采的合理安排，保证巷道的稳定，满足回采落矿施工。关键词： 崩落 承压区 “三强”开采 卸压开采1.前言小官庄铁矿隶属于鲁中矿业有限公司，该矿属于热液接触

3、交代矽卡岩型矿床，矿体赋存条件复杂，具有埋藏深、矿岩松破、倾角缓、地压大等特点，是国内有名的难采矿山。采矿方法主要为无底柱分段崩落法，中段高度50米，分段高度和进路间距均为12.5米，上向扇形中深孔微差爆破挤压落矿。随着开采的不断延伸，目前各采区的开采深度已经超过400m，开采过程中岩石力学问题凸显，造成采矿过程中应力集中、显现剧烈，部分采准巷道变形，炮孔错位、挤孔，巷道甚至提前垮冒，满足不了采矿的需求，残留了许多矿柱，形成了许多的高应力地段，不但使本分段也使下分段的采准巷道处于承压区内，难掘难支，无法实现正常回采。由于地压显现造成的矿石损失越来越大，所以研究无底柱分段崩落法高应力区采矿，就具

4、有重要的意义。2.采动地压分布规律 采场地压是指地下开采过程中原岩对采场或空区围岩及矿柱所施加的载荷。这是由于地下矿体采出后所形成的采掘空间破坏了原岩的自然平衡状态，引起岩体应力的重新分布，从而引起采场围岩变形、移动或破坏等一系列地压现象。这些地压现象的发生和发展过程称为采场地压显现1。采场地压往往呈动态变化，所谓地压的动态性，不仅是指地压现象随时间推移而变化的特性，如岩体流变（蠕变、松驰现象）和岩体风化造成的地压现象加剧，也更是指岩石工程结构随其所处空间位置和施工顺序的不同，地压现象的表现形式和显现程度随之变化的客观存在2。与其他地下工程不同，采场巷道围岩稳定性承受交替变化的采动应力影响。由

5、于矿体的采出形成空区，导致采场四周应力大小和状态发生变化，一般在采场两帮形成高于原岩应力的支承应力区。小官庄铁矿矿床不仅矿体呈缓倾斜，而且，沿走向方向向两翼侧伏，因此，在采矿过程中，由于不同矿块的同时开采，各采动应力相互影响，不可避免地在矿块间形成承压区。2.1移动支承移动支承是伴随着回采范围扩展、不断移动并逐步增高的动态压力。无底柱分段崩落法回采时的移动支承压力带的宽度大约为25m左右,其应力集中值随退采面积的大小而变化，应力峰值一般位于距掌子面1015m处。移动支承压力在首采分段显现最为剧烈。小官庄铁矿各采区在由上盘向下盘退采过程中,都受到了移动支承压力的强烈影响。尤其是下盘矿块,巷道严重

6、变形破坏,中深孔大量错挤,回采率明显降低。2.2固定支承 当一个分段或一个中段回采结束后,回采移动支承压力移动到采空区周围即形成固定支承压力。固定支承压力的影响范围及程度取决于回采区的形状、大小以及采区之间的距离。根据各个采区统计,固定支承压力影响带宽度,在矿体两翼为60m,下盘为40m,上盘为60m,剧烈影响带宽度为2030m,其应力集中系数值如图2。固定支承压力主要对下分段回采产生影响。当采场位于上分段固定支承压力带之下时,巷道掘支都异常困难,支架变形破坏严重,巷道位移速率达4.7mm/d,最大变形量达300mm。2.3局部支撑回采过程中遗留下的残柱、压实带或夹石都将形成应力高度集中的局部

7、支承压力。位于此种压力之下的巷道,围岩应力异常大,变形破坏难以控制,采场中一些大的垮冒大都发生在此区段。局部支承压力一般产生在矿体开采的首采分段和第二分段,随矿体的连续下降开采,局部支承压力将逐渐消除。另外一些半岛式或孤岛式采场也是产生局部支承压力的位置。3优化采矿方案3.1合理回踩顺序 改善地压环境3.1.1调整分段内回踩顺序根据分段平面内各矿块的的分布，以及上水平回采实际情况，确定本水平回采次序。总的原则是，以电设井或斜坡道为基准，先远后近，先承压带后卸压带。在承压带中，原则上先采邻接卸压带的矿块或进路，即前进回采。对个别矿块中的突出部分，可超前开采，直到形成规定的工作面推进斜线。矿块中相

8、对软弱破碎部位的进路可适当超前退采，不一定严格按工作面推进斜线的顺序要求，拖延时间也可能酿成巷道垮冒。有较大夹层存在时，应视为矿石按正常顺序一并回采，但只放出补偿空间，以免在下分段形成局部应力集中。3.1.2上下分段间的回采空间关系上下分段间的回采超前关系对于矿岩比较稳固的矿山，只要下分段稍滞后于上分段即可。实践证明，由于矿岩软弱破碎，上分段爆破震动，边孔的径向破坏作用，致使下分段巷道承受较大压力，巷道变形严重，冒顶不断，致使回采极不正常。因此，确定其合理的超前关系是合理的回采顺序的一个重要方面。对于小官庄铁矿，下分段滞后上分段控制不小于15米。另外，回采过程中加强深孔爆破管理，保证大炮质量，

9、避免出现回采过程中的隔墙、悬顶，造成局部回采不充分，进而产生的应力集中。3.2强化支护 提高巷道利用率小官庄铁矿在初期开采中，设计的采准巷道大多不支护或局部锚杆或素喷支护。回采的实践证明，这是不适应小官庄铁矿地质、地压条件的。在总结以往开采实践的基础上，结合采场围岩力学性质研究、巷道变形测量，逐步查清地压规律，确定了以喷锚网为主要支护形式。支护参数主要如下：锚杆类型：托盘锚杆或弯钩锚杆，托盘锚杆用16mm的螺旋钢，锚杆长2.0米；弯钩锚杆用16mm的螺纹钢，杆长为1.8米；间距为 800mm800mm，正方形布置。中长锚杆每排6根，排距1.31.4米。中长锚杆用20mm的螺旋钢，杆长为3.0米

10、。钢筋网用6.5mm的钢筋编制，网格为200mm200mm。双筋条用12mm的圆钢焊接，沿巷道纵向压。喷厚为5070mm。由于喷锚网支护形式适合小官庄铁矿的地质、地压特点，因此在生产中得到广泛应用，并根据巷道所处位置，采动地压活动规律，巷道服务时间和矿岩性质，对支护进行了等级划分，选用与之相匹配的支护形式和强度，避免了支护的盲目性，使支护更加合理可靠。通过对小官庄铁矿东、西、南、北4个采区的应用实践，均取得较好的效果；采准巷道利用率大大提高，返修率大大降低。实践证明，以喷锚网为主要支护形式的支护是应对软弱破碎矿体的最基本的手段。33 实行“三强”开采与“卸压”开采 3.3.1“三强”开采对于处

11、于高应力区段的软弱破碎矿体缩小回采单元，实行“三强”开采，尽量缩短采准巷道的服务年限，使其服务年限低于巷道开挖到变形报废的时间，是一种有效的方法。“三强”开采是指强掘、强凿、强采。“强掘”，即提高掘进强度。在小官庄铁矿这种特殊地质条件下，掘进和支护是分不开的(即没有不支护的巷道)，因此，“强掘”的概念既包括了提高掘进强度，也包括了提高支护强度。通过提高掘支强度，减小采准时间。其途径是采用先进的出渣、凿岩设备和组织三班连续作业。“强凿”，即提高中深孔凿岩强度，从而减小中孔凿岩时间。其途径是采用先进高效的钻孔设备和合理的组织方式，如1条进路内安排多台钻孔设备同时作业。“强采”，即提高出矿强度，从而

12、减小回采时间。其途径是选用高效率铲运机，搞好铲运机的使用与维修，同时要提高爆破质量，减小悬顶、隔墙、立槽等爆破事故，减少大块率。“三强”的核心是强采，因为在产量一定的前提下，只有提高出矿效率，才能减少同时回采的矿块数，更多地减少采准巷道的服务年限，确保高压区段软破矿体的安全退采。同时还要有“强掘、强凿”作保证，否则“强采”也将失去基础。通过“三强”措施，缩短了分段开采时间，保证了巷道的稳定，减轻了巷压显现，保证了采矿各分段的顺利衔接。3.3.2回采区内的卸压开采研究表明,巷道围岩的变形破坏主要受控于岩性和应力水平,是因两者比例失调所引起。岩性是客观存在而难以避开和替换的,但地层应力则可通过一些

13、工程措施使其发生转移和变动,应力的变动将改变两者的比例关系。小官庄铁矿矿床不仅矿体呈缓倾斜，而且，沿走向方向向两翼侧伏，因此，在采矿过程中，由于不同矿块的同时开采，各采动应力相互影响，不可避免地在矿块间形成承压区。如下图2.1所示。各回采区域之间的应力叠加取决于回采区的形状、大小以及采区之间的距离。研究表明，作用在矿柱上的应力集中随采场跨度加大和矿柱减小而提高。图2.1 支承压力区应力显现示意图通过一些光弹实验结果，确定作用在矿柱间的垂直应力的平均值由下式给出，p(1+W0/Wp)Pz，式中，W0为回采区宽度，Wp为回采区间距离，PZ为原岩应力，由此可初步评评估出回采区间支承压力带的平均垂直应

14、力。 图2.2 进路间围岩的垂直应力分布随着采区间相互靠近，矿柱所承受的垂直应力增大，达到或超过松破岩体的单轴抗压强度。尤其在采区近围岩，一般处于单向或双向应力状态，作用到围岩上的应力往往超过岩体峰值强度，其模拟如图2.2所示。 对采场的地压规律的研究必须进行相应的岩石力学数值分析计算，目前常用的分析法主要有：有限单元法、边界元法、有限差分法、加权余量法、离散元法、刚体元法、不连续变形分析法、流形方法等。有限单元法3是由M.J.Jurner和R.W.clough于1956年提出,O.D.zienkiewicz于1965年，将有限单元法用于以变分原理为基础的问题4从而使有限单元法有了坚实的数学基

15、础，并以其能方便地处理各种非线性问题，能灵活地模拟岩土工程中复杂的施工过程，成为岩石力学领域应用最广泛的数值分析法。经过分析可知，地下进行较大面积回采后，采空区上方岩体重量向周围支承区转移，在采空区四周一般会形成支承压力带，尤其是工作面前方会形成超前支承压力，支承压力其最大应力可能比原岩应力增高1至3倍，但在采空区中央部位往往会形成应力降低区，尤其是当岩石强度较低时（如某些软岩），更容易形成应力降低区，冒落稳定后的采空区内的应力，远远低于原岩应力。小官庄铁矿矿体埋藏深，倾角缓，地层压力大，开采引起的崩落需长时间才能发展到地表，故采区之上的拱形效应较为明显，应力集中也十分突出。研究表明，小官庄铁

16、矿采场地压的分布具有明显的分区分段性，即存在着支承区和卸载区。所以，在实际生产中，如果避开如何避开应力集中的影响，待矿体围岩活动稳定后，再进行相应的巷道设计施工，则可使巷道保持完整，采矿安全可行。4.结语分析小官庄铁矿地压活动的规律，通过采矿方案的优化，合理安排本分段的退采顺序，考虑上分段的回采工程，减弱支撑压力集中；加强采场爆破管理，避免形成局部压力集中；加强支护，保证巷道的可利用率；通过“三强”开采和卸压开采，实现矿体的快速和安全回采。参考文献:1：赵怀遥.无底柱分段崩落法采场地压的控制J.安徽冶金.1992（3）.2：刁心宏.采场地压动态控制.金属矿山：总第392期.2009年第2期：5.3：饵垒.王世梅.岩土工程数值法M.吉林大学出版社.1994.4：zienkiewicz.o.c.chan.A H C，pastor.M，schrefler B A.shiomi putaional.文档可能无法思考全面，请浏览后下载，另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意!12 / 13