曾慶友

(廣東省梅州市玉水硫銅礦, 廣東梅州市 514743)

人工假底上向分層廢石充填法在玉水硫銅礦的應用

曾慶友

(廣東省梅州市玉水硫銅礦, 廣東梅州市 514743)

玉水硫銅礦根據開采技術條件,成功地應用了人工假底上向分層廢石充填采礦法,介紹了該采礦法的采場結構和回采工藝,對人工混凝土假底的施工及設計作了詳細敘述。

上向分層廢石充填法;混凝土假底;回采方案

玉水硫銅礦位于梅州市北北東30°,距離城區(qū)14km處,是一個富含銅、鉛、鋅并共生、伴生銀等多金屬的中等規(guī)模礦床。礦區(qū)呈東西向展開,東西長4km,南北寬2km。始建于1985年5月,礦區(qū)開采的主要是1號礦體[1]。根據礦體的賦存情況,礦山采用斜井開拓。主、副、風井3條明斜井直達-28m中段,在-28m中段再掘一暗斜井至-208m中段,在-208m中段又掘一暗斜井至-250m中段,共11個中段,各中段高度15～30m。礦山生產能力為每年5萬t。從建礦至今,礦山開采了23年,開采深度大,開采面積大,從上至下分布著40多個采場。主要采礦方法有:人工假底上向分層廢石充填采礦法,留礦法,空場法及全面法。其中人工假底上向分層充填采礦法在礦山得到了廣泛的應用,生產實踐表明,該采礦法適應性強,施工工藝比較復雜,工程量大,資源回收率高(達95%以上)。

1 采場地質概況

(1)礦塊位置。-2082#礦塊位于0′～2′勘探線之間,西鄰主暗斜井保安礦柱及-2081#采空區(qū),東接-2083#采場,上延至-180m標高,其下盤為-1903#采區(qū),下部為-2400#礦房及-240西采空區(qū),如圖1所示。

(2)礦體形態(tài)及產狀。礦體呈層狀、似層狀產于忠信組石英砂巖與壺天群灰?guī)r接觸面上,主要以銅礦石為主,含有一些鉛鋅礦石。礦體下盤以F9斷層為界,礦體厚度變化較大,最薄約2.0m,最厚達12m,東厚西薄,上厚下薄,往上銅含量逐漸增高,往下銅礦石中含鉛逐漸增高。礦體走向南東,傾向北東,傾角20°～40°。

(3)礦石類型及組分。礦石類型為塊狀銅礦、塊狀鉛鋅礦、浸染狀砂巖銅礦,浸染狀灰?guī)r銅礦。礦石組分主要為黃銅礦、斑銅礦、方鉛礦、閃鋅礦及少量輝銅礦,脈石礦物為石英、方解石。

圖1 -2082#采場位置

(4)圍巖性質。礦體底板為忠信組石英砂巖,上盤為壺天群灰?guī)r,巖性較穩(wěn)定,沿F9斷層兩旁,巖石裂隙較發(fā)育,較易出現片幫現象。

(5)水文地質情況。除斷層和裂隙中含有少許滴水外,本采場的水文地質簡單,對采礦影響不大。

2 開采方案

2.1 采礦方法選擇

根據本礦塊的礦體賦存特點,及與相鄰的-208 3#采場已采用人工假底上向水平分層廢石充填采礦法回采的實際情況,為充分回收本采場高品位富礦,選用人工假底上向水平分層廢石充填采礦法進行回采。采場分為A、B兩個區(qū),東部為A區(qū),其下部對應部位為-2400#采場,西部為B區(qū),其下部對應部位為-240西采空區(qū)[2]。由于本采場的礦體北西段厚度小、南東段厚度較大,所以分為A、B兩個區(qū)進行回采。A區(qū)礦體水平厚度大,用人工假底充填法進行回采,以利于下部-2400#礦房頂部礦體的回收。B區(qū)礦體水平厚度小,且對應下部-240西采場已回采結束,并留有1.2～5m厚的頂柱,可直接用廢石充填法進行回采。

2.2 礦塊參數

礦房長軸沿礦體走向方向布置。礦房總長68 m,其中A區(qū)長度40m,B區(qū)平均長度28m。采場寬度與礦體水平厚度基本一致。礦體水平厚度不足2m時,采幅為2m。礦房總高度約28m,其中至-190m水平垂直高度為18m,-190m中段上延高度約10m。分層充填高度4m,共分為5～6個分層回采,最后一個分層采高為6m。

2.3 采準切割工程

在下盤運輸巷內,分別掘進1#、2#、3#溜礦井,在穿脈一側分別掘進4#、5#溜礦井。在1#溜礦井右?guī)偷?203m水平位置和3#溜礦井-199m水平位置分別掘進一條平巷至礦體,作為行人聯絡平巷。利用-2081#上山,作為采場的充填上山。同時,待膠結充填工作完成后,在本采場A區(qū)的原主運輸巷位置用水泥磚砌筑一條人工假巷,代替原有的運輸、行人通道[3]。利用采場的沿脈巷道作為切割巷道。

2.4 回采工作

回采工作自下而上按水平分層進行,第一分層以切割巷道為自由面進行擴幫挑頂,上下盤擴至圍巖邊界,挑頂高度3.5～4.0m,形成5.0～6.0m的采空區(qū)。崩下的礦石運完后,對A區(qū)的上下盤圍巖進行擴削,擴削高度為2.0～2.5m,作為砼假底支座,然后進行人工假底施工。人工假底施工結束7d后拆除模板磚,以假底端面作墻面,砌筑人工假巷,假巷規(guī)格為2.2m×2.0m。第二分層不再分為A、B兩區(qū),回采工作待廢石充填面水泥砂漿養(yǎng)護結束后,從切割上山處開始,向兩翼推進,采空高度5.5～6.0m,爆下礦石人工搬運至溜礦井。礦石采完后,清理采場內的高品位礦粉,然后砌筑溜礦井和隔墻,接著進行充填,如圖2所示。其余各分層回采順序基本相同。

2.5 人工假底施工

A區(qū)形成空區(qū)后進行平場,然后根據設計要求布設鋼筋。主筋用Φ28mm螺紋鋼,間距142.9 mm。次筋用Φ11mm圓鋼,間距500mm。主筋接頭用單面焊接,長度不小于200mm,次筋搭接長度不小于110mm,主次筋分別用鐵絲捆扎固定,鋼筋離底板高度為100mm。鋼筋布設完成后在A區(qū)兩端用砼磚砌筑模板墻,接著進行砼連續(xù)澆灌工作,假底厚度0.6m。石料從-2081#上山放下,攪拌站設在兩采場之間的空區(qū)。澆灌工作從主運輸巷開始向北西沿走向推進,一次澆灌全厚0.6m。每班澆灌以條帶狀從上盤到下盤或從下盤到上盤,寬度以每班恰好完成一條帶為宜。施工時應保證質量,隨澆隨振搗。澆灌完成后應有專人灑水,養(yǎng)護時間不少于20d。

圖2 第2分層結束后的A—A剖面(第二分層結束)

2.6 充填工作

A區(qū)的人工假巷及人工假底養(yǎng)護完成后即可進行廢石充填。每分層充填高度約4.0m,留下1.5～2m空區(qū)作為作業(yè)空間。A、B區(qū)的廢石充填工作同時進行。充填料從-2081#上山的-190m中段上山口倒下,經-2081#上山進入采場,分層充填高度4m。充填結束后將廢石充填面耙平,再鋪設一層約100mm厚的水泥砂漿作隔離層,待水泥砂漿養(yǎng)護期過后即可進入下一分層的回采工作。

3 鋼筋混凝土假底施工

3.1 施工前準備工作

(1)擴幫到規(guī)定邊界,確保支座寬度,并平整好場地。

(2)清理上山,安裝裝料漏斗。

(3)清理好材料堆放場地及運送材料的通道,保護好經過攪拌站的電纜、風水管道。

(4)搭建好攪拌站的進出料平臺,大小以方便夠用為宜,高度與砼假底等高(0.6m)。

(5)施工機械的準備:在-2082#、3#采場之間空地安裝攪拌機一臺;在采場內配備兩臺振搗棒;在采場內安裝兩套電焊機和一套氧割機備用;在采場內標定布筋和砼澆灌水平線;運料平板車,斗車各兩部,砂耙、鐵鏟、畚箕若干;大小水桶各一只;砼磚約300塊。

3.2 攪拌站的布置及砼制作要求

(1)攪拌站設在-208主運輸巷2#、3#采場之間的空地上。料石從-2081#上山內用漏斗放出,人工裝運倒進攪拌機斗內。水泥、砂由-208主運輸巷運入,人工裝入料斗內。砼漿由攪拌機直接倒入人工板車拖運至澆灌現場。

(2)砼制作要求:要求料石塊度均勻,塊度約為20～40mm,料石在進攪拌機斗前應先進行沖洗;水泥標號為425#;使用砂為中砂;砼標號為200#,水泥、石、砂、水[4]的重量比為254∶1300∶720∶175,體積比為1∶5.12∶2.83∶0.69;攪拌要均勻,使各種材料混合均勻。

3.3 施工順序及方法

布筋與砼施工順序為:布設鋼筋-砼澆灌-養(yǎng)護。

布設鋼筋技術要求:主筋與底板的距離要大于50mm,一般為100mm,以保證鋼筋有足夠的保護層,主筋接駁采用單面搭接焊接,焊接長度不小于200mm,焊縫均勻飽滿,兩相鄰主筋的接頭盡量錯開;副筋采用Φ11mm鋼筋,接頭采用搭接,搭接長度不小于110mm;主副筋用Φ3mm以上鐵絲捆扎固定。

砼澆灌方法與順序:澆灌從下料口開始沿采場走向方向推進,每班澆灌以條帶狀(寬度以每班恰好完成一條帶為宜),從下盤往上盤或從上盤往下盤澆灌。每兩個條帶之間的施工時間間隔不得超過3h。局部底板破碎嚴重的,可鋪設一層彩條帶,防止?jié){水流失。砼澆灌完成后,必須有專人定期灑水養(yǎng)護,保證砼假底的質量。

4 -2082#采場鋼筋混凝土人工假底布筋計算

-2082#采場鋼筋砼人工假底的設計,僅考慮假底承受上部充填廢石及自重荷載的靜壓力作用。其采空區(qū)上部巖層,因廢石充填無法接頂,故其地壓作用不予考慮,假底內力計算按簡支梁受力計算。

4.1 有關的計算參數

1級鋼筋:受拉設計強度Rg=2400kg/cm2。

200#砼:設計軸心抗壓強度Ra=110kg/cm2;設計彎曲抗壓強度Rw=140kg/cm2。

假底參數:h=0.6m;h0=0.5m;r1=2.5t/m3,見圖3。

廢石充填體:H=22m;α=40°;r=1.8t/m3;μ=0.3,見圖3。

4.2 載荷計算

充填體重力:G=r×H=39.6t/m2。

外摩擦力:f=μ×N=μ×G×cosα=9.101t/m2。

圖3 假底計算模型

下滑力:F=G×sinα-2f=7.252t/m2。

正壓力:P′=F×sinα=4.661t/m2。

取假底寬度b=1.0m作計算單元,則:均布外荷載P1=P′×b=4.661t/m,

砼自重P2=h×b×r1=1.5t/m,總荷載P=P1+P2=6.161t/m。

4.3 配筋量計算

A區(qū)凈跨度L=6m,計算跨度取為l0=6.3m。內力:受壓區(qū)砼截面抵抗矩系數:,其中,r0通過查表取為0.935[5]。

每米寬度配用7根Φ28mm鋼筋,計算當量面積為Ag=43.10cm2。

因此,無需設計配置腹筋,剪力全部由砼承擔。但為方便布筋施工,設計配置每米寬2根Φ11mm的鋼筋作腹筋。

[1]陳文強.玉水銅多金屬礦床的成礦地質條件及其成因分析[J].有色金屬(礦山部分),2007,1(4):18～21.

[2]鐘義旆.金屬礦床開采[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2007,3.

[3]王 青,史維祥.采礦學[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2001.

[4]《采礦手冊》編委會.采礦手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1988.

[5]周 堅.鋼筋混凝土與砌體結構[M].北京:清華大學出版社,2008,43～51.

2010-11-19)

曾慶友(1966-),男,助理工程師,主要從事采礦技術管理工作,Email:qyouzeng@126.com。