李代林

(馬鋼集團(tuán)姑山礦業(yè)公司)

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后和睦山-212.5 m分段開(kāi)采技術(shù)

李代林

(馬鋼集團(tuán)姑山礦業(yè)公司)

隨著后和睦山礦體向深部開(kāi)采，礦石以疏松粉狀為主、穩(wěn)定性較差，且-200 m以上中段巷道均受地壓影響發(fā)生了不同程度的垮塌，影響了礦石回收率。對(duì)該礦體進(jìn)行了地壓活動(dòng)分析，并對(duì)巷道支護(hù)方式及回采順序進(jìn)行了優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上提出了上下盤(pán)聯(lián)合開(kāi)采方案，提高了礦石回收率。

深部開(kāi)采 地壓活動(dòng) 巷道支護(hù)方式 回采順序 上下盤(pán)聯(lián)合開(kāi)采

和睦山鐵礦后和睦山礦體賦存于閃長(zhǎng)巖與灰?guī)r接觸帶及近接觸帶的灰?guī)r中，礦體厚8～102 m，下盤(pán)傾角一般為40°～50°，較陡部位60°～70°。礦石以疏松塊狀、粉狀為主，穩(wěn)定性較差。采用無(wú)底柱分段崩落法采礦，-200 m中段以上脈外巷道布置于礦體下盤(pán)延礦體走向方向，進(jìn)路垂直于礦體走向方向布置，自上盤(pán)向下盤(pán)方向退采。在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中地壓活動(dòng)頻繁，-100，-150，-200 m中段在開(kāi)采過(guò)程中巷道受地壓作用破壞嚴(yán)重，巷道頂板及邊幫均有不同程度的垮塌，致使多條采礦進(jìn)路掘進(jìn)工程無(wú)法施工，造成礦石回采率較低。隨著該礦向深部開(kāi)采，無(wú)底柱分段崩落法[1-2]開(kāi)采形成的空區(qū)及后和睦山礦段自身松軟破碎的礦巖性質(zhì)引發(fā)的地壓活動(dòng)將繼續(xù)加劇，出礦巷道裂紋、錯(cuò)動(dòng)、頂板冒落等情況將進(jìn)一步加劇，已影響到礦山的安全生產(chǎn)。 為安全高效地回收礦石，提高后和睦山礦段的回采率，有必要對(duì)后和睦山礦段采準(zhǔn)工程、回采順序、支護(hù)方式及地壓活動(dòng)等進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 巷道變形分析

對(duì)后和睦山礦段-200 m分段地壓活動(dòng)監(jiān)測(cè)資料及地表塌陷區(qū)的勘查成果(圖1)進(jìn)行綜合分析，可知受地壓活動(dòng)影響最明顯的應(yīng)力反應(yīng)劇烈部位主要為礦體下盤(pán)及礦體中部粉狀礦體部分。該礦原支護(hù)方式采用錨網(wǎng)噴支護(hù)結(jié)構(gòu)，選用普通樹(shù)脂錨桿，規(guī)格φ20 mm×1 800 mm，錨桿孔徑φ28 mm，采用1卷快速2350型樹(shù)脂藥卷加強(qiáng)錨固，錨桿長(zhǎng)度不少于400 mm，錨固力不低于80 kN，托盤(pán)采用平面高強(qiáng)度托盤(pán)，規(guī)格100 mm×100 mm×4 mm(長(zhǎng)×寬×高)，間排距900 mm×900 mm，鋼筋網(wǎng)采用φ6.5 mm鋼筋焊接，網(wǎng)孔規(guī)格100 mm×100 mm。噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，配合比1∶2∶2，摻3%～5%速凝劑，厚100 mm。對(duì)于變形巷道采用規(guī)格為200 mm×75 mm×9 mm(長(zhǎng)×寬×高)的槽鋼制作鋼拱架進(jìn)行二次支護(hù)。在巷道受壓變形時(shí)，跨度為3.5 m的軟巖巷道的圍巖松動(dòng)圈深度達(dá)1.5～2.0 m，1.8 m的長(zhǎng)錨桿無(wú)法保證巷道穩(wěn)固，巷道整體下沉，托盤(pán)易脫落，二次支護(hù)鋼拱架在受壓后易變形，且無(wú)法進(jìn)行修復(fù)加固。

2 圍巖穩(wěn)定性與巷道支護(hù)方式

2.1 巷道變形與錨桿受力監(jiān)測(cè)

對(duì)-200 m水平回收巷道(圖2)、-212.5 m下盤(pán)脈外巷及9#～11#進(jìn)路的錨桿受力監(jiān)測(cè)表明：后和睦山-200，-212.5 m分段水平巷道處于極軟巖地層中，其主要特征是極軟弱、松散和破碎，且軟化與礦體粉化現(xiàn)象顯著，使得圍巖的力學(xué)特性顯著降低并伴隨碎脹和膨脹變形，無(wú)法實(shí)施有效的主動(dòng)支護(hù)，從而無(wú)法形成穩(wěn)定可靠的主動(dòng)支護(hù)，加劇了巷道后期的變形破壞，由于圍巖應(yīng)力調(diào)整和巖體的碎脹和膨脹存在一定的滯后性，從而導(dǎo)致施工錨網(wǎng)噴巷道的錨固體失效。該類(lèi)因素的相互作用，導(dǎo)致圍巖和支護(hù)體完全破壞，失去了結(jié)構(gòu)性和承載力，極易使巷道一次錨噴支護(hù)中的部分錨桿被擠出而失效，無(wú)法形成完整的支護(hù)結(jié)構(gòu)，從而造成巷道圍巖發(fā)生失穩(wěn)垮落。

2.2 支護(hù)方案選擇

結(jié)合-200 m分段殘礦回收經(jīng)驗(yàn)及充分考慮安全、礦石回采成本及施工難易程度等因素。-212.5 m分段礦體下盤(pán)巷道及采礦進(jìn)路采用規(guī)格為3 800 mm×3 200 mm的三心拱斷面。經(jīng)-200 m水平及-212.5 m分段的部分巷道的支護(hù)方案為：①采用光面爆破技術(shù)減小對(duì)圍巖的破壞，每側(cè)預(yù)留150 mm的變形量，以釋放圍巖的變形能量；②初次錨網(wǎng)噴支護(hù)，防止巷道冒頂片幫，保證巷道圍巖的基本穩(wěn)定，及時(shí)封閉圍巖，防止圍巖風(fēng)化而降低強(qiáng)度，可將圍巖斷面凹凸處噴平，確保巷道成型較好、受力均勻；③對(duì)巷道變形部位，在壓力釋放后采用二次支護(hù)，二次支護(hù)采用預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿加鋼筋托梁錨固。初次錨網(wǎng)噴支護(hù)，預(yù)留適當(dāng)?shù)淖冃瘟?，錨桿參數(shù)φ20 mm×2 400 mm(圖3)；二次預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿支護(hù)，錨桿參數(shù)φ20 mm×2 400 mm(圖4)。

圖1 -200 m分段與塌陷區(qū)疊加(單位:m)

圖2 -200 m分段平面

圖3 初次錨網(wǎng)噴參數(shù)(單位：mm)

-212.5 m分段9#、10#、11#進(jìn)路變形監(jiān)測(cè)結(jié)果(圖5)表明：①巷道在3個(gè)月內(nèi)的變形量均小于120 mm；②托盤(pán)無(wú)脫落現(xiàn)象發(fā)生；③巷道未發(fā)生整體下沉及坍塌現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，本研究提出的支護(hù)方式可滿(mǎn)足巷道安全生產(chǎn)要求。

圖4 預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿參數(shù)(單位：mm)

3 -212.5 m分段采準(zhǔn)工程布置及回采順序優(yōu)化

3.1 采準(zhǔn)工程布置

(1)下盤(pán)方案。優(yōu)點(diǎn)在于與溜井、斜坡道等已有實(shí)施吻合，利于下盤(pán)礦石回收；脈外巷易變形，二次支護(hù)量大，分段回采至中后期巷道變形嚴(yán)重，造成礦石無(wú)法充分回收，中部粉狀礦體進(jìn)路長(zhǎng)且易變形。

(2)上盤(pán)方案。優(yōu)點(diǎn)是脈外巷穩(wěn)固，回收時(shí)間充分；缺點(diǎn)在于不利于下盤(pán)礦石充分回收，中部粉礦體進(jìn)路長(zhǎng)且易變形。

(3)上、下盤(pán)聯(lián)合方案。優(yōu)點(diǎn)是脈外巷穩(wěn)固，回收時(shí)間充分，有利于下盤(pán)礦石回收，出礦面多，易于礦石冒落；但易相對(duì)增加工程量。本研究采取上、下盤(pán)聯(lián)合采礦的采準(zhǔn)布置方式由中間向兩側(cè)回采。

3.2 回采順序優(yōu)化

無(wú)底柱分段崩落法主要回采順序：①順序回采，由上分層至下分層，由礦體左側(cè)至礦體右側(cè)的順序回采；②由兩端至中間，由上分層至下分層，由礦體兩端開(kāi)始，逐步向礦體中部同時(shí)回采；③由中間至兩端，由上分層至下分層，由礦體中部開(kāi)始，逐步向礦體兩端回采。豎向位移分析表明，由中間至兩端的回采方式對(duì)進(jìn)路穩(wěn)定性的影響最小。故對(duì)-212.5 m分段采用上下盤(pán)聯(lián)合方案進(jìn)行采準(zhǔn)布置、由中間至兩端的回采順序，采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)為12 m×12.5 m(進(jìn)路間距12 m、分層高度12.5 m)。

4 試驗(yàn)分析

本研究選擇以初次錨網(wǎng)噴和二次預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿為核心的支護(hù)體系，采用上下盤(pán)聯(lián)合方案進(jìn)行采準(zhǔn)布置方式以及由中間至兩端的回采順序。無(wú)底柱分段崩落法回采率約80%，目前已對(duì)-212.5 m分段9#～11#進(jìn)路進(jìn)行了試驗(yàn)開(kāi)采，局部回收率已達(dá)95%(表1)，表明本研究提出的回采方案成效顯著。

表1 各分段礦石回收情況

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)穩(wěn)定性較差的后和睦山礦體，對(duì)巷道支護(hù)方式進(jìn)行了分析，并對(duì)回采順序進(jìn)行了優(yōu)化，試驗(yàn)表明，-212.5 m分段礦石回收效果較理想，對(duì)于確保和睦山鐵礦的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)有一定的參考價(jià)值。

[1] 魏建海，黃興益，戈 超，等.基于PFC2D的無(wú)底柱分段崩落法放礦數(shù)值模擬[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(12)：30-31.

[2] 孫文勇，陳星明，王 偉，等.緩傾中厚礦體無(wú)底柱分段崩落法下盤(pán)殘留礦體合理回采工藝研究[J].金屬礦山，2014(2):12-17.

2016-05-24)

李代林 (1971—)，男，助理工程師，243182 安徽省馬鞍山市當(dāng)涂縣太白鎮(zhèn)。