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        巖體發(fā)射器在銅綠山礦底柱回采的應(yīng)用與研究

        2017-12-05 08:03:15
        采礦技術(shù) 2017年6期
        關(guān)鍵詞:區(qū)域

        徐 喜

        (大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅綠山銅鐵礦, 湖北 大冶市 435101)

        巖體發(fā)射器在銅綠山礦底柱回采的應(yīng)用與研究

        徐 喜

        (大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅綠山銅鐵礦, 湖北 大冶市 435101)

        針對銅綠山礦為了回采底柱礦體以解決無礦可采的問題,根據(jù)底柱工程的地質(zhì)條件,選擇間隔條柱式進路充填法進行底柱回采,并采用巖體聲發(fā)射監(jiān)測儀監(jiān)測底柱回采過程中巖體的聲發(fā)射信號,以確保底柱安全高效回采。聲發(fā)射監(jiān)測結(jié)果表明,底柱回采前后巖音監(jiān)測無明顯變化,基本無大事件發(fā)生,該采礦方法可滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要。

        采礦方法;巖體發(fā)射器;底柱回采

        1 概 述

        銅綠山礦井下經(jīng)過幾十年開采,資源量逐年減少。尤其是近幾年來,礦山加快資源開發(fā)戰(zhàn)略,井下采場消失加快。目前,井下采礦已經(jīng)全面轉(zhuǎn)入-425 m中段,大部分采場面積較小;而-485 m中段正在開拓基建,且進度緩慢,前期勘探與現(xiàn)場工程揭露情況表明,深部礦體厚度變薄與井下礦石品位下降趨勢明顯。根據(jù)坑采車間井下生產(chǎn)技術(shù)統(tǒng)計的數(shù)據(jù),目前井下采場僅有40多個,可采面積大約23000 m2,平均供礦品位在1%左右,面臨700 t/月的開采任務(wù),井下經(jīng)常遇到無礦可采的困境。

        為了提高資源開發(fā)利用效率,緩解井下生產(chǎn)壓力,必須加強井下探礦與礦產(chǎn)利用力度,主要從以下兩個方面著手:一是加強端部和零星礦體探礦,增加地質(zhì)保有儲量;二是通過采礦技術(shù)攻關(guān),加大殘礦與底柱礦體回收力度。

        2 工程地質(zhì)條件

        銅綠山礦井下-305 m中段Ⅳ號礦體基本回采結(jié)束,根據(jù)前期地質(zhì)勘探報告與坑探揭露二次工程圈定,Ⅳ號礦體底柱地質(zhì)保有礦量約40萬t。Ⅳ號礦體屬于矽卡巖型的巖漿巖礦床, -305 m中段位于該礦體比較厚大的一部分,礦體銅平均品位1.5%,鐵平均品位36.46%,礦體地質(zhì)條件總體屬于中等穩(wěn)固。礦體圍巖總體上盤大理巖,地質(zhì)條件屬于穩(wěn)固;下盤矽卡巖,地質(zhì)條件屬于中等穩(wěn)固。

        工程地質(zhì)條件表明,在沒有開采擾動下,原巖應(yīng)力條件下,-305 m底柱巖體工程屬于中等復(fù)雜,但在礦體回采或者圍巖開挖條件下,巖體擾動比較大,局部地段巖體可能變化較大,巖體可能處于塑性狀態(tài),甚至一些巖體可能已經(jīng)發(fā)生了破壞;盡管回采區(qū)域內(nèi)已經(jīng)充填,但充填體抗拉與抗剪強度比原巖應(yīng)力小很多。因此,-305 m底柱工程地質(zhì)條件為復(fù)雜型,底柱安全回采難度較大。

        由于-305 m底柱工程地質(zhì)條件復(fù)雜,對應(yīng)試驗回采區(qū)域內(nèi)上下均為充填體,且底柱厚度僅8 m,因此崩落法和空場法不適用,必須考慮采用充填法。銅綠山原采用礦普通采礦法—點柱式上向水平分層充填法,回采后形成空場然后充填,也不適合底柱回采。通過分析,認為進路充填法配套巖體發(fā)射監(jiān)控頂邦圍巖是唯一能夠適用于這種復(fù)雜地質(zhì)條件下的采礦方法。

        3 巖體發(fā)射器簡介

        巖體聲發(fā)射是巖體受力產(chǎn)生裂隙擴展或斷裂而產(chǎn)生的現(xiàn)象。巖體聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)與其它巖體穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)具有各自不同的特點與技術(shù)優(yōu)勢,巖體聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)具有如下特點:

        (1) 巖體聲發(fā)射代表著巖體受力實時動態(tài)特征,其監(jiān)測結(jié)果可以反映巖體穩(wěn)定性的發(fā)展趨勢和有效預(yù)報巖體失穩(wěn)的危險狀態(tài);

        (2) 聲發(fā)射監(jiān)測可以更早地提供巖體受力損傷或破壞的信息,對于預(yù)報巖體災(zāi)害性事故而言,則是提供了更多的寶貴防災(zāi)時間;

        (3) 監(jiān)測范圍廣;

        (4) 聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)可以實現(xiàn)聲源定位。所以巖體聲發(fā)射反映了巖體的動態(tài)變化特征,可以作為預(yù)測預(yù)報,評價巖質(zhì)工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的依據(jù)。巖體聲發(fā)射監(jiān)測儀及其工作原理見圖1和圖2。

        圖1 巖體聲發(fā)射監(jiān)測儀

        圖2 巖體聲波發(fā)射監(jiān)測儀工作原理

        根據(jù)施工技術(shù)條件,選擇試驗采場區(qū)域范圍,然后在試驗區(qū)域范圍內(nèi)第一次進行聲發(fā)射試驗,監(jiān)測巖體工程穩(wěn)定性;根據(jù)回采區(qū)域特征和測試巖體聲發(fā)射結(jié)果,設(shè)計進路式回采巷道,待進路回采巷道形成后,進行第二次聲發(fā)射試驗,監(jiān)測礦柱巖體與進路頂板的穩(wěn)定性;根據(jù)聲發(fā)射監(jiān)測結(jié)果,設(shè)計巷道刷擴斷面,斷面刷擴完畢后,進行第三次聲發(fā)射試驗,監(jiān)測礦柱巖體與進路頂板的穩(wěn)定性;工程試驗完成后,迅速對回采區(qū)域進行接頂充填。根據(jù)以上監(jiān)測結(jié)果,試驗得出合理回采斷面尺寸,確保底柱安全高效回采。監(jiān)測順序如圖3所示。

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        圖3 監(jiān)測順序

        4 試驗回采區(qū)域選擇

        4.1 試驗回采區(qū)域選擇

        為了避免底柱回采對-305 m以上采場擾動,所選回采區(qū)域必須保證對應(yīng)上方-305 m區(qū)域已回采充填完畢;同時試驗區(qū)域?qū)?yīng)下方的-365 m采場頂柱回采并接頂充填完畢,確保底柱回采是在實體上安全作業(yè)。

        根據(jù)井下目前生產(chǎn)狀態(tài),-305 m底柱Ⅳ號礦體七穿與八穿之間滿足回采的上述兩個基本條件,本次試驗回采區(qū)域即選擇北沿七穿與八穿之間的底柱回采區(qū),前期進行試驗回采區(qū)域的設(shè)計,回采過程中通過監(jiān)測手段預(yù)測,為底柱安全回采提供技術(shù)依據(jù)。

        4.2 試驗技術(shù)方案

        4.2.1 技術(shù)方案

        -305 m底柱Ⅳ號礦體七穿與八穿之間對應(yīng)-305 m的6417,6418采場,對應(yīng)-365 m為7417,7418,7419采場,以上回采采場均采用點柱式上向水平分層充填法,因此底柱回采區(qū)域內(nèi)存在以下幾個問題:

        (1) 對應(yīng)-365 m為7417,7418,7419采場回采過程中可能存在采場頂部充填后未完全接頂;

        (3) 進路采礦法回采底柱過程中,不能達到較好充填接頂效果。

        根據(jù)上述存在的問題,最終選擇間隔條柱式進路充填法(如圖4所示)。

        圖4 底柱回采方案

        4.3 試驗監(jiān)測方案

        本方案間隔進路式回采過程中,地壓顯現(xiàn)最突出的位置為:

        (1) 回采進路頂板容易產(chǎn)生下沉或者冒頂?shù)牟课唬?/p>

        (2) 預(yù)留條柱容易發(fā)生失穩(wěn),不足以支撐上部巖體。為了預(yù)報進路式采礦安全及時準確,試驗過程中選擇進路的頂板與兩邦作為試驗監(jiān)測的測點部位(見圖5)。

        圖5 探孔布置剖面圖

        4.4 試驗監(jiān)測結(jié)果分析

        進路回采前和回采中聲發(fā)射監(jiān)測結(jié)果見表1~表4。

        表1 回采前穿脈巷道聲波監(jiān)測

        表2 進路回采時聲發(fā)射監(jiān)測

        表3 進路刷擴時聲發(fā)射監(jiān)測

        表4 進路充填后沿脈聲發(fā)射監(jiān)測

        由表1~表4可知,回采前后巖音監(jiān)測無明顯的變化,基本無大事件概率,按照目前設(shè)計的要求,采用間隔條柱式進路充填法基本能滿足現(xiàn)場實際生產(chǎn)的需要。

        5 結(jié) 論

        (1) 銅綠山礦過度開發(fā)資源,導(dǎo)致目前可采資源量較少,深部礦體儲量及品位急劇下降,難以滿足礦山開采任務(wù)。因此,必須加強端部和零星礦體探礦以及加大殘礦與底柱礦體的回采。

        (2) 根據(jù)底柱礦體的保有儲量,決定回采底柱礦體,然而底柱礦體工程地質(zhì)條件復(fù)雜,回采難度大,提出了進路充填法配合巖體聲發(fā)射監(jiān)控圍巖的方法以便安全開采底柱,并對底柱回采方案進行了設(shè)計。

        (3) 采用巖體聲發(fā)射監(jiān)測儀進行回采前穿脈巷道、進路回采時、進路擴刷時、進路充填后的聲發(fā)射監(jiān)測,結(jié)果顯示巖音監(jiān)測無明顯變化,基本無大事件發(fā)生,可以安全回采底柱礦體。

        2017 ̄08 ̄15)

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