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1、上向分层胶结充填采矿法在侯庄矿区的应用第28卷第3期2006年6月山东Shandong冶金MetallurgyV01.28.No.3June2006?生产技术?上向分层胶结充填采矿法在侯庄矿区的应用赵勇1,张花,张兆林,林永新(1山东金岭铁矿,山东淄博255081;2中南大学,湖南长沙410083)摘要:根据侯庄矿床一160m水平以上矿体赋存条件及地表不允许塌陷的状况,提出了一步房,二步房上向分层胶结充填采矿法,一步房胶固粉尾砂胶结充填,二步房尾砂充填.胶结充填采矿法安全性好,回采率高,为矿山技术进步,提高经济效益起到了积极作用.关键词:采矿方法;胶结充填;尾砂;回采中图分类号:TD853.3
2、4”3文献标识码:B文章编号:1004-4620(2oo6)030037031概况侯庄矿区是山东金铃铁矿下属的地下金属矿山之一,1992年建成投产,年设计生产能力5O万t.侯庄矿床赋存于奥陶系马家沟组石灰岩与中生代燕山期闪长岩及矽卡岩接触带上,热液接触交代矽卡岩型磁铁矿,矿岩界限清楚,产状与形态受接触带控制.上盘为结晶灰岩,裂隙发育,稳定性较好,普氏硬度系数810;下盘绝大部分为厚度不一的透辉石,石榴子矽卡岩和闪长岩,裂隙发育,普氏硬度系数81O.矿床基岩以上普遍分布有厚100多米的第四系地层,第四系表土层中含有大量的地下水,是地面村庄,农田和工业区用水的主要水源,不允许被破坏.现一160m一
3、340m水平已基本采完,需对一160m以上矿体进行回采.因一160m以上矿体产状,赋存条件不同于一160m水平以下矿体,需研究应用新的采矿方法.2采矿方法的选择与应用收稿日期:20060228作者简介:赵勇(1980一),男,山东淄博人,2003年毕业于山东理工大学采矿工程专业.现为山东金岭铁矿侯庄分矿技术组助理工程师,从事采矿技术工作.2.1采矿方法的选择胶结充填采矿法的选择主要考虑三方面因素:(1)侯庄矿区一160m水平以上矿体厚度多在38m,倾角多为030.,属于缓倾斜中厚矿体,离地表距离130180m,矿岩稳固性差,且矿体部分区域直接与第四系接触i1】.根据一160m水平以上矿体产状及
4、其与地表的关系,要求采空区不允许塌陷.现有采矿方法已不适宜一160m水平以上矿体的开采21,见表1.根据矿床地赋存状况,考虑到矿山的长远发展趋势,并结合现有的采矿方法和采矿工艺,提出选用一步房胶固粉尾砂胶结充填,二步房尾砂充填的上向水平分层胶结充填采矿法.该采矿方法实质是预控顶房柱法,上向分层胶结充填法的组合式采矿法,采用了预控顶房柱法的采准布置,顶板处理方法,上向分层充填法的落矿工艺,出矿工艺和空区处理方法.(2)矿山每年生产尾矿35万t,都排放到铁山矿区的尾矿库原铁山露天矿坑,经过几十年的尾砂排放,尾矿库已堆积了600万t的尾砂,尾矿坝也已不堪重负,并对铁山矿区深部开采造成一定威胁,因此急
5、需缓解尾矿坝的压力.(3)由于矿产资源属于不可再生资源,随着市场经济的发展和矿产资源的减少,提高矿产资源的回参考文献:国防工业出版社,1993.1】舒雄鹰.焦炉煤气集气管压力控制系统J.矿冶,2001,(6):3】李仁厚.智能控制理论和方法M.西安:西安电子科技大学出版7881.社,1999.2】李友善,等.模糊控制理论及其在过程控制中的应用M】.西安:PressureFuzzyControlSystemsforSeveralCokeOvensGasCollectorsKANGChunqing,YUZhen-dong,LIUChenghui(TheCokingPlantofJinanIrona
6、ndSteelCo.,Ltd.,Jinan250101.China)Abst咖t:Accordingtothecharacteristicsofmultipleloops.closecoupling,nonlinearandchangedparameterswithtimeinseveralcokeovencollectorpressurecontrolsystems,anewcontrolmethodbasedonthefuzzycontroltheoryareadoptedwiththecomputertechnology,solvingproblemofcollectorpressure
7、stabilitycontrolforseveralcokeovenwithclosecouplingcharacteristics.Therunningresultsshowthatthecon.trolmethodisstableandreliableandispronetooperation.K何:cokeovengascollector,pressure;fuzzycontrol372006年6月山东冶金第28卷表1采矿方法简表采率,延长矿山服务年限已成为目前矿山可持续发展的重要手段.2-2上向水平分层充填采矿方法的应用在设计初期,采用Drucker-Prager(DP)模型对矿石,围
8、岩及第四系黄土进行了单元模拟研究,并通过ANSYS弹塑性非线性有限元法计算了不同房柱尺寸下矿体在开挖过程中发生的非线性变形特征及塑性区分布,同时进行了全尾胶结充填的强度试验I3.通过实验和计算,确定了合理的矿房参数.2.2.1采切布置一160m水平以上矿体矿房布置:一步房二步房间隔布置,一步房房宽1215m,二步房房宽2025m;每个矿房分别沿上盘布置一条切割上山作为回采自由面,切割上山兼作通风上山和充填井;在矿房下盘布置人行井,兼作泄水通道;矿房水平分层高度68m,每一分层水平布置脉外出矿2-2-2回采工艺回采顺序:先回采一步房(充填后作为矿柱),一步房采完并进行充填后再回采二步房,一步房,
9、二步房都自下而上逐层进行回采.一步房,二步房回采时,先沿切割上山作为自由面采出切顶层,高度为2.5m,切顶时要将上盘矿石采净,露出灰岩顶板,且尽量不破坏灰岩顶板.在切顶过程中根据各采区顶板情况留设点柱对顶板进行支护,采出切顶层后根据上盘灰岩顶板稳固情况进行护顶(锚杆支护,喷锚网联合支护).上盘护顶工作结束后,从上盘开始向下逐层回采本分层矿石.当回采到分层水平顶部时,顶部炮孔平行布置,进行光面爆破,以保证采场顶板尽量平整,稳固,同时对矿石顶板进行处理和支护(锚杆,锚索支护或喷锚联合支护)(见图1).本分层的凿岩爆破,出矿,护顶和充填完成后,既可转到上一层,回采时采用后退式回采.巷道和溜井.2.2
10、.3充填工艺矿区的充填系统主要设在东风井/水平分层四,室分层三:毒霪,;I,/1水平分层二,i主嚣嚣i翼水砂比1:5胶充体溜井水平分层一图1回采工艺示意图地表,充填尾砂由矿石车运输:矿区鲁选矿厂,一甩砂并经铲车铲运至尾砂仓.充填系统工艺流程见图2.充填顺序:按矿房回采顺序进行充填,矿房每一分层回采完毕后即可进行充填.充填前先做好采空区的密闭工作,在分层水平采场的各个出口设密闭墙,密闭墙采用砖,混凝土砌筑,内附12层麻袋片或蚊帐布,密闭墙的四周用水泥砂浆抹缝,以防跑浆,漏浆;采场中部架设滤水笼,作为滤水通道,以增加滤水效果;同时,为了防止进路泄水,在密闭墙外24m处设一挡墙,高约0.5m;为防止
11、泄水进入溜井,各分层水平的溜井上口用混凝土墙挡好.充填时,分层下部按一步房l:8胶固粉尾砂胶结充填,二步房尾砂充填;分层上部预留0.81.Om按照胶固粉38图2充填系统流程示意图尾砂比1:5的比例进行铺面,作为回采上一分层的工作平台,为向上回采创造良好的出矿条件.充填后,需养护7一l0天,等平台凝固后方可继续向上回赵勇等上向分层胶结充填采矿法在侯庄矿区的应用2006年第3期采(见图3)./水平分层匹,:,层:c0J堂矿甚措,i蓼滤_布_l/一17J-水平分层二点1/一,闸阀溜一,水砂比1:5胶充体井水平分层一,图3胶充工艺示意图胶结充填料的配比和需求量计算:参考类似矿山经验,根据充填材料实际情
12、况,设计充填砂浆浓度为0.6,胶固粉和尾砂配比取1:8,即每方充填浆料中胶固粉用量为129kg,尾砂用量为1032kg,用水量为774kg.形成充填体后,每立方充填体中的胶固粉用量为161kg,尾砂用量为1288kg,用水量为481kg.28天胶结强度可接近3MPa.充填参数如下:充填能力40m3/h,充填浓度60%一68%,胶固粉1.8t/h,尾砂l4.4t/h.2-2.3支护技术在回采过程中,采区的上盘和矿石顶板支护尤为重要,即要进行预控顶.矿房回采初期,沿采区切割上山切顶工作结束后,除留设点柱对顶板支护外,对局部破碎带可随时进行锚杆(锚索)支护,喷锚网联合支护.当回采到水平分层顶板时,要
13、进行光面爆破,同时对矿石顶板进行锚杆(锚索),喷锚联网联合支护(预控顶),以保证施工的安全.根据矿区矿体,岩体的物理力学性质及地质条件,经分析计算决定采用12mm的树脂锚杆为主,长度不小于2m,网度lmlm,特别破碎处采用锚网支护,金属网度200400mm,钢筋6mm以上.3胶结充填采矿方法优点和经济效益(1)该采矿法由于及时充填采空区,有效地控制围岩地压,解决了地表塌陷问题,保护了第四系地下水(地表村庄饮用水,农田灌溉水)不被破坏,防止了第四系地下水进入井下采场,保证了矿山的安全生产.(2)胶结充填采矿方法在矿山的使用,提高了矿石的回采率,回采率由70%提高到93%以上.(3)侯庄矿区在使用
14、该采矿方法时,通过提高分层高度和房柱合理布置,减少了采准工程量,降低了采矿成本,提高了劳动效率.(4)经济效益:一160m水平以上现有地质储量184万t,按以前房柱法回采(回采率70%),可回采矿石128.8万t;如按胶结充填采矿法回采(回采率可达到93%),可回采矿石171.12万t,这样可多回采矿石42.32万t.按矿石单价300元/t,胶结充填成本l8元/t计算,可增加经济效益9615.84万元.(5)采用尾砂作为充填材料既有充足的材料来源,又缓解了尾砂坝的压力,在环境保护方面也起到了良好的作用,做到了地下矿产资源开发与环境保护的和谐统一.(6)胶充采矿方法在侯庄矿区的试验和应用成功,为
15、将来采空区矿柱的回采提供了经验,可以做到充分回收矿产资源,减少了资源损失.(7)胶结充填采矿法作为一种高回采率的采矿方法将会成为矿山可持发展逐步选用的采矿方法.参考文献:【1张春方,等.山东金岭铁矿侯庄矿区一160m水平以上矿体回采初步设计IR.淄博:化学工业部连云港设计研究院齐鲁分院,2004.【2谢世俊,等.采矿手册【M.北京:冶金工业出版社,1990.【3王剑波,等.金岭铁矿侯庄矿区一160m以上矿体开采方法,结构参数及安全控制研究【R.青岛:青岛理工大学矿业工程研究所,2004ApplicationofUpwardsLaminationStoping-cementedFillMetho
16、datHouzhuangMiningAreaZHAOYong,ZHANGHua,ZHANGZhaolin.LINYongxin(1ShandongJinlingIronMine,Zibo250041,China;2CentralSouthUniversity,Changsha410083,China)/)gtrlllJt:AccordingtooccurrenceconditionoforebodyofHouzhuangoredepositat一160mlevelaboveandthesurfacedonotalloweavesin,firststepofroom,secondstepofro
17、omupwardslaminationstoping-eementedfillmethodisbroughtup.Thefirststepofroomcementedfillswitheementitiousmaterialandtails,secondstepofroomfillswithtails.Thesecurityofthestopingcementedfillmethodisgoodandtherateofextractionishigh.Ithasmadethecontributionformineintechnicalprogressandimprovingeconomicbenefits.Keywords.miningmethod;cementedfilling;tailing;stoping39
