復(fù)雜條件下多層礦體殘礦回采順序研究

復(fù)雜條件下多層礦體殘礦回采順序研究

銅井礦是華錫集團(tuán)的主要采礦通道。經(jīng)過30余年的開采,細(xì)脈帶礦體、91號礦體的開采基本結(jié)束,銅坑礦現(xiàn)主要開采對象為92號礦體。92號礦體原采用空場法回采,大多數(shù)礦柱不能保持穩(wěn)定,礦柱很難處理和回收,盤區(qū)礦柱的穩(wěn)定性也受到很大的破壞,導(dǎo)致礦石資源的大量損失和采空區(qū)冒落事故隱患的產(chǎn)生。為了解決92號礦體開采過程中出現(xiàn)的問題,提高其生產(chǎn)能力,采用安全高效采礦技術(shù)很有必要。在我國,地下金屬礦山連續(xù)大量采礦技術(shù)的研究發(fā)展經(jīng)歷了3個主要階段,即采場振動出礦、采場連續(xù)大量采礦、區(qū)域無間柱連續(xù)大量采礦階段,形成了以振動放礦理論為核心的理論成果,首創(chuàng)了連續(xù)采礦采場運(yùn)搬作業(yè)線,提出了以礦段為回采單元的連續(xù)采礦工藝技術(shù),即“無間柱連續(xù)采礦”技術(shù),并進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn),取得了理論研究和工業(yè)實(shí)踐的成果。本項(xiàng)目系統(tǒng)開展了大范圍隱患區(qū)下不規(guī)則殘留礦體整體崩落回采技術(shù)方案優(yōu)化與采場工程結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)優(yōu)化,束狀孔及等效大孔爆炸應(yīng)力場測試試驗(yàn),覆巖下放礦與貧化損失控制試驗(yàn),多種礦體開采冒落特性研究,采場工業(yè)試驗(yàn)等。1礦地下采區(qū)的地質(zhì)和開采方法1.1研究區(qū)地質(zhì)情況長坡—銅坑礦床位于大廠倒轉(zhuǎn)背斜北東翼次一級橫向背斜及其軸部裂隙帶和層間錯動交匯部位。礦床主要由細(xì)脈帶、91號、92號3大礦體組成。3大礦體為立體重疊產(chǎn)出,從上至下依次為細(xì)脈帶、91號、92號礦體。目前已形成3大礦體同時開采格局,實(shí)際生產(chǎn)能力為7500t/d。由于細(xì)脈帶礦體上部存在火區(qū),同時受到民采的嚴(yán)重破壞,其開采技術(shù)條件十分復(fù)雜。當(dāng)前,細(xì)脈帶和91號礦體開采基本結(jié)束,92號礦體生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大。但仍然形成了多礦體、多中段開采的局面。1.29采場破壞概況開采生產(chǎn)分盤區(qū)進(jìn)行,共有7個盤區(qū),盤區(qū)寬度為90～100m,盤區(qū)礦柱沿南北向勘探線布置,盤區(qū)礦柱寬為20m。盤區(qū)內(nèi)礦塊劃分為礦房和礦柱,沿礦體走向布置。礦房寬為25m、長70～80m、高10～60m;采場生產(chǎn)能力為3000～4000t/d,采用?165、?110mm大孔和?65mm中深孔鑿巖,鏟運(yùn)機(jī)或電耙出礦。銅坑礦92號礦體自2000年開始規(guī)模開采以來,累計(jì)采礦量達(dá)1161萬t、出礦量達(dá)1374萬t、消耗地質(zhì)儲量達(dá)1228萬t,目前已開采至355m水平。由于銅坑礦的采礦生產(chǎn)是從上到下細(xì)脈帶、91號、92號礦體的聯(lián)合開采的格局,開采方法由原來的房柱法到92號礦體的崩落法。由于1999年以來采空區(qū)較少實(shí)施充填,地壓活動頻繁,采場空區(qū)大范圍垮落,特別是與細(xì)脈帶、91號的重疊區(qū)域1、2、3盤區(qū)北部區(qū)域垮落嚴(yán)重,部分采場如T105-106、T110-92號礦柱群、T202-203、R盤區(qū)等區(qū)域更是垮通地表,細(xì)脈帶火燒灰竄入采場,礦體資源回收技術(shù)安全難度大增。92號礦體正在或已完成采礦的采場普遍存在損失率過大、貧化率偏小的問題。92號礦體有較多采場的底部結(jié)構(gòu)局部或全部布置于礦體之中,采場損失率達(dá)到14.2%,貧化率為1.5%。開采初期所保留的房間礦柱幾乎都有不同程度的破壞,安全穩(wěn)定性差,對92號礦體的回采產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。結(jié)構(gòu)參數(shù)不合理:雙側(cè)出礦川的鏟運(yùn)機(jī)平底結(jié)構(gòu),出礦川有效距離僅為6.4m,不能保證鏟運(yùn)機(jī)直線出礦,出礦效率大大降低,殘礦量大,施工質(zhì)量低。從已回采的2、4、5、6、R等盤區(qū)情況看,R盤區(qū)、5盤區(qū)已采礦房發(fā)生了較大范圍的冒落。如前所述,一個原因是由于原設(shè)計(jì)礦柱的尺寸偏小;另外一個主要因素是由于礦房回采后,大多數(shù)的礦柱不能及時處理,出現(xiàn)了一定范圍的塑性變形區(qū)。礦柱破壞的主要形式是礦柱表面的剝落、剪切破壞和與軟弱夾層、節(jié)理等構(gòu)造有關(guān)的破壞類型。92號礦體由于其巖性脆,且裂隙十分發(fā)育,礦柱易產(chǎn)生整體性破碎和倒塌。2采礦順序方案確定銅坑礦3大礦體重疊產(chǎn)出,經(jīng)多年開采,形成了多層重疊的采空區(qū)。其開采特征為多層開采,采區(qū)內(nèi)地應(yīng)力受到多次擾動。模型開挖后的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律及狀態(tài):模型所受水平應(yīng)力較垂直應(yīng)力高。開挖后多個空區(qū)的破壞從下部空區(qū)開始。下部空區(qū)的底板與頂板最先開始塑性破壞,屬于比較典型的冒落—成拱—冒落空區(qū)破壞方式。隨著破壞范圍擴(kuò)大,下部空區(qū)以上的破壞形式發(fā)生了改變。區(qū)域的塑性破壞一般均是在上下空區(qū)間的水平隔板礦柱處發(fā)生,并沿水平X方向與Y方向擴(kuò)展。X方向較Y方向擴(kuò)展的范圍更大一些。這導(dǎo)致隔板及附近空區(qū)圍巖局部破壞,并不發(fā)生大面積的冒落。隨著下部破壞區(qū)的擴(kuò)展,空區(qū)直至貫通模型頂部。同時在上部圍巖中形成垂直的塑性破壞帶,而非在空區(qū)邊幫形成塑性破壞區(qū)。這種先形成水平塑性破壞區(qū),而后發(fā)展垂直的塑性破壞帶的破壞方式,因垂直的塑性破壞帶切割形成大量巖柱,巖柱失穩(wěn)最終導(dǎo)致形成貫通式大量冒落。從礦山目前的開采情況來看,急需處理好現(xiàn)有的采空區(qū),并與礦山回采計(jì)劃整合。為了減少礦體各開采區(qū)域的相互影響,并與現(xiàn)開采系統(tǒng)相適應(yīng),整合回采方案仍以東西、南北向盤區(qū)礦柱為界,分區(qū)域逐步進(jìn)行。根據(jù)上述基本思想并結(jié)合現(xiàn)狀提出如下的回采順序方案:從R采區(qū)往外輻射整合回采方案。即先期以R采區(qū)冒落區(qū)為邊界,分別處理92號礦體西南區(qū)1盤區(qū)、2盤區(qū)的采空區(qū),使該區(qū)域形成整體連續(xù)崩落區(qū),然后再向外輻射。3現(xiàn)場試驗(yàn)采場分層爆破試驗(yàn)整體崩落回采技術(shù)是以大直徑深孔高效率采礦技術(shù)為主導(dǎo)的礦房回采,階段崩落,空區(qū)處理,頂板崩落控制及其相關(guān)工藝在不同的空間和時序上形成一個平行連續(xù)的技術(shù)過程。該工藝技術(shù)可改善井下工人的作業(yè)環(huán)境和工作條件,實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械化、連續(xù)化作業(yè),縮短采場的回采周期,有利于深部地壓的控制和管理,可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高強(qiáng)度的集中強(qiáng)化開采,提高回收率,減少礦產(chǎn)資源的損失浪費(fèi)。試驗(yàn)采場位于銅坑礦92號礦體礦柱群一采區(qū)B采場。作業(yè)主要集中在455m鑿巖水平和386m出礦水平。在455m水平布置鑿巖硐室,鑿下向大直徑束狀深孔,孔徑165mm,炮孔深度47m。在礦柱中布置部分斜孔,炮孔最深54.1m。在鑿巖水平打上向中深孔(?110mm),崩落頂板,聯(lián)通已有空區(qū)。鏟運(yùn)機(jī)出礦塹溝底部結(jié)構(gòu)布置在386m水平。鑿巖水平和出礦水平可平行作業(yè),拉底與鑿巖巷道完成后,鑿下向束狀深孔。爆區(qū)分為礦房(掏槽部分)和礦柱2部分。礦房寬15m,采用束狀孔當(dāng)量球形藥包高分層大量落礦采礦技術(shù)下向崩礦,形成足夠的補(bǔ)償空間后,礦柱與采場頂板在礦房揭頂時同時爆破。試驗(yàn)采場分層爆破6次,揭頂爆破1次,共計(jì)爆破7次。第7次爆破為揭頂爆破,包括南部礦柱、北部礦柱、西部礦柱以及掏槽部分的揭頂層。4采場出礦量試驗(yàn)采場爆破主要技術(shù)參數(shù)見表1。采場束狀孔28束,邊孔18組,孔徑?165mm。炮孔個數(shù)150個,炮孔總深8805.8m,平均孔深46.35m,單位崩礦量30.91t/m。上向中深孔170個,孔徑?100mm,共計(jì)1065.4m,炮孔控礦量1.251845萬t,單位控礦量11.75t/m,共計(jì)控礦量28.47萬t。采場落礦后4.5個月完成出礦,平均生產(chǎn)能力2237t/d。炸藥單耗0.34kg/t,二次炸藥單耗0.04kg/t,大塊率4.7%,貧化率13.5%,損失率9%。5硬巖礦物開采礦石的工針對大范圍隱患區(qū)下殘留礦體開采條件,研究多層礦體開