冬瓜山銅礦隔離礦柱開采方法及穩(wěn)定性分析

汪洪濤 隋少飛

(銅陵有色金屬集團股份有限公司冬瓜山銅礦)

冬瓜山銅礦是我國深井開采的代表礦山之一，礦區(qū)礦體厚大且圍巖穩(wěn)固，開采過程中出現(xiàn)巖爆等現(xiàn)象。針對礦區(qū)的開采條件，采用預留隔離礦柱的分礦房礦柱階段空場法嗣后充填法開采［1-7］，礦房膠結充填，礦柱非膠結充填，待礦房和礦柱回采完后再回采隔離礦柱。隨著資源的進一步消耗，隔離礦柱成為開采對象;但是開采隔離礦柱時，由于開采深度達1 000 m左右，地壓現(xiàn)象凸顯，開拓巷道掘進時出現(xiàn)冒頂片幫現(xiàn)象及巖石壓裂的聲音。鑒于此，研究采用何種開采方法實現(xiàn)安全高效地回采隔離礦柱及確定其相應的結構參數(shù)成為必要。

1 冬瓜山銅礦開采技術條件

冬瓜山礦區(qū)是我國開采深度達1 000 m以上的銅礦床，儲量達9 546萬t。50#～58#勘探線內礦體范圍為首采區(qū)，本礦段走向上長度為400 m，寬平均為380 m，真厚度為38.1 m，礦體厚度大于50 m時采用隔2～3個盤區(qū)回采1個盤區(qū)的方式，中厚礦體開采為隔1個盤區(qū)回采1個盤區(qū)，礦房先開采，再采礦柱，礦房膠結充填，礦柱非膠結充填，預留隔離礦柱的分礦房礦柱階段空場法嗣后充填(見圖1)。第三盤區(qū)為垂直走向劃分采場，采場分礦房礦柱，礦房、礦柱長82 m，寬為18 m。預留盤區(qū)間隔離礦柱的長度是礦體的寬度，大概為350～420 m，寬度18 m。

圖1 預留隔離礦柱的分礦房礦柱階段空場嗣后充填法

2 隔離礦柱開采方法選擇

2.1 隔離礦柱開采方法選擇依據(jù)

隔離礦柱開采方案的選擇要考慮的因素很多，包含安全程度、回收率、貧化率、開采成本等。綜合各種開采技術條件，總結出冬瓜山礦隔離礦柱的開采方案選擇應遵循下面幾點:①開采結構參數(shù)的合理性;②開采能力的大小，開采效率的高低;③爆炸沖擊力的大小，對高階段充填體的破壞程度;④貧化損失率的范圍，開采效益的高低;⑤地壓控制與管理難易程度。

2.2 采礦方法

隔離礦柱寬度為18 m，長度為礦體水平厚度，大概在300～420 m，兩側為高階段膠結尾砂充填體。為了發(fā)揮冬瓜山銅礦無軌大型深孔鑿巖設備的優(yōu)點，提升開采效率，保護環(huán)境及控制地壓，規(guī)定隔離礦柱用大直徑深孔嗣后充填法開采，多個采場同時開采，嗣后一次全尾膠結填充采空區(qū)，隔離礦柱開采方法如圖2所示。

2.3 采切工程

采切工程盡量利用以前布置在隔離礦柱里的采準工程，鑿巖硐室采用以前的采準工程內的上部采準平巷、聯(lián)絡道，鑿巖硐室內留部分礦柱支撐硐室頂板。出礦進路利用以前隔離礦柱里的穿脈，采用V形塹溝集礦，施工V形塹溝的中深孔炮孔排距為1.8～2 m。

圖2 大直徑深孔嗣后充填法方案

2.4 回采作業(yè)

采用T－150潛孔鉆機鉆鑿下向深孔，炮孔直徑為165 mm，炮排距×孔間距為3 m×3 m，邊孔參數(shù)為2 m×2 m，每次崩礦長度是8 m左右。采用V型塹溝集礦，經振動放礦機落礦至礦車，然后到主溜井。回采完采用全尾膠結充填。

3 采場結構參數(shù)優(yōu)化

3.1 回采作業(yè)

根據(jù)冬瓜山銅礦隔離礦柱深井開采技術條件，選擇3種采場結構參數(shù)進行優(yōu)化選擇:方案一為采場寬14 m，長32 m，永久礦柱厚4 m;方案二為采場寬14 m，長28 m，永久礦柱厚4 m;方案三為采場寬12 m，長30 m，永久礦柱厚5 m。

3.2 數(shù)值計算與結果分析

采用MIDAS/GTS建模，然后導入FLAC3D進行數(shù)值計算，在計算結果內剖選各方案54#勘探線的最大主應力、最小主應力、最大位移和塑性區(qū)計算云圖，如圖3～圖8所示。

圖3 方案一下54#勘探線內隔離礦柱最大主應力

計算結果表明:①隨著采場的回采，頂板與兩邊礦體呈現(xiàn)應力集中。從最大主應力的計算結果可知，當采場長度越長，采場寬度越大時，圍巖里面的最大主應力越大。采場的長度為28 m、寬度為14 m時最大主應力最小，數(shù)值是40.19 MPa;采場的長度是32 m、寬是14 m時最大主應力最大，數(shù)值是40.24 MPa。②采場永久礦柱厚度由4 m增加至5 m時，圍巖拉應力值明顯降低，降低到1 MPa上下。③隨著回采的進行，頂板發(fā)生較大的位移，采場的長度為32 m，寬度為14 m時垂直位移最大，數(shù)值是26.3 cm，安全性最差。④當采場寬是14 m，長是32 m，永久礦柱厚度是4 m時，采場塑性區(qū)范圍最大;當采場寬是14 m，長是28 m，永久礦柱厚度是4 m時，采場塑性區(qū)范圍最小，此組參數(shù)被定為隔離礦柱的最終采場結構參數(shù)。

4 結論

(1)為了發(fā)揮冬瓜山銅礦無軌大型深孔鑿巖設備的優(yōu)點，提升開采效率，保護環(huán)境及控制地壓，規(guī)定隔離礦柱用大直徑深孔嗣后充填法開采，多個采場同時開采，嗣后一次全尾膠結填充采空區(qū)。

(2)通過數(shù)值計算軟件模擬3種不同的采場結構參數(shù)，分析采場的穩(wěn)定性。當采場寬是14 m，長是28 m，永久礦柱厚度是4 m時，最大主應力、采場塑性區(qū)范圍最小，此組參數(shù)定為隔離礦柱的最終采場結構參數(shù)。

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