水平分層充填采礦法采場接頂充填方案探討

王超佩，張紫陽

（西藏華泰龍礦業(yè)開發(fā)有限公司，西藏 拉薩 850200）

我國某采礦企業(yè)，其就有一個以銅礦為主的聯(lián)合開采礦山。目前，該礦山生產(chǎn)中段已經(jīng)達到了-270m水平，在實際工作開展中，對兩步回采的上向分層填充發(fā)進行應(yīng)用。即先進行采礦柱的處理，在做好砂交接充填處理后，回到采礦房進行非膠結(jié)充填處理。受到充填質(zhì)量以及采場不布置等方面因素的影響，在-270m區(qū)域，在第一步礦柱方面大多數(shù)沒有進行接頂處理，該種情況的存在，則使得二步礦房在后續(xù)回采安全性方面受到了較大的影響，在部分區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)了局部冒頂以及片幫等問題。為了保證實際生產(chǎn)當(dāng)中礦房中下段在回采當(dāng)中具有較好的安全性，即需要能夠?qū)禹斍闆r進行細致的分析、研究與調(diào)查，在此基礎(chǔ)上開展補充接頂方案設(shè)計，通過該措施的應(yīng)用實現(xiàn)充填體支撐能力的提升，在實現(xiàn)地壓規(guī)模良好控制的基礎(chǔ)上為后續(xù)回采工作的安全開展打下良好的基礎(chǔ)[1]。

1 開采現(xiàn)狀

在該礦場，其在地下開采已經(jīng)達到-270m地段，在實際施工中通過兩步回采以及水平分層充填采礦法進行處理，通過兩步回采工藝以垂直交替的方式對礦柱以及礦房進行布置。在水方面，設(shè)計階段高度40m，控頂高度6m，分4層方式回采。

開采技術(shù)方面，因該區(qū)域為合格的硫精礦，無法作為充填骨料進行應(yīng)用。對此，該區(qū)域通過長江砂應(yīng)用為充填骨料，使用普通的硅鹽酸水泥作為膠凝材料，保證交接充填的質(zhì)量濃度在65%左右，充填質(zhì)量配置比為1：5。具體生產(chǎn)流程即先通過鏟運機將處于地表堆場的砂材料運輸?shù)脚P式砂倉當(dāng)中，在其底部位置的放砂漏斗防置皮帶運輸機之上，在經(jīng)過振動方式將其中的大塊剔出后運輸?shù)椒€(wěn)料漏斗當(dāng)中，并通過但螺旋輸送機械設(shè)備的應(yīng)用將其實現(xiàn)對攪拌桶的運輸。散裝水泥方面，則通過處于水泥倉底部的螺栓輸送機將其運送到同一個攪拌桶當(dāng)中，在經(jīng)過向其中加入水之后形成合格的充填料漿，并通過充填管道以及鉆孔的應(yīng)用將運輸?shù)讲蓤鰧崿F(xiàn)膠結(jié)充填處理[2]。

回采以及充填方面，根據(jù)回采順序優(yōu)化原則以及現(xiàn)有采場的劃分情況，可以將該采場分為9個盤區(qū)，其中，1、2盤區(qū)已經(jīng)完成回采以及充填處理，而3-9盤區(qū)還沒有完成回采。從具體的充填工作開展效果看來，在3號盤區(qū)當(dāng)中，其中的三分層存在20mm的斷壁裂縫情況，而在6號盤區(qū)的部分區(qū)域存在冒落情況，而對于其余膠結(jié)充填采場，還存在沒有接頂?shù)那闆r，其具體高度在1m～2m之間?？紤]到新橋曠具有較大的水平開采面積，目前大面積未接采場情況的存在，將對后續(xù)回采工作的開展產(chǎn)生較大的安全隱患，即需要能夠通過科學(xué)分析、計算方式的應(yīng)用在保障安全的基礎(chǔ)上盡可能的對接頂工程力量進行減少，以此為基礎(chǔ)對接頂采場的位置以及數(shù)目進行確定，并聯(lián)系實際選擇科學(xué)的補充接頂設(shè)計施工方式，以此對后續(xù)回采工作開展的安全性進行提升。

2 方案數(shù)值模擬

2.1 建立模型

根據(jù)ANSYS對三維有限元力學(xué)模型進行分析，為了能夠便于實際計算，則將對模型介質(zhì)進行一定的簡化處理，使其成為由灰?guī)r、礦體以及充填體這幾部分組成的模型。同時，通過計算的方式對-270m水平采場在完全完成回采時的補充接頂方案的頂板穩(wěn)定性進行比較，在此級基礎(chǔ)上優(yōu)化選擇補充接頂方案。在該方案中，將部分盤區(qū)礦柱作為盤區(qū)礦區(qū)保留不進行回采，其余采場保證空頂高度2m。為了能夠?qū)χС械V柱、采場頂板在實際回采當(dāng)中的應(yīng)力變化規(guī)律進行確定，以此對礦體在實際回采當(dāng)中的最優(yōu)接頂方案進行確定，在此過程但那個中對彈塑性有限元數(shù)值分析法進行了使用，在對新橋礦實際回采情況相結(jié)合的基礎(chǔ)上對施工當(dāng)中的經(jīng)濟要求以及計算精度進行綜合考慮，實現(xiàn)對數(shù)值模型劃分原則的確定[3]。

第一，根據(jù)礦巖特性、回采過程、采空區(qū)狀況以及礦體的產(chǎn)狀為基礎(chǔ)進行模擬計算，并對采場的巖體特性、采空區(qū)形狀以及采場結(jié)構(gòu)等進行標(biāo)準(zhǔn)化以及簡化處理，以此對實際計算當(dāng)中的需求進行滿足；第二，按照5m為間隔劃分開采范圍，其余區(qū)域則以自由單元方式進行劃分[3]。

2.2 約束條件

在實際載荷計算當(dāng)中，其不會隨著單元的方向變化而變化，在整個過程當(dāng)中始終具有其最初方向的保持。其中，表面荷載將始終在變形單元的表面方向形成作用，能夠?qū)崿F(xiàn)跟隨力的一種模擬，其具體數(shù)值通過上覆巖體的自重相等。同時，在采動影響范圍方面，其具有優(yōu)先的特征，在同采場近距離較遠的區(qū)域，巖體則將具有較小的位移值，而當(dāng)計算模型具有足夠大尺寸時，買模型邊界位置處的位移則可以視為0。

2.3 模擬結(jié)果分析

在該環(huán)節(jié)中，即從壓應(yīng)力破壞區(qū)域、安全系數(shù)以及拉應(yīng)力這幾方面進行分析，通過全面分析為補充接頂方案的合理選擇提供依據(jù)。在本方案當(dāng)中，對盤區(qū)礦柱進行了留設(shè)，將采空區(qū)實現(xiàn)對兩個相互之間獨立分區(qū)的劃分，以此對大面積采空區(qū)的跨落風(fēng)險進行降低。其具體接頂措施，即將部分盤區(qū)礦柱不進行回采，并在其余采場全部充填完成后，根據(jù)后續(xù)的監(jiān)測低壓情況確定是否進行回收處理。而對于還沒有開始回采、或者回采工作沒有完成的采場，則需要提前做好準(zhǔn)備，以此實現(xiàn)接頂充填質(zhì)量的提升。

3 充填方案設(shè)計

在該方案當(dāng)中，因在實際處理當(dāng)中在采場的回采、充填進度方面存在差異，在該方案當(dāng)中，實際上將接頂充填分為了兩個部分，即未采完采場以及已采充填采場的接頂充填方案。而在實際生產(chǎn)活動開展中，為了能夠?qū)Π踩Ｕ隙冗M行進一步的提升，不僅需要能夠以高質(zhì)量的方式對方案當(dāng)中所確定的采場接頂工作進行完成，對于其余沒有采完的采場，也需要通過對應(yīng)措施的應(yīng)用實現(xiàn)接頂率的提升。同時，為了避免未采、正處于回采的采場出現(xiàn)新的未接頂情況而對二次補充接頂工程量進行添加，即需要對這部分采場優(yōu)先設(shè)計接頂方案以及施工[4]。

4 結(jié)語

在上文中，我們以某礦區(qū)為例對水平分層充填采礦法采場接頂充填方案進行了一定的研究，獲得了較好的研究效果。在類似工作開展中，可以以此為借鑒做好方案的設(shè)計，不斷優(yōu)化工作開展效果。

[1]卿黎,楊永盛,梁志強．基于蒙特卡洛法的采場結(jié)構(gòu)可靠性研究[J]．甘肅科學(xué)學(xué)報．2017(01)

[2]李偉明．大型采場底部結(jié)構(gòu)布置形式研究[J]．礦業(yè)研究與開發(fā)．2016(12)

[3]趙暢儒．分段采礦法采場穩(wěn)定性的分析[J]．黑龍江科技信息．2017(11)

[4]葉樹學(xué),陶磊,胡京濤．采場跨度優(yōu)化數(shù)值模擬研究[J]．采礦技術(shù)．2017(03)