程潮礦業(yè)崩落法與充填法過(guò)渡區(qū)域開(kāi)采技術(shù)研究

梁萬(wàn) 王西兵

【摘? 要】介紹了程潮礦業(yè)由無(wú)底柱分段崩落法向充填法過(guò)渡，對(duì)過(guò)渡區(qū)域通過(guò)開(kāi)展技術(shù)研究，確定了隔離礦柱參數(shù)，確保安全順利完成采礦方法過(guò)渡。

【關(guān)鍵詞】過(guò)渡;崩落法;充填法;隔離礦柱

引言

程潮鐵礦以15#勘探線為界劃分為東部和西部?jī)蓚€(gè)礦區(qū)。東部范圍為東起攔洪壩、西至公路邊搬運(yùn)站長(zhǎng)約400m。東區(qū)自1969年投產(chǎn)以來(lái)，已生產(chǎn)50年，采用無(wú)底柱分段崩落法開(kāi)采，地表出現(xiàn)大范圍開(kāi)裂。西區(qū)地表范圍，有選礦廠和居民區(qū)。

因此充填法開(kāi)采將會(huì)成為日后礦山開(kāi)采的主流方法。但一次使用充填法完全取代崩落法是不實(shí)際的，因此從崩落法到充填法的過(guò)渡階段研究顯得尤為重要，進(jìn)行崩落法與充填法聯(lián)合開(kāi)采的研究具有重要的意義。

1.開(kāi)采范圍

1.1開(kāi)采礦體

開(kāi)采礦體位于-430m～-500m水平的5#～49#勘探線之間的礦體，主要包含Ⅲ號(hào)礦體，Ⅴ號(hào)礦體，Ⅵ號(hào)礦體，根據(jù)礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀和勘探工程的布置，設(shè)計(jì)儲(chǔ)量計(jì)算采用水平平行斷面法，儲(chǔ)量約1564萬(wàn)t;儲(chǔ)量分布見(jiàn)下表1。

1.2充填法與崩落法開(kāi)采區(qū)域界線的劃分

程潮礦業(yè)東區(qū)礦體與西區(qū)礦體（以15#勘探線為界）在-430水平相連，如果沿用無(wú)底柱分段崩落法開(kāi)采至-500m水平，地表移動(dòng)區(qū)域?qū)?huì)覆蓋選礦廠等地表重要構(gòu)筑物，為了保護(hù)西區(qū)地表選礦廠的建構(gòu)筑物，西區(qū)-430水平以下采用充填法，東區(qū)繼續(xù)沿用無(wú)底柱分段崩落法開(kāi)采。為保證無(wú)底柱分段崩落法和充填法開(kāi)采互不影響，需在無(wú)底柱分段崩落法開(kāi)采區(qū)與充填法開(kāi)采區(qū)之間預(yù)留隔離礦柱。

根據(jù)回采方式的不同，預(yù)留隔離柱有所不同。當(dāng)充填法由15#勘探線向西回采時(shí)，只需在緊鄰-430水平以下的位置留水平隔離頂柱，如圖1所示;當(dāng)充填法由西向15#勘探線回采時(shí)，需要在緊鄰-430m水平以下的位置留水平隔離頂柱，并在15#勘探線附近留垂直保護(hù)礦柱，如圖2所示。在兩種隔離礦柱中，水平方向隔離礦柱的穩(wěn)定性主要與厚度有關(guān)，垂直方向隔離礦柱除與厚度有關(guān)系外還與巖石的移動(dòng)角有關(guān)。

垂直保護(hù)礦柱中的移動(dòng)角與地質(zhì)條件有關(guān)，根據(jù)程潮礦業(yè)與科研院校在巖石移動(dòng)機(jī)理研究和移動(dòng)角實(shí)測(cè)的大量工作，可以得出以下結(jié)論：

程潮礦業(yè)東區(qū)1#、2#礦體地表監(jiān)測(cè)網(wǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果：移動(dòng)角一般為50°～65°，其中上盤平均為55°，下盤平均為63°。

東區(qū)粘土層及斷層面自然安息角=4～20°，滑移角=47～55°大理巖、角礫巖、閃長(zhǎng)巖的=26～44°，滑移角=58～67°。矽卡巖=26～36°，滑移角=58～63°?；◢弾r=48～62°，滑移角=69～76°，平均58～61.5°

根據(jù)實(shí)際情況，因此采用上盤移動(dòng)角61°、下盤和西端部移動(dòng)角62°圈定開(kāi)采移動(dòng)線。程潮礦業(yè)西區(qū)過(guò)渡區(qū)充填法生產(chǎn)范圍基本位于15#勘探線以西。15#勘探線以東采用崩落法開(kāi)采，在隔離礦柱端部形成62°移動(dòng)角，則垂直保護(hù)礦柱的外表面與水平呈62°夾角。預(yù)留隔離礦柱如下圖。

1.3開(kāi)采順序

采用無(wú)底柱分段崩落法與充填法同時(shí)進(jìn)行開(kāi)采，根據(jù)所選用的采礦方法，充填法在各自劃定范圍內(nèi)自下而上開(kāi)采，無(wú)底柱分段崩落法自上而下開(kāi)采。

2.過(guò)渡區(qū)域隔離礦柱開(kāi)采技術(shù)研究

對(duì)于深部采礦方法轉(zhuǎn)型的礦山，存在著采礦方法過(guò)渡階段，在此期間，上部開(kāi)采的產(chǎn)量逐漸減少，深部的產(chǎn)量逐漸增加，直至上部完全停產(chǎn)，深部達(dá)產(chǎn)。當(dāng)深部的采礦方法為空?qǐng)龇ā⒘舻V法、充填法等采礦方法時(shí)，上部和深部在同一垂直面內(nèi)工作，要求上下部之間要留有一定厚度的隔離礦柱。采用充填采礦法時(shí)，為安全生產(chǎn)，必須在開(kāi)采過(guò)程中留適當(dāng)厚度的隔離礦柱。

所留的隔離礦柱是在充填法開(kāi)采首中段全部完成后再采用無(wú)底柱分段崩落法進(jìn)行回采，保留時(shí)間越長(zhǎng)，回采困難，其回收率相對(duì)較低，且隔離礦柱是進(jìn)行了開(kāi)拓和采準(zhǔn)后的準(zhǔn)采礦量，現(xiàn)將其推后回采，若隔離礦柱厚度過(guò)大，可能會(huì)使礦山采掘失衡，造成資金閑置。若隔離礦柱厚度不夠，將會(huì)在礦體回采時(shí)或空區(qū)充填前破壞，影響回采指標(biāo)和充填效果，甚至造成嚴(yán)重的災(zāi)難事故。因此，必須進(jìn)行深部崩落法轉(zhuǎn)充填采礦法隔離礦柱厚度研究，確定合理有效的隔離礦柱厚度，確保礦山安全順利完成采礦方法過(guò)渡。

2.1垂直保護(hù)礦柱的回采

豎直方向上崩落法向充填法的直接過(guò)渡如圖所示。將崩落法的最后一個(gè)分段作為崩落法轉(zhuǎn)充填法的過(guò)渡層，同時(shí)作為充填法的頂柱。具體回采方案如下：

（1）崩落法回采階段上分段繼續(xù)采用崩落法進(jìn)行回采;

（2）將崩落法回采階段的最后一個(gè)分段作為崩落法轉(zhuǎn)充填法的過(guò)渡層，同時(shí)作為上向水平分層充填法的頂柱;

（3）可同時(shí)對(duì)充填法開(kāi)采階段進(jìn)行回采;

（4）待充填法階段礦石回采充填完成后，再對(duì)其過(guò)渡層礦石采用無(wú)底柱分段崩落法進(jìn)行回收。

（5）崩落法回收過(guò)渡層內(nèi)的殘余礦石待充填法回采完畢后使用淺孔爆破回收。

此種過(guò)渡方法將形成崩落法轉(zhuǎn)充填法兩種采礦方法聯(lián)合開(kāi)采的采場(chǎng)布置。崩落法轉(zhuǎn)充填法開(kāi)采階段過(guò)渡區(qū)域布置方案示意圖如圖3。

這種方法回收進(jìn)行過(guò)渡，采場(chǎng)結(jié)構(gòu)劃分簡(jiǎn)單，可以在不同階段同時(shí)采用崩落法與充填法回收礦石，回收效率高。但過(guò)渡區(qū)礦石采用崩落法回收，回收率較低，貧化率較高，且長(zhǎng)期使用崩落法開(kāi)采的礦山，直接轉(zhuǎn)為充填法開(kāi)采，對(duì)于礦山工程技術(shù)人員提出了更高的要求，需提前進(jìn)行充填法的回采培訓(xùn)。

2.2隔離礦柱穩(wěn)定性分析與幾何參數(shù)確定

隔離礦柱的主要作用是保證充填法采區(qū)的穩(wěn)定，由于隔離礦柱回采一般比較困難，隔離礦柱厚度太大，造成大量礦石滯留;隔離礦柱厚度太小，影響充填法安全回采，因此必須確定合理的隔離礦柱尺寸。

（1）數(shù)值模型的建立。采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄓ晌飨?5#勘探線回采時(shí)，礦塊垂直礦體走向布置，將礦塊沿礦體走向劃分間隔布置的礦房和間柱，采用隔一采一的方式進(jìn)行回采，先采礦房，后采間柱。開(kāi)采中分段少量出礦，礦石崩落完成后階段底部一次出礦，出礦完成后階段充填。因此在回采最后一個(gè)礦房時(shí)垂直保護(hù)礦柱是最不穩(wěn)定的，模型以階段放礦完成后未充填之前的狀態(tài)建立。計(jì)算中，考慮圣維南原理，模型除上向的其他方向各延伸3～5倍礦房寬度。模型尺寸長(zhǎng)×寬×高為100m×100m×130m。建立的數(shù)值模型如圖4所示。在圖4中，垂直隔離保護(hù)柱端部寬度D為20m。