后和睦山-212.5 m分段開采技術

李代林

(馬鋼集團姑山礦業公司)

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后和睦山-212.5 m分段開采技術

李代林

(馬鋼集團姑山礦業公司)

隨著后和睦山礦體向深部開采，礦石以疏松粉狀為主、穩定性較差，且-200 m以上中段巷道均受地壓影響發生了不同程度的垮塌，影響了礦石回收率。對該礦體進行了地壓活動分析，并對巷道支護方式及回采順序進行了優化，在此基礎上提出了上下盤聯合開采方案，提高了礦石回收率。

深部開采 地壓活動 巷道支護方式 回采順序 上下盤聯合開采

和睦山鐵礦后和睦山礦體賦存于閃長巖與灰巖接觸帶及近接觸帶的灰巖中，礦體厚8～102 m，下盤傾角一般為40°～50°，較陡部位60°～70°。礦石以疏松塊狀、粉狀為主，穩定性較差。采用無底柱分段崩落法采礦，-200 m中段以上脈外巷道布置于礦體下盤延礦體走向方向，進路垂直于礦體走向方向布置，自上盤向下盤方向退采。在實際開采過程中地壓活動頻繁，-100，-150，-200 m中段在開采過程中巷道受地壓作用破壞嚴重，巷道頂板及邊幫均有不同程度的垮塌，致使多條采礦進路掘進工程無法施工，造成礦石回采率較低。隨著該礦向深部開采，無底柱分段崩落法[1-2]開采形成的空區及后和睦山礦段自身松軟破碎的礦巖性質引發的地壓活動將繼續加劇，出礦巷道裂紋、錯動、頂板冒落等情況將進一步加劇，已影響到礦山的安全生產。 為安全高效地回收礦石，提高后和睦山礦段的回采率，有必要對后和睦山礦段采準工程、回采順序、支護方式及地壓活動等進行詳細分析。

1 巷道變形分析

對后和睦山礦段-200 m分段地壓活動監測資料及地表塌陷區的勘查成果(圖1)進行綜合分析，可知受地壓活動影響最明顯的應力反應劇烈部位主要為礦體下盤及礦體中部粉狀礦體部分。該礦原支護方式采用錨網噴支護結構，選用普通樹脂錨桿，規格φ20 mm×1 800 mm，錨桿孔徑φ28 mm，采用1卷快速2350型樹脂藥卷加強錨固，錨桿長度不少于400 mm，錨固力不低于80 kN，托盤采用平面高強度托盤，規格100 mm×100 mm×4 mm(長×寬×高)，間排距900 mm×900 mm，鋼筋網采用φ6.5 mm鋼筋焊接，網孔規格100 mm×100 mm。噴射混凝土強度等級C20，配合比1∶2∶2，摻3%～5%速凝劑，厚100 mm。對于變形巷道采用規格為200 mm×75 mm×9 mm(長×寬×高)的槽鋼制作鋼拱架進行二次支護。在巷道受壓變形時，跨度為3.5 m的軟巖巷道的圍巖松動圈深度達1.5～2.0 m，1.8 m的長錨桿無法保證巷道穩固，巷道整體下沉，托盤易脫落，二次支護鋼拱架在受壓后易變形，且無法進行修復加固。

2 圍巖穩定性與巷道支護方式

2.1 巷道變形與錨桿受力監測

對-200 m水平回收巷道(圖2)、-212.5 m下盤脈外巷及9#～11#進路的錨桿受力監測表明：后和睦山-200，-212.5 m分段水平巷道處于極軟巖地層中，其主要特征是極軟弱、松散和破碎，且軟化與礦體粉化現象顯著，使得圍巖的力學特性顯著降低并伴隨碎脹和膨脹變形，無法實施有效的主動支護，從而無法形成穩定可靠的主動支護，加劇了巷道后期的變形破壞，由于圍巖應力調整和巖體的碎脹和膨脹存在一定的滯后性，從而導致施工錨網噴巷道的錨固體失效。該類因素的相互作用，導致圍巖和支護體完全破壞，失去了結構性和承載力，極易使巷道一次錨噴支護中的部分錨桿被擠出而失效，無法形成完整的支護結構，從而造成巷道圍巖發生失穩垮落。

2.2 支護方案選擇

結合-200 m分段殘礦回收經驗及充分考慮安全、礦石回采成本及施工難易程度等因素。-212.5 m分段礦體下盤巷道及采礦進路采用規格為3 800 mm×3 200 mm的三心拱斷面。經-200 m水平及-212.5 m分段的部分巷道的支護方案為：①采用光面爆破技術減小對圍巖的破壞，每側預留150 mm的變形量，以釋放圍巖的變形能量；②初次錨網噴支護，防止巷道冒頂片幫，保證巷道圍巖的基本穩定，及時封閉圍巖，防止圍巖風化而降低強度，可將圍巖斷面凹凸處噴平，確保巷道成型較好、受力均勻；③對巷道變形部位，在壓力釋放后采用二次支護，二次支護采用預應力讓壓錨桿加鋼筋托梁錨固。初次錨網噴支護，預留適當的變形量，錨桿參數φ20 mm×2 400 mm(圖3)；二次預應力讓壓錨桿支護，錨桿參數φ20 mm×2 400 mm(圖4)。

圖1 -200 m分段與塌陷區疊加(單位:m)

圖2 -200 m分段平面

圖3 初次錨網噴參數(單位：mm)

-212.5 m分段9#、10#、11#進路變形監測結果(圖5)表明：①巷道在3個月內的變形量均小于120 mm；②托盤無脫落現象發生；③巷道未發生整體下沉及坍塌現象。由此可見，本研究提出的支護方式可滿足巷道安全生產要求。

圖4 預應力讓壓錨桿參數(單位：mm)

3 -212.5 m分段采準工程布置及回采順序優化

3.1 采準工程布置

(1)下盤方案。優點在于與溜井、斜坡道等已有實施吻合，利于下盤礦石回收；脈外巷易變形，二次支護量大，分段回采至中后期巷道變形嚴重，造成礦石無法充分回收，中部粉狀礦體進路長且易變形。

(2)上盤方案。優點是脈外巷穩固，回收時間充分；缺點在于不利于下盤礦石充分回收，中部粉礦體進路長且易變形。

(3)上、下盤聯合方案。優點是脈外巷穩固，回收時間充分，有利于下盤礦石回收，出礦面多，易于礦石冒落；但易相對增加工程量。本研究采取上、下盤聯合采礦的采準布置方式由中間向兩側回采。

3.2 回采順序優化

無底柱分段崩落法主要回采順序：①順序回采，由上分層至下分層，由礦體左側至礦體右側的順序回采；②由兩端至中間，由上分層至下分層，由礦體兩端開始，逐步向礦體中部同時回采；③由中間至兩端，由上分層至下分層，由礦體中部開始，逐步向礦體兩端回采。豎向位移分析表明，由中間至兩端的回采方式對進路穩定性的影響最小。故對-212.5 m分段采用上下盤聯合方案進行采準布置、由中間至兩端的回采順序，采場結構參數為12 m×12.5 m(進路間距12 m、分層高度12.5 m)。

4 試驗分析

本研究選擇以初次錨網噴和二次預應力讓壓錨桿為核心的支護體系，采用上下盤聯合方案進行采準布置方式以及由中間至兩端的回采順序。無底柱分段崩落法回采率約80%，目前已對-212.5 m分段9#～11#進路進行了試驗開采，局部回收率已達95%(表1)，表明本研究提出的回采方案成效顯著。

表1 各分段礦石回收情況

5 結 語

針對穩定性較差的后和睦山礦體，對巷道支護方式進行了分析，并對回采順序進行了優化，試驗表明，-212.5 m分段礦石回收效果較理想，對于確保和睦山鐵礦的高產穩產有一定的參考價值。

[1] 魏建海，黃興益，戈 超，等.基于PFC2D的無底柱分段崩落法放礦數值模擬[J].現代礦業，2015(12)：30-31.

[2] 孫文勇，陳星明，王 偉，等.緩傾中厚礦體無底柱分段崩落法下盤殘留礦體合理回采工藝研究[J].金屬礦山，2014(2):12-17.

2016-05-24)

李代林 (1971—)，男，助理工程師，243182 安徽省馬鞍山市當涂縣太白鎮。