巖體發(fā)射器在銅綠山礦底柱回采的應(yīng)用與研究

徐 喜

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅綠山銅鐵礦， 湖北 大冶市 435101)

巖體發(fā)射器在銅綠山礦底柱回采的應(yīng)用與研究

徐 喜

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅綠山銅鐵礦， 湖北 大冶市 435101)

針對銅綠山礦為了回采底柱礦體以解決無礦可采的問題，根據(jù)底柱工程的地質(zhì)條件，選擇間隔條柱式進路充填法進行底柱回采，并采用巖體聲發(fā)射監(jiān)測儀監(jiān)測底柱回采過程中巖體的聲發(fā)射信號，以確保底柱安全高效回采。聲發(fā)射監(jiān)測結(jié)果表明，底柱回采前后巖音監(jiān)測無明顯變化，基本無大事件發(fā)生，該采礦方法可滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要。

采礦方法；巖體發(fā)射器;底柱回采

1 概 述

銅綠山礦井下經(jīng)過幾十年開采，資源量逐年減少。尤其是近幾年來，礦山加快資源開發(fā)戰(zhàn)略，井下采場消失加快。目前，井下采礦已經(jīng)全面轉(zhuǎn)入-425 m中段，大部分采場面積較??；而-485 m中段正在開拓基建，且進度緩慢，前期勘探與現(xiàn)場工程揭露情況表明，深部礦體厚度變薄與井下礦石品位下降趨勢明顯。根據(jù)坑采車間井下生產(chǎn)技術(shù)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，目前井下采場僅有40多個，可采面積大約23000 m2，平均供礦品位在1%左右，面臨700 t/月的開采任務(wù)，井下經(jīng)常遇到無礦可采的困境。

為了提高資源開發(fā)利用效率，緩解井下生產(chǎn)壓力，必須加強井下探礦與礦產(chǎn)利用力度，主要從以下兩個方面著手：一是加強端部和零星礦體探礦，增加地質(zhì)保有儲量；二是通過采礦技術(shù)攻關(guān)，加大殘礦與底柱礦體回收力度。

2 工程地質(zhì)條件

銅綠山礦井下-305 m中段Ⅳ號礦體基本回采結(jié)束，根據(jù)前期地質(zhì)勘探報告與坑探揭露二次工程圈定，Ⅳ號礦體底柱地質(zhì)保有礦量約40萬t。Ⅳ號礦體屬于矽卡巖型的巖漿巖礦床， -305 m中段位于該礦體比較厚大的一部分，礦體銅平均品位1.5%，鐵平均品位36.46%，礦體地質(zhì)條件總體屬于中等穩(wěn)固。礦體圍巖總體上盤大理巖，地質(zhì)條件屬于穩(wěn)固；下盤矽卡巖，地質(zhì)條件屬于中等穩(wěn)固。

工程地質(zhì)條件表明，在沒有開采擾動下，原巖應(yīng)力條件下，-305 m底柱巖體工程屬于中等復(fù)雜，但在礦體回采或者圍巖開挖條件下，巖體擾動比較大，局部地段巖體可能變化較大，巖體可能處于塑性狀態(tài)，甚至一些巖體可能已經(jīng)發(fā)生了破壞；盡管回采區(qū)域內(nèi)已經(jīng)充填，但充填體抗拉與抗剪強度比原巖應(yīng)力小很多。因此，-305 m底柱工程地質(zhì)條件為復(fù)雜型，底柱安全回采難度較大。

由于-305 m底柱工程地質(zhì)條件復(fù)雜,對應(yīng)試驗回采區(qū)域內(nèi)上下均為充填體，且底柱厚度僅8 m，因此崩落法和空場法不適用，必須考慮采用充填法。銅綠山原采用礦普通采礦法—點柱式上向水平分層充填法，回采后形成空場然后充填，也不適合底柱回采。通過分析，認為進路充填法配套巖體發(fā)射監(jiān)控頂邦圍巖是唯一能夠適用于這種復(fù)雜地質(zhì)條件下的采礦方法。

3 巖體發(fā)射器簡介

巖體聲發(fā)射是巖體受力產(chǎn)生裂隙擴展或斷裂而產(chǎn)生的現(xiàn)象。巖體聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)與其它巖體穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)具有各自不同的特點與技術(shù)優(yōu)勢，巖體聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)具有如下特點:

(1) 巖體聲發(fā)射代表著巖體受力實時動態(tài)特征，其監(jiān)測結(jié)果可以反映巖體穩(wěn)定性的發(fā)展趨勢和有效預(yù)報巖體失穩(wěn)的危險狀態(tài)；

(2) 聲發(fā)射監(jiān)測可以更早地提供巖體受力損傷或破壞的信息，對于預(yù)報巖體災(zāi)害性事故而言，則是提供了更多的寶貴防災(zāi)時間；

(3) 監(jiān)測范圍廣；

(4) 聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)可以實現(xiàn)聲源定位。所以巖體聲發(fā)射反映了巖體的動態(tài)變化特征，可以作為預(yù)測預(yù)報，評價巖質(zhì)工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的依據(jù)。巖體聲發(fā)射監(jiān)測儀及其工作原理見圖1和圖2。

圖1 巖體聲發(fā)射監(jiān)測儀

圖2 巖體聲波發(fā)射監(jiān)測儀工作原理

根據(jù)施工技術(shù)條件，選擇試驗采場區(qū)域范圍，然后在試驗區(qū)域范圍內(nèi)第一次進行聲發(fā)射試驗，監(jiān)測巖體工程穩(wěn)定性；根據(jù)回采區(qū)域特征和測試巖體聲發(fā)射結(jié)果，設(shè)計進路式回采巷道，待進路回采巷道形成后，進行第二次聲發(fā)射試驗，監(jiān)測礦柱巖體與進路頂板的穩(wěn)定性；根據(jù)聲發(fā)射監(jiān)測結(jié)果，設(shè)計巷道刷擴斷面，斷面刷擴完畢后，進行第三次聲發(fā)射試驗，監(jiān)測礦柱巖體與進路頂板的穩(wěn)定性；工程試驗完成后，迅速對回采區(qū)域進行接頂充填。根據(jù)以上監(jiān)測結(jié)果，試驗得出合理回采斷面尺寸，確保底柱安全高效回采。監(jiān)測順序如圖3所示。

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圖3 監(jiān)測順序

4 試驗回采區(qū)域選擇

4.1 試驗回采區(qū)域選擇

為了避免底柱回采對-305 m以上采場擾動，所選回采區(qū)域必須保證對應(yīng)上方-305 m區(qū)域已回采充填完畢；同時試驗區(qū)域?qū)?yīng)下方的-365 m采場頂柱回采并接頂充填完畢，確保底柱回采是在實體上安全作業(yè)。

根據(jù)井下目前生產(chǎn)狀態(tài)，-305 m底柱Ⅳ號礦體七穿與八穿之間滿足回采的上述兩個基本條件，本次試驗回采區(qū)域即選擇北沿七穿與八穿之間的底柱回采區(qū)，前期進行試驗回采區(qū)域的設(shè)計，回采過程中通過監(jiān)測手段預(yù)測，為底柱安全回采提供技術(shù)依據(jù)。

4.2 試驗技術(shù)方案

4.2.1 技術(shù)方案

-305 m底柱Ⅳ號礦體七穿與八穿之間對應(yīng)-305 m的6417，6418采場，對應(yīng)-365 m為7417，7418，7419采場，以上回采采場均采用點柱式上向水平分層充填法，因此底柱回采區(qū)域內(nèi)存在以下幾個問題：

(1) 對應(yīng)-365 m為7417，7418，7419采場回采過程中可能存在采場頂部充填后未完全接頂；

(3) 進路采礦法回采底柱過程中，不能達到較好充填接頂效果。

根據(jù)上述存在的問題，最終選擇間隔條柱式進路充填法(如圖4所示)。

圖4 底柱回采方案

4.3 試驗監(jiān)測方案

本方案間隔進路式回采過程中，地壓顯現(xiàn)最突出的位置為：

(1) 回采進路頂板容易產(chǎn)生下沉或者冒頂?shù)牟课唬?/p>

(2) 預(yù)留條柱容易發(fā)生失穩(wěn)，不足以支撐上部巖體。為了預(yù)報進路式采礦安全及時準確，試驗過程中選擇進路的頂板與兩邦作為試驗監(jiān)測的測點部位(見圖5)。

圖5 探孔布置剖面圖

4.4 試驗監(jiān)測結(jié)果分析

進路回采前和回采中聲發(fā)射監(jiān)測結(jié)果見表1～表4。

表1 回采前穿脈巷道聲波監(jiān)測

表2 進路回采時聲發(fā)射監(jiān)測

表3 進路刷擴時聲發(fā)射監(jiān)測

表4 進路充填后沿脈聲發(fā)射監(jiān)測

由表1～表4可知，回采前后巖音監(jiān)測無明顯的變化，基本無大事件概率，按照目前設(shè)計的要求，采用間隔條柱式進路充填法基本能滿足現(xiàn)場實際生產(chǎn)的需要。

5 結(jié) 論

(1) 銅綠山礦過度開發(fā)資源，導(dǎo)致目前可采資源量較少，深部礦體儲量及品位急劇下降，難以滿足礦山開采任務(wù)。因此，必須加強端部和零星礦體探礦以及加大殘礦與底柱礦體的回采。

(2) 根據(jù)底柱礦體的保有儲量，決定回采底柱礦體，然而底柱礦體工程地質(zhì)條件復(fù)雜，回采難度大，提出了進路充填法配合巖體聲發(fā)射監(jiān)控圍巖的方法以便安全開采底柱，并對底柱回采方案進行了設(shè)計。

(3) 采用巖體聲發(fā)射監(jiān)測儀進行回采前穿脈巷道、進路回采時、進路擴刷時、進路充填后的聲發(fā)射監(jiān)測，結(jié)果顯示巖音監(jiān)測無明顯變化，基本無大事件發(fā)生，可以安全回采底柱礦體。

2017￣08￣15)