后和睦山-212.5 m分段开采技术

2016-12-02李代林

现代矿业 2016年10期

关键词：和睦分段矿石

李代林

(马钢集团姑山矿业公司)

后和睦山-212.5 m分段开采技术

李代林

(马钢集团姑山矿业公司)

随着后和睦山矿体向深部开采，矿石以疏松粉状为主、稳定性较差，且-200 m以上中段巷道均受地压影响发生了不同程度的垮塌，影响了矿石回收率。对该矿体进行了地压活动分析，并对巷道支护方式及回采顺序进行了优化，在此基础上提出了上下盘联合开采方案，提高了矿石回收率。

深部开采地压活动巷道支护方式回采顺序上下盘联合开采

和睦山铁矿后和睦山矿体赋存于闪长岩与灰岩接触带及近接触带的灰岩中，矿体厚8～102 m，下盘倾角一般为40°～50°，较陡部位60°～70°。矿石以疏松块状、粉状为主，稳定性较差。采用无底柱分段崩落法采矿，-200 m中段以上脉外巷道布置于矿体下盘延矿体走向方向，进路垂直于矿体走向方向布置，自上盘向下盘方向退采。在实际开采过程中地压活动频繁，-100，-150，-200 m中段在开采过程中巷道受地压作用破坏严重，巷道顶板及边帮均有不同程度的垮塌，致使多条采矿进路掘进工程无法施工，造成矿石回采率较低。随着该矿向深部开采，无底柱分段崩落法[1-2]开采形成的空区及后和睦山矿段自身松软破碎的矿岩性质引发的地压活动将继续加剧，出矿巷道裂纹、错动、顶板冒落等情况将进一步加剧，已影响到矿山的安全生产。为安全高效地回收矿石，提高后和睦山矿段的回采率，有必要对后和睦山矿段采准工程、回采顺序、支护方式及地压活动等进行详细分析。

1 巷道变形分析

对后和睦山矿段-200 m分段地压活动监测资料及地表塌陷区的勘查成果(图1)进行综合分析，可知受地压活动影响最明显的应力反应剧烈部位主要为矿体下盘及矿体中部粉状矿体部分。该矿原支护方式采用锚网喷支护结构，选用普通树脂锚杆，规格φ20 mm×1 800 mm，锚杆孔径φ28 mm，采用1卷快速2350型树脂药卷加强锚固，锚杆长度不少于400 mm，锚固力不低于80 kN，托盘采用平面高强度托盘，规格100 mm×100 mm×4 mm(长×宽×高)，间排距900 mm×900 mm，钢筋网采用φ6.5 mm钢筋焊接，网孔规格100 mm×100 mm。喷射混凝土强度等级C20，配合比1∶2∶2，掺3%～5%速凝剂，厚100 mm。对于变形巷道采用规格为200 mm×75 mm×9 mm(长×宽×高)的槽钢制作钢拱架进行二次支护。在巷道受压变形时，跨度为3.5 m的软岩巷道的围岩松动圈深度达1.5～2.0 m，1.8 m的长锚杆无法保证巷道稳固，巷道整体下沉，托盘易脱落，二次支护钢拱架在受压后易变形，且无法进行修复加固。

2 围岩稳定性与巷道支护方式

2.1 巷道变形与锚杆受力监测

对-200 m水平回收巷道(图2)、-212.5 m下盘脉外巷及9#～11#进路的锚杆受力监测表明：后和睦山-200，-212.5 m分段水平巷道处于极软岩地层中，其主要特征是极软弱、松散和破碎，且软化与矿体粉化现象显著，使得围岩的力学特性显著降低并伴随碎胀和膨胀变形，无法实施有效的主动支护，从而无法形成稳定可靠的主动支护，加剧了巷道后期的变形破坏，由于围岩应力调整和岩体的碎胀和膨胀存在一定的滞后性，从而导致施工锚网喷巷道的锚固体失效。该类因素的相互作用，导致围岩和支护体完全破坏，失去了结构性和承载力，极易使巷道一次锚喷支护中的部分锚杆被挤出而失效，无法形成完整的支护结构，从而造成巷道围岩发生失稳垮落。

2.2 支护方案选择

结合-200 m分段残矿回收经验及充分考虑安全、矿石回采成本及施工难易程度等因素。-212.5 m分段矿体下盘巷道及采矿进路采用规格为3 800 mm×3 200 mm的三心拱断面。经-200 m水平及-212.5 m分段的部分巷道的支护方案为：①采用光面爆破技术减小对围岩的破坏，每侧预留150 mm的变形量，以释放围岩的变形能量；②初次锚网喷支护，防止巷道冒顶片帮，保证巷道围岩的基本稳定，及时封闭围岩，防止围岩风化而降低强度，可将围岩断面凹凸处喷平，确保巷道成型较好、受力均匀；③对巷道变形部位，在压力释放后采用二次支护，二次支护采用预应力让压锚杆加钢筋托梁锚固。初次锚网喷支护，预留适当的变形量，锚杆参数φ20 mm×2 400 mm(图3)；二次预应力让压锚杆支护，锚杆参数φ20 mm×2 400 mm(图4)。

图1 -200 m分段与塌陷区叠加(单位:m)

图2 -200 m分段平面

图3 初次锚网喷参数(单位：mm)

-212.5 m分段9#、10#、11#进路变形监测结果(图5)表明：①巷道在3个月内的变形量均小于120 mm；②托盘无脱落现象发生；③巷道未发生整体下沉及坍塌现象。由此可见，本研究提出的支护方式可满足巷道安全生产要求。

图4 预应力让压锚杆参数(单位：mm)

3 -212.5 m分段采准工程布置及回采顺序优化

3.1 采准工程布置

(1)下盘方案。优点在于与溜井、斜坡道等已有实施吻合，利于下盘矿石回收；脉外巷易变形，二次支护量大，分段回采至中后期巷道变形严重，造成矿石无法充分回收，中部粉状矿体进路长且易变形。

(2)上盘方案。优点是脉外巷稳固，回收时间充分；缺点在于不利于下盘矿石充分回收，中部粉矿体进路长且易变形。

(3)上、下盘联合方案。优点是脉外巷稳固，回收时间充分，有利于下盘矿石回收，出矿面多，易于矿石冒落；但易相对增加工程量。本研究采取上、下盘联合采矿的采准布置方式由中间向两侧回采。

3.2 回采顺序优化

无底柱分段崩落法主要回采顺序：①顺序回采，由上分层至下分层，由矿体左侧至矿体右侧的顺序回采；②由两端至中间，由上分层至下分层，由矿体两端开始，逐步向矿体中部同时回采；③由中间至两端，由上分层至下分层，由矿体中部开始，逐步向矿体两端回采。竖向位移分析表明，由中间至两端的回采方式对进路稳定性的影响最小。故对-212.5 m分段采用上下盘联合方案进行采准布置、由中间至两端的回采顺序，采场结构参数为12 m×12.5 m(进路间距12 m、分层高度12.5 m)。