人工混凝土柱替換原生礦柱在防柱法中的應(yīng)用

人工混凝土柱替換原生礦柱在防柱法中的應(yīng)用摘要：在地下磷礦開采過程中需預(yù)留一定的礦柱來支撐礦體頂板，一般情況下因?yàn)榈V柱造成礦石的損失量在20%?40%之間，如果不加以回收，勢必造成礦石資源的大量損失，采用人工混凝土柱置換原生礦柱，針對水平緩傾斜礦體防柱采礦法，應(yīng)用膠結(jié)材料進(jìn)行局部膠結(jié)充填形成采場支撐骨架，支撐采場頂板，控制地壓，使得采場回采安全可靠,提高礦石開采的安全性，達(dá)到安全高效開采，減少礦石資源的損失，創(chuàng)造更高的價(jià)值，提高礦石回收率，充分回收礦產(chǎn)資源的目的。關(guān)鍵詞：地下開采；人工礦柱；替換；原生礦柱1、地理概況四川省金河磷礦馬槽灘礦區(qū)位于綿竹市北西302°方向，直線距離21.3km處，公路距離44km，行政區(qū)劃隸屬綿竹市金花鎮(zhèn)三江村管轄。1959年，1961年正式成立，是四川省磷礦石生產(chǎn)基地之一。礦區(qū)開采方式為地下開采，采用平硐開拓，緩傾斜水平礦體，采礦方法為底盤漏斗法和房柱法，架線式電動車運(yùn)輸，生產(chǎn)規(guī)模30萬噸/年，批準(zhǔn)開采深度：+1250m?+670m。2、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)金河磷礦礦業(yè)公司在十中段東沿脈0#穿脈0#沿脈采用局部膠結(jié)充填與空場防柱采礦法組合試點(diǎn)工作，應(yīng)用膠結(jié)材料進(jìn)行局部膠結(jié)充填形成采場支撐骨架，支撐采場頂板，控制地壓，達(dá)到安全高效開采、提高礦石回收率。3、實(shí)驗(yàn)步驟3.1基本原理在應(yīng)用空場防柱采礦法時(shí)，需預(yù)留礦柱來支撐礦體頂板，一般情況下因?yàn)榈V柱造成礦石的損失量在20%?40%之間，甚至有的高達(dá)50%，如果不加以回收，勢必造成資源的大量損失；而且礦石礦柱本身存在節(jié)理、裂隙等構(gòu)造缺陷，其支撐的可靠性往往不理想，礦柱常出現(xiàn)崩塌而失去支撐能力。本技術(shù)針對水平緩傾斜礦體空場采礦法，在礦體開采過程中，應(yīng)用膠結(jié)材料進(jìn)行局部膠結(jié)充填形成采場支撐骨架，支撐采場頂板，控制地壓，達(dá)到安全高效開采、提高礦石回收率，充分回收礦產(chǎn)資源的目的。3.2關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備3.2.1局部膠結(jié)充填技術(shù)膠結(jié)材料配比分析研究澆筑所用材料選用425#普通硅酸鹽水泥，將采礦過程中排出的廢石、廢渣，與水泥等材料配比，形成局部充填體的膠結(jié)材料C40砼的配比：（水：水泥：中砂：碎石=170：378：703：1249，單位為KG,砂石水泥為干材料質(zhì)量）水灰比為0.6?0.7,選用普通中砂，平均粒徑為0.5—5mm，總雜質(zhì)量不超過4%,砂石的粒徑選擇5?20mm,砼標(biāo)號不得低于150kg/cm2。膠結(jié)體骨架結(jié)頂技術(shù)在水平緩傾斜礦體中進(jìn)行膠結(jié)充填，局部充填體能否有效結(jié)頂，關(guān)系到這種采礦工藝的成敗。在局部膠結(jié)充填體的施工及接頂技術(shù)上，澆筑拱墻地段，巖體松軟，砌筑基礎(chǔ)前，應(yīng)根據(jù)情況適當(dāng)加寬、加厚。在處理好的底部上利用周邊礦體，再加之人工模板形成完整的礦柱磨具。澆筑過程中采用階梯式，每階級高1.5米，寬2.0米，分四個(gè)階梯完成，最后接頂部分0.5米，采用插入式振搗器，每層厚度為振搗器作用部分長度的1.25倍。機(jī)械搗固應(yīng)使混凝土密實(shí)，不能出現(xiàn)蜂窩、麻面或狗洞,確保礦柱的強(qiáng)度值。在澆筑礦墻上部接觸帶最后50CM時(shí)，采用膨脹水泥進(jìn)行澆筑，以達(dá)到混凝土礦墻上部巖體進(jìn)行緊密嚴(yán)實(shí)接觸，達(dá)到力學(xué)效果。在完成澆筑后需要養(yǎng)護(hù)期28天,此期間禁止在附近進(jìn)行放炮作業(yè)等工作，且礦柱干燥時(shí)需要灑水，保持混凝土及模板具有足夠的濕潤狀態(tài)，經(jīng)養(yǎng)護(hù)后使其達(dá)到1180X103Pa的壓強(qiáng)時(shí)方能拆模。3.2.2局部膠結(jié)與空場法回采過程的關(guān)鍵1局部膠結(jié)充填體結(jié)構(gòu)參數(shù)

采用局部膠結(jié)充填與防柱法相結(jié)全的開采中，采場頂板靠局部膠結(jié)充填體支撐，從技術(shù)、安全和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，需對充填體的位置、結(jié)構(gòu)尺寸等進(jìn)行分析研究。本項(xiàng)目應(yīng)用現(xiàn)代力學(xué)及有限元數(shù)值分析等手段，對局部膠結(jié)充填體的分布及局部膠結(jié)充填采場結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。2采準(zhǔn)、回采工藝技術(shù)將礦房礦石回采與局部膠結(jié)充填進(jìn)行統(tǒng)一布置，在礦塊采準(zhǔn)工程完成后，先在礦塊內(nèi)預(yù)先設(shè)定的位置完成局部膠結(jié)充填體形成采場支撐骨架，待充填體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再進(jìn)行礦房回采，礦塊礦石回采完成后進(jìn)一步處理采空區(qū)。這種方法改變了傳統(tǒng)的空場法采準(zhǔn)和回采工藝，具有創(chuàng)新性。采場地壓控制與安全保障局部膠結(jié)充填設(shè)計(jì)是在考慮金河磷礦區(qū)域地質(zhì)及礦山地質(zhì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，局部膠結(jié)充填與空場采礦結(jié)合工作建立在對采場地壓的分析研究上。通過局部膠結(jié)充填控制采場地壓，使得采場回采安全可靠。在采場回采過程中對采場地壓活動進(jìn)行監(jiān)測與預(yù)報(bào)，對本采礦方法的實(shí)施提供可靠的安全保障。3.2.3工藝流程根據(jù)礦體賦存條件，合理布置采掘巷道，進(jìn)行礦房的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，優(yōu)化回采參數(shù)；同時(shí)圍繞礦房回采需要，確定局部膠結(jié)充填體的位置和大小。按照設(shè)計(jì)的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)布置局部膠結(jié)充填體，形成采場間的連續(xù)礦柱及頂、底柱，如圖（1-1）所示。圖1-11局部膠結(jié)充填與空場組合采礦的回采工序?yàn)椋▓D1-2）1）在礦塊內(nèi)向上掘切割上山和切割橫巷，掘出局部膠結(jié)充填所需硐室。2）支模板，用廢石、廢渣與水泥等材料配比而成的混凝土澆注形成充填體。3）待混凝土充填體達(dá)到強(qiáng)度要求后，即可回采充填體周邊礦房的礦石。此采礦方法的關(guān)鍵技術(shù)主要在接頂膠結(jié)技術(shù)，根據(jù)我礦頂板巖層的具體特點(diǎn)有針對性的采取有效的方法。我礦頂板主要有硫磷鋁鍶礦、碳頁巖和粘土巖穩(wěn)定性非常差，易冒落，接頂難度非常大，因此在落礦的時(shí)候應(yīng)留0.5－1.0m的護(hù)頂?shù)V柱保護(hù)層確保其穩(wěn)定性。同時(shí)在落礦時(shí)保證頂板的完整、平整，以保證最終接頂效果。圖1-23.2.4主要技術(shù)指標(biāo)1礦石回采率由原65~75%提高到90~95%；2礦石貧化率由原10~12%降低到4~8%；3礦塊生產(chǎn)能力達(dá)到200t/d。4、實(shí)施效果在使用該項(xiàng)技術(shù)前，我礦使用的房柱法開采，回采率只能達(dá)到65~75%，采用該項(xiàng)技術(shù)后，礦石回采率能可達(dá)到90~95%，回采率提高了20~25%。在采掘比352m/萬噸不變的情況下，由于回收率提高20%左右，在保證采掘平衡的條件下年可少施工掘進(jìn)2112m(按礦區(qū)300kt/a)，可節(jié)約成本250萬元左右。以我礦十中段平硐目前可采儲量472.89(122b+2s22)萬噸計(jì)算，應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)后，礦石回采率提高20%，可多采礦石94.56萬噸，以現(xiàn)在300Kt/a的生產(chǎn)能力，可使十中段平硐延長服務(wù)年限超過3.2年。由于該項(xiàng)目采用混凝土澆筑局部膠結(jié)充填體，原材料價(jià)格低廉且取材較為方便。同時(shí)，項(xiàng)目所用砂、石也可以充分利用井下符合標(biāo)準(zhǔn)的廢石予以代替，每立方米混凝土將減少排運(yùn)、治理廢砂1.3m3，每年將減少運(yùn)排、治理5.5萬m3，按照施工排砂40元/m3計(jì)算可節(jié)約排砂費(fèi)用：220萬元，既提高了經(jīng)濟(jì)效益，又節(jié)約了外部處理和治理費(fèi)用，提高了生態(tài)效益。5、結(jié)論通過本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在地下磷礦開采水平緩傾斜礦體過程中，采用人工礦柱代替原生礦柱提高了礦石的回采率，使得采場回采安全可靠,提高礦石開采的安全性，達(dá)到安全高效開采，減少礦石資源的損失，延長礦山服務(wù)年限，減少礦山排砂，符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)造的價(jià)值更高。參考文獻(xiàn)：[1]李楊.膠結(jié)充填材料配比研究.煤炭科學(xué)技術(shù).2014,4