（采矿工程专业论文）弓长岭铁矿无底柱分段崩落法采场结构参数改进方法研究.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 弓长岭铁矿无底柱分段崩落法采场结构参数改进方法研究 摘要 弓眭岭井下矿属于沉积变质矿床，矿体层状产出，厚度1 0 - 2 0 m ，平均1 5 m ，矿体 倾角6 5 8 5 。，属于急倾斜中厚到厚矿体，在应用无底柱分段崩落法丌采区段，现今生 产中存在着矿石回采率低、贫化率大等问题，究其原因，主要是采场结构不适应崩落矿 岩的流动规律，表现在崩落体、残留体与放出体三者关系不协调。 为了提高【! 三l 采率，降低贫化率，必须优化采场结构参数。对岩体稳定性进行分级， 通过物理模拟实验测的了散体流动参数( a = 1 5 4 5 1 ，0 = o 0 9 7 4 ，a = 1 1 9 3 7 ， b 。- 0 3 9 5 9 ，k - 0 0 7 5 0 ) ，在矿岩稳定性分析的基础上，根据崩落体+ 残留体的形态与放出 体上部形态最大吻合原理，改进了无底柱分段崩落法的采场结构，改进后的无底柱高分 段崩落法分段高度，町以从1 2 m 加大到1 5 m ，无论是回采指标，还是安全高效开采条 件，都将有较大的改善。 关键词：无底柱高分段崩落法：散体流动参数；采场结构参数；岩体稳定性分级；蛊j 效开采 东北大学博士学位论文a b s t r a c t t h es t u d yo i ls t o p ep a r a m e t e rs t r u c t u r eo p t i m i z a t i o no fs u b l e v e l c a v i n gw i t h o u ts i l lp i l l a r si ng o n g c h a n g l i n gi r o nm i n e a b s t r a c t t h eg o n g c h a n g l i n gu n d e r g r o u n dm i n eb e l o n g st oad e p o s i td e g e n e r a t i v eb e dt h e o r e b o d yi sl a y e r - s h a p e t h et h i c k n e s sr a n g e sf r o m1 0 2 0 m a n dt h ea v e r a g et h i c k n e s si s 15 m d i pa n g l ei sa r o u n d6 5 0 一8 5 0 w h i c hb e l o n g st oar a p i di n c l i n e da n dm e d i u m t od e e po r e b o d y t h em i n em a i n l yu s e ss u b l e v e lc a v i n gw i t h o u ts i l lp i l l a r sm e t h o d t h em i n i n gr e c o v e r yr a t e s o ft h eo r eu s i n gt h i sm e t h o di sl o wa n dt h ed i l u t i o nr a t e si sb i g t h em a i n l yc a u s ei st h a tt h e s t o p es t r u c t u r ed o e s n ta d a p tt h eg r a n u l ef l o w i n gr u l eo ft h eo r ea n de n c l o s i n gr o c k ，t h e s e b e h a v et h a tt h er e l a t i o n so fc a v e do r e b o g ya n dr e s i d u a lo r e b o d ya n dd r a w no r e b o d yi s r to u t o f l i n e i no r d e rt oi m p r o v et h em i n i n gr a t e so ft h eo r ea n dr e d u c et h ed i l u t i o nr a t e so ft h eo r e ， t h es t r u c t u r ep a r a m e t e rm u s tb em e n d e d f i r s t ，t h es t a b i l i t yo ft h er o c kb o d yw a sa n a l y s e d ， s e c o n d l nt h ef l o w i n gp a r a m e t e r so fl o o s e n i n gb o d ym e a s u r e db yp h y s i c a le x p e r i m e n tl i s ta s f o l l o w i n g ：a = 1 5 4 5 l ，1 3 = 0 0 9 7 4 ，a ，- 1 1 9 3 7 ，bl - 0 3 9 5 9 ，k - 00 7 5 0 ，a n da c c e s ss p a c e w a sd e d u c e da s1l m a tl a s t ，a n a c y z n gt h es t a b i l i t yo ft h er o c kb o d ms u b l e v e lc a v i n gw i t h o u t f l o o rp i l l a rm e t h o dm e n d e dw a sb ys t o p es t r u c t u r e ，e v e r ys e g m e n to fi tn e e d st od i s p o s ea e d g em o u n t a i nd r i f tn e a rt h eo r ea n de n c l o s i n gr o c k a t i e rs u b l e v e lc a v i n gw i t h o u tf l o o r p i l l a rm e t h o di sm e n d e db ys t o p es t r u c t u r e ，i t sh i g h n e s so fs u b l e v e lm a yi n c r e a s e sf r o m1 2 m t ol5 m t h em i n i n g j n d e x si n d e xa n ds a f ea n dh i g he 岱c i e u tm i n i n gw e r ea r ei m p m v e d k e y w o r d s ：s u b l e v e lc a v i n gw i t h o u tf l o o rp i l l a rm e t h o d ，t h ef l o w i n gp a r a m e t e ro fl o o s e n i n gb o d y , t h e p a r a m e t e rs t o p es t r u c t u r e ，t h es t a b i l i t i e so f t h eo r e b o d y 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在沦文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：于询国辔一 日期：2 卯z 、，亭舌8 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教帅完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在卜方签名；否则视为同意。) ! 学位论文作者签彳 签字r 期： 导师签名 褡7 日期 东北大学硕士学位第一章引言 第一章引言 1 1 国内外无底柱分段崩落采矿法应用状况 1 1 1 国外无底柱分段崩落采矿法应用状况 无底柱分段崩落采矿法的典型方案最早在瑞典k i r u m a 铁矿山使用。早在1 9 5 4 年， 瑞典使用这种方法的矿山就占2 0 ，以后逐年增加，到了6 0 年代初期，使用这种方法 的矿山已增长到6 0 ，现在瑞典每年大约有三分之二的铁矿石是这种方法采出的。瑞典 使用无底柱分段崩落采矿法的特点是：采用大型自行设备，高度机械化；主要用于开采 矿石品位分布不均，或有夹石，需要分采分运的急倾斜厚矿体。 前苏联某些矿山所使用的无底柱分段崩落采矿法，属于这种采矿方法的变型方案。 这种方案把高度较大的分段分成上下两部分( 用一中间分段分开) ，上部高2 0 - 3 0 m ，用 来进行深孔凿岩和大量崩矿( 其步距5 - 9 m ) 。下部高为5 - 6 m ，用较小的步距崩矿后， 在分段巷道中进行放矿。这种方法的特点是：采矿方法结构参数较大：崩矿不受放矿限 制；上部深孔崩矿造成较多的待放矿量，改善了其底部分段中的放矿条件。据前苏联统 计，这种方案的切割工程量较瑞典方案减少了3 3 3 5 0 。这种方法用于开采矿石品位 分布均匀、或无需将夹石留下不采或无需采分运的急倾斜厚和中厚矿体。 国外其他国家使用无底柱分段崩落采矿法多见于一些铜矿和多金属矿，而且基本上 都是瑞典式的。 赞比亚穆富利拉( m u f u l i r a ) 铜矿，1 9 7 1 年该矿的产量将近1 0 0 0 万t 。该矿的无底 柱分段崩落采矿法除了用于厚矿体外，还用于急倾斜薄矿体的开采。在薄矿体中由于矿 体较薄，回采平巷只能沿走向布置一条，为了克服崩矿的夹制作用，及保证与上部分段 贯通，在厚度小于6 m 时，采用向上下盘扩帮或回采平巷一开始就扩人到6 - 7 m 宽。在 该矿软岩层的薄矿体中使用无底柱分段崩落采矿法的费用，相当于在稳定围岩层内空场 法的费用。 加拿大克莱蒙( c r a i g m o n t ) 铜矿，以前用露天开采，1 9 6 5 年丌始用无底柱分段崩 落采矿法，其特j _ ：矿体很破碎，同采巷道需要支护。加拿大另一家制矿格兰杜克 ( g r a u d u c ) 铜矿的无底柱分段崩落采矿法是住访问瑞典后决定应用的。 扎伊尔喀谟托( k a m o t o ) 铜矿大部分矿区采刚瑞典式的无底柱分段崩落采矿法。大 部分矿区采用瑞典式的无底柱分段崩落采矿法。 澳大利亚芒特一业萨( m o u n t 1 s a ) 铜矿的无底机：分段崩落采矿法，是从矿体边界向 一p 央后退刚采，岩层很复杂，网采巷道用砂浆杆柱：j j l l 金属网支护。 【訇外使用无底杜分段崩i 弃采矿法的矿山，多数先嚣天丌采，后转入地下”采，这 东北大学硕士学位第一章引言 些矿山在转入地下丌采后，大部分是先用其他采矿方法，如留矿法、阶段崩落法、分段 法、充填法等，后改用无底柱分段崩落采矿法。少数开始就是地下开采的矿山，也是先 用其他采矿方法，后改为无底柱分段崩落采矿法。 国外矿山选择这种采矿方法的主要原因： ( 1 ) 可以对不同品位和带有夹石的矿体进行选别同采。 ( 2 ) 易于适应矿体的变化，灵活性大。 ( 3 ) 投，“： 夹，生产集中。 ( 4 ) j 以实现高度机械化，提高采矿强度和效率。 ( 5 ) 没有矿柱回采。 ( 6 ) 无需大的回采工作面，安全，工人和设备在掩护区段工作。 ( 7 ) 采准即采矿，掘进回收的矿昔大。 ( 8 ) 围岩不稳同。 目前，世界上随着凿岩设备的改进、凿岩质量的改善和管理水平的提高等，在无底 柱分段崩落采矿法采场结构参数方面，向着大的参数改变，如增加分段高度、加人进路 的断面等。 l _ 1 2 国内无底柱分段崩落采矿法应用状况 在国内，向山硫铁矿是应用无底柱分段崩落采矿泫较早的矿山之一。它在5 0 年代 曾用过分层崩落法和低分段崩落采矿法，分段高度仅为4 5 m ，浅眼落矿，人工出矿。6 0 年代初进行了改进，分段高度增至7 m ，用上向凿岩机打眼，电耙或人工出矿，1 9 6 4 年 后又改用华1 型电动装岩机配向一1 型自行矿车出矿，形成了有轨运输的无底柱分段崩落 采矿法方案。该矿自1 9 7 0 年全面推广此方案以来，1 9 7 2 年即超过年产7 0 万吨的设计能 力l 2 1 。 1 9 6 5 年我国正式引进无底柱分段崩落采矿法典型方案及与其配套的无轨采矿 漫备。1 9 6 7 年首先在大庙铁矿进行工业试验，1 9 7 0 年获得伞面成功，并正式应用于生 产。此后，在我围余属矿山得到了迅速推广，应用无底柱分段崩落采矿法的矿山逐年增 多，尤其在铁矿中发展更为迅速。据不完全统计，1 9 7 5 年以前设计全部或部分应用这种 方法的铁矿ij i 约占地下铁矿山总数的4 5 ，约占设计矿石总产量的6 3 ，以后又有所增 加。到2 0 世纪9 0 i 代，应用九底柱分段崩落采屙1 法采山的铁矿石量约占总数的7 0 。 近年来，有色金属矿山和化工矿山应川这种方法的比例【= i 存不断增j j 口。 1 2 采用无底柱分段崩落法开采的优点 ( 1 ) 现在尤底柁分段崩落法存田内 7 l ，。l ，竹脱问题可借鉴的矿i i j 较j ；。 ( 2j 儿呔 l j ? f 2 州落法计f l7 j 五 些矿l u 已广为使片j 乍产l 艺己比较成熟 7 l 产lz 过w 简t h 易二rr 人学爿。笋握。 h _ 札刖j i 没f ji 2 j 1 、底部绀旧果“h 东北大学硕士学位第一章引言 些矿山在转入地下丌采扁，大部分是先用其他采矿方法，如留矿法、阶段崩落法、分段 法、充填法等，后改川无底柱分段崩落采矿法。少数开始就是地下开采的矿山，也是先 用其他采矿方法，后改为无底柱分段崩落采矿法。 国外矿山选择这种采矿方法的主要原因： ( 1 ) 可虬剥不同品位和带有灾石的矿体进行选别网采。 ( 2 ) 易于适应矿体的变化，灵活性大。 f 3 ) 投产快，生产集中， ( 4 ) 町以实现高度机械化，提高采矿强度和效率。 【5 ) 没有矿柱回采。 ( 6 ) 兀需大的同采工作面，安全，工人和设备在掩护区段工作。 f 7 ) 采准即采矿，掘进回收的矿黄人。 f 8 ) 围岩不稳同。 目前，世界上随着凿岩设备的改进、凿岩质量的改善和管理水平的提高等，在无底 柱分段崩落采矿法采场结构参数方面，向着人的参数改变，如埔加分段高度、加人进路 的断面等。 1 _ 1 2 国内无底柱分段崩落采矿法应用状况 在国内，向山硫铁矿足应用无底杜分段崩落采矿法较早的矿山之一。它在5 0 年代 曾用过分层崩落法和低分段崩落采矿法，分段高度仅为4 5 m ，浅眼落矿，人l 出矿。6 0 年代初进行了改进，分段高度增至7 m ，刚上向凿岩机打月h ，电耙或人工出矿，1 9 6 4 年 后叉改用华一1 型电动装岩机配向1 型自行矿车出矿，形成了有轨运输的无底柱分段崩落 采矿法方案。该卸自1 9 7 0 年伞面推j 、此方案以来，1 9 7 2 年即超过年产7 0 万吨的设计能 力。2 。 1 9 6 5 年我目正式0 j 进无底柱分段崩落采矿法典氆方案及与其配套的无轨采矿 殴各。1 9 6 7 年首先在大晦铁矿进行工业试验，1 9 7 0 年获得全面成功，并正式应用于生 产。此后，在我国金属矿山得到了迅速推广，应用无底柱分段崩落采矿法的矿山逐年增 多，尤其在铁矿巾发展更为迅速。据不完全统计，1 9 7 5 年以前设计全部或部分应用这种 方法的铁矿j l i 约占地下铁矿山总数的4 5 ，约占设计矿石总产景的6 3 ，以后又有所增 加。到2 0 世纪9 0 r 代，应用兀底枉：分段崩落采矿法采山的铁矿右量约r l 【总数n 勺7 0 。 近年来，有色金属矿山和化工矿l _ | 应川这种方法的比例电在小断增加。 1 2 采用无底柱分段崩落法开采的优点 ( 现在无底拄分殴崩落法存吲；i = j - 些矿l u 已广为使h j ，“一产r 艺2 比较成熟， 生，。c 】j j ：岘问题，可借鉴的矿i l l 较多。，生产l z 过栏简一、h 易二f1 人学习掌握。 ：2 - j 【。废 | j f 段j j l j ：弃j 点刈f rf f 1 17 jl i h r h 掣 t 刖址没，j 世_ 1 、l 底蚓5 ；。i 啪，采赶k f l l ：2 - ) 1 2 夜 | j ，段j 仞落j 点计矿f f 帆五卜叩k 妇j 1 1 川j 士汝f j1 2 j 1 、废琊i 引幻，采样h i ；| _ 东北大学硕士学位第一章引言 回采工艺简单，便于采用大型无轨设备，实现高度机械化。此法各个回采作业几乎可以 标准化地重复进行，有利于作业专业化和发挥机械化的作用。 ( 3 ) 回采工作以迸路为单位，掘进回采进路、钻凿深孔、出矿等作业可以在同一 矿块上下分段的不同进路中同时进行，作业集中但互不干扰，易于管理，具有较大的灵 活性，并能较快地投入生产。 ( 4 ) 生产能力大，劳动生产率高。 ( 5 ) 工人在断面不大的进路中作、眦，安全性好。在进路端部出矿，没有狭窄的放 矿l j ，不易堵塞，发生堵塞时处理也比较方便。 ( 6 ) 在进路中以小步距后退回采，有利于分采分运、剔除夹石。 1 3 无底柱分段崩落法及采场结构参数的优化 1 3 1 无底柱分段崩落法 无底柱分段崩落法是世界内广泛应用的一种高机械化，低成本的采矿方法，我国从 6 0 年代开始引入并在地下铁矿山获得迅速的推广应用。无底柱分段崩落法方法特点是将 矿块划分为分段，在分段回采进路中进行落矿、出矿等回采作业，不需要开掘专用的出 矿底部结构：崩落矿石在崩落围岩覆盖下放出l oj 。 无底柱分段崩落法通常采用分段高度为1 0 1 2 m ，通过斜坡道、设备井、电梯井与 各分段的联络巷道相联系。分段联络一般位于下盘，每隔l o m 左右掘进回采进路。上下 分段的回采进路采用菱形交错布置。在进路的端部开切割槽，以切割槽为自由面用中深 孔或深孔挤压爆破后退回采，每次爆破i 2 排炮孔，崩落矿石在崩落的覆盖岩石下从进 路的端部用铲运机、装运机、装岩机等出矿设备运到放矿溜井。当上一分段退采到一定 距离后，便可开始下一分段的回采。此法掘进回采进路，钻凿炮孔、出矿可以在同一矿 块的不同分段同时进行。 无底柱分段崩落法的采场结构如图( 1 1 ) ，以步距为回粟单元，一个步距一个步距 的崩矿，一个步距一个步距的放旷。i f 常回采的时候，每个步崩落的矿石至少有两个面 ( f 而和顶面) 接触矿石，一般都是三个面( 正面，顶面和侧面) 接触矿石，这样的矿 岩动态接触而积比其他崩落采矿法大，废石混入源多，冈此该法对放旷方式与采场结构 合理性的要求比较严格。 燮望塑主! 竺 苎二主! ! 主 _ _ - k - 一 一 1 、2 上下阶段沿脉运输巷道3 一矿石溜井4 _ 设备井5 一通风行人天升6 分段运输甲 巷 7 一设备升联络道8 一同采巷道9 一分段切割平巷1 0 一切割天升1 1 上n n , t 绷l 图 1 1 无底柱分段崩落法典型方案 f i g 1 - 1t h et y p i c a lp r o j e c to f s u b l e v e lc a v i n gw i t h o u ts i l lp i l l a r s 1 3 2 采场结构参数的优化 无底柱分段崩落法影响放矿的采场结构参数主要是分段高度( h ) 、进路间距( s ) ，崩矿步距( l ) 。分段高度和进路问距是两个相瓦关联的参数，从有利于改善矿石移动 窄问条件米讲，对一定的分段高度，存确定进路问距时应考虑如下两点：其一，保证分 段放矿结束后，所形成的矿石脊部残匿f 体( 进路之问残留矿石构成的7 肜体) ，只有一个 峰佰，而且峰值点位于两条进路的叶 f j ；其一，改峰值点在下分段出矿时率先到达出矿 v 1 。前一条原则限制进路间距不能过大，后条坂则限制进路削距，术文使_ l 两种1 方法 确定进路j 脚距的合删值， 种为经验公。e 法；列种为区域分1 | 行法。总的术既，采场 构参数与放旷厅一足影| | 向采矿效果的小，j 分割的棚部分，两甾f 抄”配介扶同适应崩落岩 r ，的移动规律，j 能扶得最佳的丌泵f 刚i 杯 矿钉的回聚二讧岛向贫化牢低。 东北大学硕士学位第一章引言 1 4 论文研究背景 东北大学与弓长岭铁矿于2 0 0 3 年9 月签定了“弓长岭铁矿高效采矿方法实验研究” 技术开发合同。本论文根据合同要求，本着高效采矿的目标，对弓长岭铁矿采场结构参 数改进进行了系统的研究。 弓长岭井下矿无底柱分段崩落法矿石损失贫化人的原因，主要是采场结构不适应崩 落矿岩的流动规律，表现在崩落体、残留体与放出体三者关系的不协调。按放出体形态 改进采场结构，可使崩落矿石的放出条件得到根本改善，由此可大幅度降低无底柱分段 崩落法的矿石损失率与贫化率。 1 5 本论文研究内容、研究方法 1 5 1 主要研究内容 ( 1 ) 通过矿石散体流动参数实验，作出矿石端部放矿的达孔量曲线图、回归曲线 方程，进而确定出散体流动参数值。 ( 2 ) 通过现场实际观察、岩体结构商调查与点荷载强度测定，对矿体与近矿围岩 进行稳定性分级，进而分析在不盘不稳围岩里布嚣采准工程的可行性。 ( 3 ) 根据散体的流动特性与岩体的稳固特性来确定采场的结构参数。 ( 4 ) 根据矿体赋存条件，探讨增大采场结构参数、实现高效率开采的可行性。 1 5 2 研究方法 结合现场实际，本文采用以下研究方法 ( 1 ) 达孔量法。 ( 2 ) 现场观测方法。 ( 3 ) i s r m 法。 1 6 研究的意义及达到的目标 意义：通过矿秆散体流动参数实验，作 矿石端部放矿的达孔量曲线图、回归曲线 方程，通过刘放出体髟念的回归拟合，进而确定出散体流动参数值。根据散体的流动特性 与岩体的稳固特性来确定采场的结构参数。对采场结构改进，使之建立安全高效开采条 件。通过现场实际删察和测量矿岩强眨等，来研究矿石的稳削性及舀不稳岩层罩布旨同 采进路的可行肚。 目标：改进采场构、增大分段“度提高丌采效率，他无胍丰1 分段崩落法成为弓 蚝岭 ：下咿的1 ：体_ ：矿力法，为弓k 岭钬t j j j 跳高效帛，低失眠贫化、低成本、低 东北大学硕士学位 第一章引言 事故隐患与高生产能力的丌采目标提供技术支持。 东北大学硕士学位论丈第二章矿山地质生产自然概况 第二章矿山地质生产自然概况 2 1 矿区位置与交通 弓k 岭矿区位丁辽宁省中部，西北距辽阳市3 0 k i n ，西南距鞍山市4 0 k r n ，行政隶属 辽阳市弓长岭区安平镇管辖。 矿区交通极为方便，辽溪铁路从矿区西北端安平站通过，矿区有专用宽轨铁路与辽 溪线相连，还有公路与辽阳市和鞍山市相通。 矿区属低山丘陵地貌，位于氏白山脉支脉千山山脉西北，山脉走向一般为北东走向， 高度般为+ 2 6 0 - - 5 0 0 m ，最高山峰+ 5 6 5 m 。最低河床标高2 2 0 - - 2 2 4 m ，相对比高3 3 9 3 4 1 m 。山脉坡度不大，多为1 0 2 0 。，剥蚀比较强烈，山谷多呈u 型。矿区位于汤 河与蓝河之f t l j ，均属太子河水系。 本区属温带气候，年中冬季最长，夏季次之，四季分明，温度变化较大。年甲均 气温多在7 8 ，最高气温在7 8 月份。年降雨量般为7 0 0 9 0 0 m m ，降雨量最多 月份为6 9 月份，平均降雨2 0 6 2 m m 。积雪期为每年的1 1 月到来年4 月，夏季多为南 风与东南风，冬季为= l x t , 与西北风。 地震：矿区处于老震区的边缘，属度裂隙区。是我省预测5 0 一1 0 0 年裂度i 、，度区。 本区气候适宜，交通便利，物产丰富，经济状况较好。农业以粮食为主，产玉米、 大豆、高梁，经济作物为辅。劳动力资源充足。 2 2 矿床地质特征 弓长岭铁矿二矿区位于区域构造弓长岭背斜的北翼。矿区西北端以寒岭裂隙为界， 延深向东南，全长4 8 5 0 m ，宽7 5 0 m ，面积3 6 k m 2 。地质资料e 共有3 0 个剖面线，其中 中央区范围9 1 9 剖面线，全长1 6 0 0 m 。 矿区分布的岩层主要为前震旦系鞍l l i 群茨沟组，少部分为奥陶系及第四素。矿区北 东及南西两侧有大面积混合岩及混合拢岗岩，火成岩零旱分布，有长英岩，伟晶岩及苍 性岩脉等。 2 2 1 地层层序 2 2 1 1 鞍山群 茨沟组变质岩系f 1 上而1 、划分： ( 1 ) 件质岩层( s 、： 狰r l ：复杂胆度2 52 0 0 m ，乃黑j 、母、喳i w , 】4 - 1 、涓fz 等t i 英j ：7 ，火 晦层醑铁石英 “，川蔓2 5 m 。 东北走学硕士学位论吏 第= 章矿山地质生产自然概况 ( 2 ) 上含铁带： 第六层铁矿厚51 6 0 m ：上角闪岩( a m ) ，由合石英及黑云母角闪片岩等组成，厚 6 2 2 m ；第五层铁矿：厚o 1 5 m ；下角闪岩( a m ) ，同上角闪岩，但有钠长石片岩， 厚l o - - 4 0 m ：第四层铁矿；厚2 - - 2 2 m 。 ( 3 ) 0 0 部钠艮石片岩带( k ) ： 岩层厚度为7 0 - - 8 0 m ，以石英黑云母钠氏石片岩、石英绿泥钠长石片岩为主，局部 为钠长石角闪片岩，夹溥层碎石英岩层，即第三层铁矿( f e 3 ) ，铁矿厚o 2 0 m ，并为 本矿区标志层。 ( 4 ) 下含铁带 第二层铁矿( f e 2 ) ，厚2 5 0 m ：中部片岩( s p s ) ，厚o 一2 0 m ，第一层铁矿( f e l ) ， 厚01 8 m 。 ( 5 ) 底部片岩( p s p ) ： 厚o 一4 0 m ，含黑云母、绿泥石、滑石及石英等片岩。 ( 6 ) 底部角闪岩( h b ) ： 厚2 0 - - 3 8 5 m ，主要为斜长角闪岩。此外，含黑云母、绿泥石英角闪岩。 2 2 1 2 奥陶系( 们- - 0 2 ) 包括中下两个统，主要为灰岩、页岩、白云质灰岩组成，与茨沟纽为断层接触。 2 2 1 3 第四系( q ) 厚1 0 一2 0 m ，丰要为冲积层及山坡堆积物。 2 2 2 地质构造 弓k 岭铁矿矿区位j ：区域构造弓长岭背斜北翼，岩层走向1 2 0 。一1 6 0 。，倾向北东， 倾角6 0 。一8 5 。，断层发育。 t l 走向逆断层：为矿区最大断层，沿f e 6 卜j 盘延展，倾角6 0 一8 5 。，切割了f e 4 。部分。在1 01 l 剖面时f e 6 变薄。在1 5 剖而h , j f e 6 错动而重叠。t 3 走向逆断层： 靠近f e 6i ：盘断续m 现在9 刮、l2 及17 1 9 剖面之州i i ，切削了f e 6 一部分。t 7 走向 逆断层：使1 11 3 剖面缺少下含铁带。t 2 走向逆断层：使1 41 6 剖面的f e 5 丁地捉 消欠。t 3 走l 叭r 断层：分响j 存9 一1 8 剖面走向北西，倾向两南，倾角6 0 8 5 。，乖直 断距1 5 18 m ，使f e 6j f 复山现，j 。 标高在l5 0 m 以上。t 4 走向1 t 断丘：分布在15 18 削面，产状同t 3 ，i 川新距7 0 1 0 5 1 1 1 ，使f e 6 一r 复现，j 。m 枷、：i l5 0 m 以| 。 7 倾层：位j 12 削l ，t 南北，帧m 阳，倾f f j7 5 “，切惭l 岔饮，j 仔，水、 断距为 i 2 0 m n 8 强断垃：pj 12 18 剐川i 止i 【| j | l 倾向阳i n 坝m8 5 。，uj 断l 。f 苎翌生曼兰塑兰堂堡圭 苎三芏竺生些堕圭生! 竺垫垫 铁带，水平断距5 - - 3 0 m 。 2 2 3 矿体规模及特征 矿区中央区上含铁带为主采矿层，包括f e 6 、f e 4 、f e 5 各矿层，其规模及特征分述 如1 f ： f e 6 ：为本区最大矿体，矿层延伸至_ 6 0 0 m 以下，矿层水平厚度：1 3 m ，剖面以西 为6 - - 2 9 m ，平均为1 3 m ；1 3 剖面以东为1 2 2 7 m ，平均1 9 m ，走向北西，倾向北东， 倾角6 0 8 5 。a 富矿体主要分布在此层，矿体连续，但受f 4 诈断层影响，在1 5 - - 1 8 剖面之间出现重叠，矿体变厚。 f e 4 ：为较大矿体，延伸至一4 0 0 m ，矿层水平平均厚度11 5 m ，夹层少，夹层厚度0 8 m ，走向北西，倾向北东，被走向和横向断层切割，一般横断层水平断距2 0 m ，垂 直断距8 0 m 。f e 5 ：为较小矿体，呈透镜体状，不连续分布，长3 5 0 6 0 0 m ，厚度3 1 0 m ，走向北西，倾向北东，倾角6 0 - - 8 5 。，延伸最大至一4 0 0 m ，局部有富矿，夹层 少，厚度o 一4 m 。 2 2 4 矿石质量特征 2 2 4 1 矿石组成 按自然类型分为磁铁石英岩和磁铁富矿，其次为假象赤铁石英岩和赤铁富矿。按工 业类型分为贫矿石、高炉富矿和平炉富矿。矿石矿物主要为磁铁矿、次为赤铁矿、褐铁 矿。脉石矿物主要为石英，次为角闪石、绿泥石、透闪石、黑云母及磷灰石等。 2 2 4 2 矿石结构构造 ( 1 ) 磁铁石英岩：主要为粒状变晶结构，次为磷片变晶结构，粒发0 0 2 0 3 r a m ，大 部在0 2 5 m m 以下。构造以条带状为主，黑白条带之比4 ：1 奄2 ：1 之间，黑色条带主 要为磁铁矿，白色条带主要为石英。次为块状构造。 ( 2 ) 磁铁富矿：主要为粒状变一1 7 日二一k 构，均粒嵌品结构，磁铁矿粒度o 1 1 0 m m ，一 般0 2 - - 0 7 r a m ，占7 0 - - 9 0 。佰英粒度0 10 2 r a m ，均粒嵌晶结构，占1 0 3 0 。 2 3 矿区开采技术条件 2 3 1 上含铁带上下鼎围岩 稍闭岩：主要赴 ：剂混含井、 pf 甜圳岩： 露赴石共，纵7 肥j _ i 英岩及f 英片岩。 。、? 、”z 、啡钠、i 乏行片。 东北大学硕士学位论文 第二章矿山地质生产自然概况 2 3 2 矿体内夹层及矿层之间夹层 主要是角闪岩、绿泥石、石榴何等系列蚀变片岩。 f e 6 和f e 4 层矿之问夹层厚度以1 3 剖面为界，以西水平厚度1 3 m ，以东2 9 m ，f e 6 矿体i ! | 夹层一般有l 一3 层，厚2 8 m ，延伸4 3 5 5 0 m ，走向长3 0 - - 4 0 0 m 。 f e 4 矿体内夹层较少，呈透晶体，一般1 2 层，厚2 5 m ，延伸4 5 - - 2 0 0 m ，走向 长6 0 1 0 0 m 。 2 3 3 矿岩物理力学性质 体重：平炉富矿4 7 t m 3 ，高炉富矿4 i t m 3 ，贫矿3 4 t m 3 ，矿石综合体重4 1 t m 3 ， 岩石体重2 9 2 t m 3 。 松散系数：贫矿1 5 2 ，富矿1 6 0 ，矿石综合1 5 7 ，岩石1 5 。 湿度：矿石0 2 2 4 。 矿石孔隙度：1 1 。 硬度( 普氏) ：铁矿l o 一2 0 ，石英岩1 7 ，片岩2 一1 7 ，角闪岩6 1 8 ，混合岩1 3 5 一1 75 2 4 矿石储量 2 4 1 工业指标 平炉富铁矿：t f e ， 6 0 ，s 0 0 5 ，p 0 0 5 。 高炉富铁矿：t f e ，4 5 ，s o 3 ，p o 1 8 。 贫铁矿：t f e 为2 0 一4 5 。 矿石可采厚度：富矿l m ，贫矿2 m 。 央石剔除厚度：富矿o 5 m ，贫矿2 m 。 2 4 2 储量 根据1 9 8 1 年1 0 月鞍l l f 冶会地质勘探公司u u 零四队提交的辽宁省辽阳县r jk 岭铁 五广床：矿区第二期地质勘探报；j ，弓长岭铁矿。lz 央深升一2 8 0 m 中段队上，b + c 级储 显为1 0 3 87 2 万t ，d 级93 2 ji 合计1 0 4 8 0 4 jt 。2 8 0 m 至一5 8 0 m ，1 3 + c 级3 2 0 2 4 2 ji d 级2 1 6 2 8 2 jt ，合汁5 3 6 52 4 万t 。 2 5 矿井开拓开采现状 i j 、铁矿包括二个独、，1 一h 、7 ：下川，即- l ，_ ：震卜、18 0 m 果k 和阳i l 乐卜吱r i t 0 东北大学硕士学位论丈 第二章矿山地质生产自然概况 央采区是井下铁矿的主采区，担负着主要的采掘任务，f 1 前的年产量为1 0 0 万t 左右。 下面对三个采区的开拓、开采状况进行分述。 2 5 1 中央采区 井下铁矿是我国著名的地下开采铁矿，是鞍钢集团重要的铁矿石供应基地，中央采 区是井下铁矿的主采区，已有7 0 多年的开采历史。 2 5 1 1 开拓 中央采区采用竖井开拓，共有5 条竖井，开拓水乎每6 0 m - 个中段，自1 0 0 m 中段 以下，有一1 6 0 m 中段、- - 2 2 0 m 中段、一2 8 0 r n 中段、- - 3 4 0 m 丌拓中段和- - 3 6 5 m 开拓 中段。 f 1 1 井筒 主井为混合井，井筒直径8 m ，井口标高+ 1 5 7 m ，井底标高- - 3 6 5 m ，井筒内主要设 施有箕斗提升装置和罐笼提升装置，箕斗提升矿石，罐笼提升人员、材料，同时作为入 风井。 副井为人员、材料提升井，井简直径6 m ，井口标高+ 1 8 2 m ，井底标高- - 3 4 0 m ，井 简内双罐笼提升。井筒主要用于人员、材料的提升，同时作为入风井。 东南风井，井筒直径3 5 m ，井1 1 3 标高+ 2 9 2 m ，井底标高- - 2 8 0 m ，无井筒设施，为 回风井。 西北风井：井简直径3 5 m ，井口标高+ 1 8 9 m ，井底标高- - 2 8 0 m ，无井筒设施，为 回风井。 中央风井：井筒直径5 2 m ，井v i 标高+ 3 3 0 m ，目前为基建提升井，为进风井。 ( 2 ) 0 0 段 中央采区为多中段、多水平开拓，每6 0 m 为一个中段，即为一个提升水平，从一l o o m 以下，有一1 6 0 m 中段、一2 2 0 m 中段、一2 8 0 m 巾段，以上诸中段中，一1 0 0 m 中段为残 采作业，已基奉结束，一1 6 0 m 中段和- - 2 2 0 m 中段为主要生产中段，l f 在进行基建和采 准作业。从- - 2 8 0 m 中段以下，进行了- - 3 4 0 m 的丌拓工程，- - 3 6 5 m 作为一3 4 0 m 的下部 延伸，已进行了部分基建t 程。 2 5 1 2 开采 中央采区主要采用两种采矿方法：无底柱分段崩落法和浅孔留矿法。鞍钢矿山公司 设汁院于1 9 9 7 年4 月提出中央采区东部聚喟虻底柱分段崩落法，晒北部采用有底柱分 段崩落法，但现场来看，中央采区并未采辟j 行底柱分段崩落法只求用了无底柱分段崩 落法。 ( 1 ) 无底拄分段川簿法 东北大学硕士学位论文第二章矿山地质生产自然概况 矿块高度：即中段高度为6 0 m ，每次崩落的分段高度1 0 m 。 进路间距：当矿体厚度大于1 5 m 时，进路垂直矿体走向布置，进路f l e el o m ；当 矿体厚度小于1 5 m 时，进路沿矿体走向布置，进路规格为3 6 3 o m 。 分段联络巷道：当f e 6 层矿体厚度大于1 5 m 时，在f e 6 和f e 4 二层矿体的中间位置， 沿矿体走向布置一条分段联络巷巷道规格为3 6 3 o m 。 溜井布置：每个矿块设一个溜井，布置在f e 4 层矿体的下盘岩石中，其上口距f e 4 矿体下盘5 6 m ，溜井间距1 0 0 m ，溜井规格为2 m 2 m 。 通风天井：每1 0 0 m 设一条通过各分段联络道与各分段巷道相通，主要用于采场通 风，规格为2 m 2 m 。 矿块布置：当矿块沿矿体走向布置时，1 0 0 m 一个矿块；当矿块垂直于矿体走向布 置时，5 0 m 一个矿块。 f 2 ) 浅孔留矿法 矿块高度：为中段高度，一般为6 0 m 。 进路御置：当矿块水平厚度大于3 0 m 时，进路垂直矿体走向布置，进路间距1 8 m ； 当矿体水平厚度小于3 0 m 时，进路沿矿体走向布置。进路规格为3 6 m x3 0 m 。 矿块沿走向布置，长度为5 0 m 。顶柱厚度6 m ，间柱8 m ，底部高度1 2 m 。 采准天井：在问牲中布置，规格为2 m 2 m ，每隔4 m 至6 m 开凿断面为2 m 1 5 m 的人行联络巷道，通往采场。采场两端的人行联络巷应该错丌布置。 底部结构：主要布置放矿漏斗，电耙道及放矿漏井。当矿体厚度小于9 m 时，一般 布置单耙道漏斗；当矿体厚度大于9 m 时，一般布置单耙道双漏斗。电耙道断面为2 5 m 2 2 m 。在电耙道的一侧，布置电耙道硐室，硐室的长度为4 m ，宽度为3 m ，高度为 2 m 。在电耙道绞车一侧的电耙道内，布置放矿小漏井，接通运输平巷，溜井断面2 m 2 m 。 2 5 21 8 0 m 采区 1 8 0 m 采区包括1 8 0 m 车间和1 4 0 m 车间。 2 5 2 11 8 0 m 车间 1 9 8 6 年丌始建井，已经有1 8 年的丌采历史。采1 8 0 m 一1 4 0 m 水平矿块，走向长 1 3 0 0 m 。 采矿方法：全部采用浅孔箭矿法。目前，正在进行采矿的有4 个矿块，其中一个诈 在进行娥粟。 伞二间共自6 4 人，其中个民所有制r 人3 7 人，其他是劳务f 同或农民1 。合同。今 每：f 门f rf “6 ：点i 预汁达到l i5 j 【。 东北大学硕士学位论文 第二章矿山地质生产自然概况 开拓方式：平硐开拓。 2 5 2 21 4 0 m 车间 1 4 0 m 车间和1 8 0 m 车间一样，为1 9 8 0 年投产的矿井。平硐开拓，开拓水平为+ 1 4 0 m 。 矿体走向长1 3 0 0 m ，共划为2 6 个矿块。目前，有一个准备采场，一个回采采场。 全车间共有人员1 0 9 人，其中全民4 0 人，其余为劳务和农民合同工。今年预计产 量2 4 万t 。 2 6 3 西北采区 平硐一盲斜井开拓，平硐v i 标高+ 1 l o m ，共有3 个中段，即+ 1 l o m 中段、+ 5 0 m 中段和一l o m 中段，生产水平+ 5 0 m ，一l o m 水平正在进行开拓工作。从+ 1 l o m 水平 经盲斜下延至+ 5 0 m 水平，盲斜井坡度为1 8 。，运输主巷，分为东、西两翼，进行丌拓、 开采。 东翼矿体的进路标号为5 6 0 2 、5 6 0 4 、5 6 0 8 、5 6 1 0 、5 6 1 2 、5 6 1 4 、5 6 1 6 ，共7 个进路。 西翼的进路为5 6 1 8 、5 6 2 0 、5 6 2 2 、5 6 2 4 、5 6 2 6 、5 6 2 8 、5 6 3 0 。全部采用浅孔留矿法开采， 矿块走向长5 0 m ，人行天井和回风天井开凿在8 m 间柱内，每个矿块般有2 个天井， 一个人行井，一个为回风井和上水平相通。底柱高度7 m ，溜矿井间距8 m ，净留矿柱 6 m 。 西北采区的生产系统，相对1 8 0 r n 采区较为复杂，采用的矿石需经盲斜井提升至+ 1 1 0 m 水平，经平硐运至地表。目前，东翼生产矿块有2 个，西翼2 个，共4 个。西北 采区年产矿石1 4 万。 东北大学硕士学位论丈第三章岩体稳定性分级 第三章岩体稳定性分级 3 1 结构面调查及数据整理 工程岩体之所以失稳，其关键问题在于岩体内存在一些软弱结构面。软弱结构面的 性状、力学性质及空间组合条件也控制着矿u j 地压活动与岩体的冒落过程。用现场调查 的方法，研究岩体结构面的性质和特征，对其进行定性和定量的描述，在岩体稳定性分 级中具有重要的意义。通过结构而调查确定的定量指标，还可以反映岩体结构的特征”1 。 为了对岩体进行稳定性分级，我们与弓长岭铁矿的地质工程师一道选择测量地点， 经过对比，最终选择一2 2 0 m 分段的4 5 川、靠5 川的上盘进路和下盘进路，一2 2 0 米4 5 川上盘进路，一2 2 0 米4 5 川下盘( 导) 探矿。+ 4 8 米4 3 川上盘进路和进路2 1 j f 】甲炉， 4 5 川上盘进路，4 川下盘( 冒落区) 穿脉巷道，2 1 川平炉矿进路，进行结构面测量。 3 1 1 结构面调查的方法 在所选断面附近，对6 m 范围内的围岩进行观察分析，将产状大致相同的结构面划 分为同一组，分组量测结构面的产状，包括倾角、走向和结构面的间距等。因为矿石为 磁铁矿，所以不能采用传统的量测工具地质罗盘。我们自制的测角工具如图1 所示， 在一个带量角器的直角三角板中，在量角器原点钻一小圆孑l ，用细绳坠一重锤。测量时， 将三角板的一边平行地放在结构面上，读取量角器的读数，由此计算结构面倾角p 。p 与a 的关系：当直角边放在结构面一卜 测量时：b = a - - 4 5 。；当斜边放在结构面上时：1 3 9 0 。一i , 。 总共测