（矿业工程专业论文）极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究.pdf

原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说明。 作者签名：日期：透巫年幽么 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文； 学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 名缎燧蚴噼必珠 中南大学硕士学位论文 极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 摘要 缓倾斜中厚矿体的采矿方法问题是长期来困扰贵州开磷集团极 乐矿段开采的首要问题，也是目前公认的世界性采矿难题。文章以 贵州开磷极乐矿段为研究对象，从采矿方法的选择入手，通过对采 矿工艺、采场生产能力与大型无轨设备的配套、矿段开采规划与环 境保护等方面开展研究，有机地吸收了其他各类采矿方法的优点与 长处，研究出切合极乐矿段开采的合理的采矿方法，对极乐矿段的 安全、高效、经济开采具有重要价值和指导意义。 缓倾斜中厚磷矿体开采在我国没有现成的经验可以借鉴。作者 应用矿山开采的相关理论与方法，结合长期的生产实践与现场经验， 对缓倾斜中厚磷矿体采矿方法进行研究。首次运用模糊数学的理论 与方法对缓倾斜中厚磷矿体采矿方法进行优选，并将矿体生产能力 与无轨设备的配套和矿段规划开采与矿山环境保护等纳入到研究的 内容中，对开磷集团极乐矿段的开采作了全面深入的探索性研究， 对下步矿山生产和可持续协调发展具有很好的实用价值，其成果可 直接应用于极乐矿段的开采和远景规划。 关键词缓倾斜矿体，采矿方法，无轨采矿，环保，规划 中南大学硕士学位论文极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 a r e rl o n 哥t i m ep r o d u c t i o np r a c t i c e ，t i l ea l l t h c rp u t sf o r w a r dt l l e m e s i s s t l l d y o nt h eo v c r a l i m m i n gt e c h n i q u e f o rt h eu m o u c h a b l e 0 r e b o d y a tj i l e s e c t i o n ，b a s e d o nt h e p r e s e n tm i n i n g c o n d i t i o n b e g i 彻i n gw i t l lm e c h o i c eo f m i n i n gm e t h o d s ，t l l ep 印e rc o n c e m s w i t h m e m i n i n gt e c l l l l o l o g y ， m e m a t c h i n g b e 咐e c n p r o d u c t i v i 够 a n d l a r g e s c a l e 打a c k l e s se q u i p m e n t ，t 1 1 ee n v i r o m e n tp m t e c t i o na n dm i n i n g p l a n i nt h ee n d ，m ea u t h o rb r i n g so u tap r o p e rm i n i n gm e t h o d f o rj i l e b l o c k ，w t l i c hm l l ya b s o r b st h es t r o n 印o i n t so fv 撕o u s 蛐g m e t h o d s w i t hn oe x p e r i e n c et oc o n s u l tf o rm e s t u d y ，t h ea u t h o rc o m b i n e s p r o d u c t i o np r a c t i c e a n dr e l e t t h c o 吼 a n d g a i n s t h e p e r f e c t c o m b i n a t i o nb e t w e e nt h e o r ya n dp r a c t i c e t h ea u t h o rh a sn o tt a k e nt l l e w a yo fd e r i v a t i o nw i ! t h l o t so ft h e o r e t i c a lf 醣m u l a e ，b u t e n g a g e di n s c i e n t i f i cp r a c t i c et of i i l i s ht h es t u d yo fm em i i n gm e t h o df o rj i l e o r e - b l o c k e s p e c i a l l y t h ep 印e r h a st h ei i l l l o v a t i o no fb r i n 百n gi n t ot i l e m a t c h i n gb e t w e e np r o d u c t i v i t ya n d 咖c k l e s se 州p m e n t 锄dp l a n m i n i n g f o r o r e _ b o d y t h er e t u m s h a v e g o o du s ev a l u e ，w h i c h h a v eb e e n s u c c e s s m l l y u s e di nt l l ee x p l o i t a _ t i o no f 朋l eo r e b l o c k k e y w o r d s g e n t l yd i p p i n go r e - b o d y m i n i n gm e t h o d ，r e s e a r c h ， 仃a c k l e s s ，e n 啊r o m e n tp r o c t e c t i o n ，p l 蛆 中南大学硕士学位论文极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 第一章绪论 1 1 极乐矿段开采现状与问题的提出 洋水矿区位于贵州省开阳县金中镇境内，极乐矿段属洋水背斜轴部，构造 复杂，节理发育，矿体呈缓倾斜，倾角一般在5 0 1 5 。，厚度3 4 m ，已探明磷矿 石工业储量b + c + d 级5 9 8 41 5 万吨。现有两个生产采区，采场有公路直通中心 矿仓，最大运距1 0 k m 。 2 0 世纪8 0 年代后期，由于矿床地表多处出露，地方上个体和集体开始修 筑简易公路，对极乐矿段进行了开采。为尽可能避免矿体被破坏，由开阳磷矿 下属沙坝土矿和地方村级组织分别在大坡和小屯坡进行以地方劳务输出为主的 联采。1 9 9 2 年，沙坝土矿在极乐矿段南端，小屯坡石人山露天采场以东建井实 施小屯坡延伸工程，拉开了极乐矿段井下正规开采的序幕。1 9 9 4 年。沙坝土矿 在极乐北段成立大坡采场，正式对整个极乐矿段实行规范开采。至2 0 0 1 年底， 沙坝土矿在极乐矿段已形成年产5 0 万吨的生产规模。目前主要采用平硐一斜坡 道开拓，房柱法采矿，无轨铲运机装矿，自卸汽车运输，自然通风，自流或潜 水泵( 离心泵) 排水。 极乐矿段矿体的基本特性是：矿体中厚、倾角缓、构造多、节理发育、价 值低，该类矿床是国内外公认的开采难度较大的矿床。如何选取适当的采矿方 法和采场结构参数，有效解决地压问题和环保问题，保证安全高效地采矿，是 开磷集团要求解决的主要技术问题，也是本文研究的主要内容。 1 2 缓倾斜中厚矿体采矿方法评述 国内外缓倾斜中厚矿体虽然在矿山开采中占有相当比重【。2 0 l ，但与贵州开 阳磷矿集团极乐矿段矿体开采技术条件类似的矿山贝0 是少之又少。缓倾斜中厚 矿体因矿体倾角缓，矿石无法自溜，需采用机械运搬或人工扒运；采场空顶较 高，顶板管理困难，给生产安全带来重大危险隐患，因而一直是国内外的采矿难 题。另外，此类矿体的矿岩稳固性、矿石价值、矿体尺寸和倾角大小，直接关 系生产安全性、开采强度、生产成本、生产效率以及矿石的贫损指标及采准工 程星大小。从当前国内外矿山生产实践来看，其存在的问题很多，甚至问题非 常突出，主要是永久矿柱损失较大，采准工程量较大，作业安全性差，生产效 率低等。通过对国内外缓倾斜中厚矿体开采状况调查发现，倾角o 。1 5 。的 7 中南大学硕士学位论文极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 中厚矿体占所开采矿体的1 0 9 0 左右，以铜、铁磷矿床为主，其次是铅、锌、钼、 锑等。其采矿方法以效率较高的分段崩落采矿法、分段采矿法和房柱法为主， 其他方法次之。通过对国内外2 0 0 多家缓倾斜中厚矿体使用采矿方法进行统计， 各类采矿方法的比重如下表“1 ： 表卜l缓倾斜中厚矿体采矿方法比重表 采矿方法名称所占比重备注 分段崩落采矿法 2 6 其中：有底柱分段崩落采矿法 1 7 无底柱分段崩落采矿法 9 分段采矿法 2 0 房柱采矿法 1 7 留矿采矿法 1 3 l j 6 充填采矿法等 2 4 合计 1 0 0 针对开磷集团极乐矿段的实际情况，矿山地处山区，矿体地表和上部可以 变形沉降，因而从成本与经济角度考虑，矿体采用充填法和崩落法开采的可能 性较小，空场法开采是极乐矿段开采方法的首选方案。因此，重点对缓倾斜中 厚矿体空场法开采进行评述。 国内外缓倾斜中厚矿体应用房柱法的变型方案很多，主要有留不规则房间 矿柱的房柱法，留条形矿柱的房柱法，预切顶中深孔房柱法和浅孑l 落矿胶结矿 柱房柱法。 良山铁矿和牟定铜矿采用预切顶中深孔房柱法，采用脉内采准，浅孔超前 切顶，扇形中深孑l 落矿，锚杆护项，抛绳枪挂滑轮，采场电耙出矿。采场结构 形式是矿块沿走向布置，并划分为盘区开采。盘区布置2 3 组矿房和矿柱。盘 区长6 0 1 0 0 m ，阶段斜长4 0 6 0 m ，阶段高度一般为1 5 3 0 m 。矿房宽8 2 0 m ，矿房间柱宽3 8 m ，顶底柱高各3 6 m 。回采从切割上山开始，先用浅 孔在矿体上部进行切顶，切顶高度为2 3 m 。上部切顶可全面拉开，一次形成， 也可超前下部回采，分段形成。切顶揭露后的顶板用楔缝式锚杆支护，锚杆网度 ( 1 1 5 ) m x ( 1 2 ) m ，锚杆长度1 6 2 m 。凿岩设备主要有y g z 9 0 、y g z 8 0 钻 机。爆破采用2 # 岩石炸药，人工装填，部分矿山采用装药器装药。般采用排问 微差爆破。崩落矿石由电耙运搬。采用预切顶的方法，预先锚固顶板，安全性较 好，同时，通过预切顶，便于适应矿体顶板形态的变化，减小采矿贫化损失；采用 中深孔凿岩爆破，采场生产能力大，采矿工效高。其缺点是，在矿石品位变化较大 的情况下，不便进行分采。 前苏联米尔加里姆赛矿采用分段房柱采矿法和全面留矿法，分段房柱法沿 中南大学硕士学位论文 授乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 矿体倾斜方向划分与走向平行的矿房和矿柱，宽度分别为1 0 米和6 米，矿房分 上下两层开采，上半部超前回采，爆下的矿石通过矿柱中每隔2 0 3 0 m 开凿的 联络横巷同上部相邻矿房下半部采下的矿石一道运出。凿岩使用双机凿岩台车， 出矿用装载机和2 5 吨卡车。为使顶板岩石稳固，使用砂浆锚杆支护。配有k c 0 一1 2 型撬毛机和安装工作台。 全面采矿法则是中段高2 5 m ，采场斜长7 0 m ，矿块分为矿房矿柱，矿房宽8 米，分层回采，先采一层，留下部分矿石，作为下分层作业垫层和支撑顶板用。 矿房回采后，矿石暂不出窿，矿房采完后，再采矿柱，矿柱宽同为8 米。回采 矿柱中央5 m ，两侧各留1 5 m 作为永久矿柱支撑不采。矿房矿柱用电耙出矿。 采场生产能力为1 2 4 t d ，采矿劳动生产率1 1 4 7 工班，贫化率为3 3 ，损失 率为1 8 7 。 表卜2国内外缓倾斜中厚矿体房柱法主要技术经济指标 邵东石膏矿等采用浅孔落矿矿柱房柱法。普通房柱法的突出缺点是遗留矿 柱很难及时回收，矿柱损失较大，可达4 0 以上，且大量的空区给后续生产带来很 大的隐患。为此，高品位的矿山多采用两步骤开采、嗣后充填的房柱采矿法。其 回采顺序是先采矿柱，矿柱采空区胶结充填后，再回采矿房，矿房采空区用尾砂 充填。回采采用浅孑l 落矿，分层回采。崩落矿石用2 5 5 5kw 的电耙运搬。采 场顶板用锚杆网护顶。 纵观国内矿山，近年来尽管对各类房柱法作了不少改进，但其装备水平提高 不够快，大都未使用凿岩台车等设备，采场运搬设备仍以电耙为主。所以，综合生 产效率与国外同类采矿方法相比，仍然较低，保障采场安全生产的顶板管理措施 仍未达到满意的效果。国外应用房柱法的矿山普遍采用先进的采掘设备。据对 西方主要矿山的统计，应用无轨自行设备的矿山有4 1 个，其中加拿大1 1 个，英国 l o 个。凿岩作业一般采用装有l 4 个凿岩机臂的无轨凿岩台车：采场运搬大都 采用轮胎式铲运机，广泛地使用辅助机械进行采场顶板管理和锚杆护顶，从而保 9 中南大学硕士学位论文援乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 障了回采工作的安全。由于装备先进的采、装、运设备，采场综合生产能力、采 矿工效明显高于我国。 中厚矿体采用房柱法开采，在凿岩、矿石运搬，以及顶板管理方面会带来一 系列问题。所以，对矿石价值不高，或品位不高的矿体，多采用底盘漏斗采矿法开 采。该方法的特点是将矿体划分为盘区开采。盘区沿走向布置，长3 0 6 0 m 。 每个盘区内布置2 3 个矿房，矿房跨度1 0 1 5 m ，斜长一般5 0 8 0 m 。每个盘 区布置一条连续隔离矿柱，矿柱宽5 8 m 。采场之间不再留矿柱。在底盘围岩 内，于矿体倾斜方向开掘带有普通漏斗的电耙道出矿结构，在凿岩上山内进行中 深孔凿岩，采用分段微差爆破落矿。矿石靠自重经漏斗下放至电耙道，由电耙集 中耙至溜井放出。回采顺序是沿倾斜由上而下后退式推进，盘区内几个矿房同步 推进。采用y g z 9 0 型凿岩机在凿岩上山钻凿扇形中深孔，使用铵松腊炸药、微差 起爆方法，向切割槽爆破。剧下矿石通过开掘的漏斗自溜入电耙道内，再用3 0 5 5kw 的双卷筒电耙绞车，耙入集中溜井放出。底柱高度视底部结构而定采用漏 斗式底部结构时为5 8 m ，采用堑沟式时为l o 1 3 m 。顶板管理多采用崩落上 盘围岩的方法。该法将底部出矿结构沿矿体下盘布置，在凿岩上山进行凿岩作业， 出矿人员无须进入采场，回采比较安全，采场跨度与暴露空间可略为增大，采场 顶板稳固性要求也可略为放宽。另外，由于采用中深孔凿岩，几个采场可同时作 业，采场生产能力大，采矿工效高，采矿成本低。其主要的缺点是，采矿贫化损失 大。因而，该方法多用于倾角与厚度偏大的低品位、低价值的缓倾及倾斜中厚矿 体。相对国外，底盘漏斗采矿法在我国应用较多，尤其在铜矿和铁矿应用较为普 遍。近年来，随着金属价格的下调，我国资源的减少，以及该法贫化损失高、采准 工作量大、矿体形态适应性差等问题，其应用有减少的趋势旺7 】。 综上认为，对缓倾斜中厚矿体，房柱法仍是主要的开采方法。目前其开采主 要有以下四个发展趋势： 其一是针对不同矿体厚度和不同矿石品位，演变用不同的变型方案； 其二是对矿石品位较高的矿体，多采用两步骤开采的房柱法，矿房采空区和 矿柱采空区分别采用胶结和非胶结尾砂充填，以减小矿石贫化损失； 其三是对矿体厚度较大，且赋存稳定，厚度变化不大的矿体，主要采用中深 孔房柱法； 其四是采用高效率的大型机械化生产设备，努力提高矿块生产能力和工效， 降低作业成本，提高采场生产安全。 随着无轨自行设备的推广，各种台车的广泛使用，锚杆支护技术成功使用， 地下开采技术取得较大的发展，组合式采矿方法正被国内外矿山广泛使用。贵 州开磷集团对采矿方法进行了大量的研究，从底盘漏斗采矿、洪峰式采矿到大 1 0 中南大学硕士学位论文 极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 型无轨设备采矿方法试验，积累了大量成功的经验，目前极乐矿段缓倾斜矿体 的采矿方法是： 开拓一平硐、斜坡道开拓 采准一在矿体内沿走向布置采准巷道及其工程 切割一在矿体内沿矿体倾向垂直拉切割巷道和切割槽 回采一采用从采场端部沿走向后退式回采，在倾向上自上向下的回采方式。 矿柱一矿房间留矿柱 铲装一用大型无轨铲运机( s t 一6 c 柴油铲云机、t o r 0 4 0 0 e 电动铲云机) 出矿 运输一采用a c l 4 2 铲运机在井下倒运 极乐矿段缓倾斜矿体采矿还没有一套成熟的采矿方法，它是民采的基础上 接收过来进行的有规划的工业开采。开采方法为民采点柱式空场法，同时又吸 收了相关矿山采矿试验的成果，用大规模的无轨设备出矿，由于该矿段采矿方 法缺乏系统、细致、全面的研究，因而存在着采场结构不合理、生产能力小、 设备不配套、贫化损失大、资源浪费严重、成本高等严重不足，有必要对采矿 方法进行深入研究，确定出适合极乐矿段开采的安全、高效、经济、合理的采 矿方法。 1 3 研究的目的和意义 缓倾斜矿体的地下开采，在开磷( 集团) 还没有一套完整的、成熟的开采 方法，研究的目的是合理确定矿块布置形式、选择适当的回采顺序和方式，提 高极乐矿段矿体开采的回收率和开采强度，降低矿石贫化率和开采成本。探索 出一套切实可行的、完整的缓倾斜矿体的地下磷矿采矿方法，填补开磷( 集团) 对水平至缓倾斜矿体的磷矿采矿方法研究空白。 1 4 本章小结 本章从极乐矿段开采现状与问题，对极乐矿段缓倾斜矿体采矿方法进行了 评述，论述了进行采矿方法研究的必要性，阐明了极乐矿段采矿方法研究的意 义。确定了研究的目的和内容，即合理确定矿块布置形式，选择适当的回采顺 序和方式，以提高极乐矿段矿体开采的回收率和开采强度，降低矿石贫化率和 开采成本。 中南大学硕士学位论文极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 第二章采矿方法优选 2 1 极乐矿段地质概述 一、矿区交通位置和范围 贵州开阳磷矿洋水矿区极乐矿段位于开阳县城西2 9 公里，行政隶属开阳县 金中镇管辖。 根据矿段硝勘探线与8 撑勘探线之间的自然冲沟，将矿段分为南段和北段两 个部分。南段地理坐标东经1 0 6 0 4 9 4 l ”1 0 6 0 4 9 5 7 “，北纬2 7 。0 7 0 4 ”2 7 。0 8 7 2 4 ”。南北长25 k m ，东西宽1 1 k m ，面积25 k m 2 ，北段地理坐标东经1 0 6 。4 9 5 7 ”1 0 6 。5 l 3 3 ”，北纬2 7 。0 8 2 4 ” 2 7 0 1 0 5 0 ”。南北长4 公里，东 西宽l5 k m ，面积6 1 8 k m2 ，矿段至小寨坝至中心铁路专用设备线大水沟站4 k m ， 公路四通八达，可通贵阳、遵义、息烽、开阳等市( 县) ，交通方便。 二、矿床地质特征 极乐矿段位于洋水背斜轴部偏北部分，矿段内地层、岩性、构造线方向等 与整个背斜各处大体一致。矿层呈稳定状态产于震旦系陡山陀组上部，含磷岩 系为砂岩( 砂砾岩、页岩、砂质白云岩) 一含碘磷块岩一白云岩( 页岩、砾岩、 硅质岩) 建造。矿层沿走向长6 5 k m ，矿段北段受f 4 2 0 、f 4 0 3 、f 4 0 2 、f 4 0 1 等 纵向断层作用，矿体被逆推重叠或断开形成东矿块、中矿块、西矿块、中西矿 块、陡矿体等。各矿块由于受派生次级构造作用，矿层的完整性遭到破坏，矿 体起伏不定。 地层岩性地质特征：按地质年代由新到老、自上而下的顺序进行评述。 震旦系上统灯影组( z b d n ) 假整合 震旦系上统陡山沱组( z b d ) 假整合 震旦系下统南沱组( z 。r u l ) 微角度不整合 前震旦系板溪群清水江组( p t b n a ) 三、构造地质 极乐矿段位于洋永背斜轴部偏北部分，矿段内地层、岩性、构造线方向等 与整个背斜各处大体致。北段的地质构造中，断裂构造起主要作用。其中尤 1 2 中南大学硕士学位论文 极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 其以北北东组纵向断裂起切割矿层、维系纵深的构造骨架作用。其次为与纵向 断裂力学性质相配套的横向断层和斜交断层。 ( 一) 、断裂 发生于中生代的北北东向断裂在极乐矿段主要有f 4 0 3 、f 4 0 2 、f 4 0 l 、f 4 2 0 四 条，其中以f 4 0 3 逆断层和f 4 0 2 正断层规模最大，f 4 0 1 、f 4 2 0 正断层斜断距也在百 米阱上，均对矿层产生切割破坏作用。另外北东东组和北西西组次级小断层规 模甚小，它们切断北北东组断裂，生成时间稍晚于前者。 1 、主干断层 ( 1 ) f 4 0 3 逆断层：分布在矿段东部大坡、茶园坡等高标高处，因断层产状 平缓，破碎带露头环山分布，地势较低或i l j 坳处遭剥蚀不复存在。矿段内断层 长2 4 0 0 m ，向南向北继续延伸至极乐矿段南段和沙坝土矿段深部，总长6 0 0 0 m 以上。断层走向1 1 0 0 ，倾角8 0 至2 9 。，1 l 勘探线以南倾角平缓，1 2 勘探线以北 倾角有所变化，在大水沟茶丫口联采点内可见该断层局部地段平缓甚至略为西 倾。断层破碎带宽度一般3 4 m 。多为白云质糜棱岩组成。强白云岩化蚀变普 遍发育，局部硅化、重晶石化，偶尔伴有汞、铅锌矿化现象，当断层错断磷矿 层时，构造角砾岩中局部p 2 0 ，含量可达3 0 以上，( z k l l 0 5 、z k l 7 0 6 ) 。主断 面光滑如镜断面自身由2 至5 毫米厚的动力变质含铁白云质大理岩化重结晶断 层泥组成，压性特征显著。断层上盘向北西2 9 0 0 一3 2 0 0 方向作斜上冲逆掩式运 动，斜断距大于2 5 0 m ，造成陡山沱组和灯影组部分地层( 包括磷块岩层) 重复 出露，增多了矿段内矿石储量。f 。0 3 逆断层是矿段内表现构造作用力最强的一 条断层，下盘普遍发生拖拉牵引现象，并且导致发生一定规模的倒转褶皱，使 中矿块东部边界形态趋于复杂。 ( 2 ) f 4 0 2 正断层 分布在矿段谣部，为极乐矿段的西边界，断层沿走向向南向北延至两岔河 矿段和温泉矿段，总长1 5 k m 左右，断层倾向1 1 5 0 ，倾角3 9 0 。一1 1 5 0 ，破碎带通 过白云岩时宽度5 m 左右，( 1 5 勘探线西端) ，1 7 勘探线以北演变为地表相距 1 0 2 0 m 的平行断层，破碎带内构造角砾岩角砾棱角分明。f 4 0 2 断层斜断距大于 3 5 0 m ，从上下盘岩层层位新老跨度来看，断层断距南小北大。 f ”z 与f 4 0 3 两条性质不同的断层是极乐矿段一对不相等力偶的直接产物， 两条断层之间定范围内是不想等力偶的应力平衡区，派生断层相当多，其中 以f 4 0 t 和f 4 2 0 正断层且有一定的规模。 ( 3 ) f 4 0 l 正断层 分布在矿段西部，8 勘探线以南与f 4 0 2 相交，北至风岩河后消失，全长 3 7 0 0 m ，倾向1 0 0 0 一1 5 0 0 ，倾角4 5 4 6 0 0 ，南部稍缓，北部稍陡。断层斜断距在 1 2 勘探线与1 3 勘探线一带达3 5 0 m 左右，往南往北逐步减小。断层上盘大部分 中南大学硕士学位论文极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 为陡山沱组砂岩、磷块岩和灯影组白云岩，f * ，断层破碎带内构造角砾岩石棱 角分明，胶结松散，断层面弯曲粗糙。 ( 4 ) f 4 2 0 正断层 分布于矿段中部，南起1 1 到1 2 勘探线间，向北延至风岩河极乐矿段外， 沿走向2 7 0 0 m 以上，断层倾向1 1 0 0 左右，倾角5 6 0 一7 0 。，断层破碎带宽l o5 ， 构造角砾岩石大小o5 02 c m ，棱角不分明，砾石均为白云岩，胶结物为白云 质重结晶断层泥，胶结不够紧密，断层面较平整。断层断距面小北大，1 2 勘探 线斜断距6 0 m 左右，1 7 线9 0 m 左右，2 l 线1 7 0 m 左右。1 2 线以南断层急剧收 敛，到1 1 勘探线附近走向向东偏移，并在勘探线附近逐渐消失。f 。2 0 断层上下 盘地层的错跌使赋存在其中的磷块岩层成为不连续的两个矿块，随着断距向北 的不断增大，两个矿块之间的落差也逐渐增大，断层下盘的次级断层物别多。 为查明f 4 2 0 断层下盘密集发育的次级断层，分别在1 2 、1 5 、2 l 勘探线施工1 1 个钻孔，结果表明：1 2 勘探线f 4 2 0 及其下盘次级断层形成的断层束在与矿层等 标高处水平宽度3 8 m ，在1 5 勘探线上达1 0 0 m ，断层束使磷矿层局部变薄，或 者错动移位，断层因下盘次级断层发育，破坏了矿层的连续性，或者将矿层厚 度减薄至不可采，该类次级断层两盘位移方向及位称距离均具有补偿的特点。 而且上盘矿层下跌，两种因素使矿层在横剖面上和水平剖面上产生不可采 地段和无矿空白带，这条空白带在水平剖面上南窄北宽，向南到1 0 一1 14 勘探线 间尖灭。断层发散成多条小型断层向南延伸。 ( 5 ) f 4 0 4 逆断层 分布于矿段东部1 l 一2 2 勘探线，走向长度2 3 0 0 m ，断层倾向1 1 0 0 左右， 倾角5 0 0 一5 6 0 ，f 4 0 4 逆断层最大斜断距约3 3 m ( 1 9 勘探线) ，向南逐渐收敛，到 1 1 勘探线时断距己趋于消失。f 4 0 。逆断层f 4 0 3 逆断层下盘倒转褶曲近轴部的应 变逆断层，其上盘地层( 包括矿层) 产状近于直立，下盘呈下冲式拖拉褶曲。 揭露和控制该断层的有z k l l1 3 、z k l 2 0 5 、z k l 3 1 0 、z k l 5 0 8 、z k l 7 1 0 、z k l 8 0 5 六个钻孔。 ( 6 ) f 4 1 2 正断层 分布于矿段中偏西部王木沟到董家坡。走向长1 2 0 0 m ，南部与f 4 0 l 断层相 交，北部在王木沟附近消失，断层倾向1 0 5 0 ，倾角4 5 4 6 0 0 ，一般接近地表产 状较陡，深部变缓；断层斜断距在1 2 勘探线附近最大达2 0 m ，南北延伸后逐步 变小，断层破碎带宽05 m 左右，其中构造角砾岩角砾直径l 一5 m m ，棱角不分 明，胶结紧密，该断层在1 2 1 3 勘探线之间切割磷矿层。 ( 7 ) f 4 1 0 正断层 该断层南起方家沟以南，北至北高坡以北，断层倾向2 8 0 0 3 1 8 。，倾角 5 0 0 6 0 0 ，地表所见断距达8 0 m ，断层倾向在南部为3 1 0 0 左右，向北到北高坡一 1 4 中南大学硕士学位论文极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 带为2 9 0 0 左右，断层两侧发育同向边幕式高角度小断层。 ( 8 ) f 4 1 8 逆断层 该断层南起岩脚，经毛狗田、筲箕湾向北延伸，断层倾向9 3 0 1 2 0 0 ，倾角 1 4 。4 0 0 ，一般2 5 0 3 0 0 ，断层破碎带宽2 m 一5 m ，断层带内岩矿层有褪色和硅化 现象，斜断距2 0 m 一7 0 m ，在毛狗田至岩脚一带，断层紧靠矿层产出，为矿层 直接底板。 2 、次级断层 次级断层数量太多，不一一列出。这些小断层在f 。0 3 、f 4 2 0 等到主干断层 下盘大量发育，如大坡采场附1 4 运输大巷、2 4 运输大巷均在f 。2 0 下盘进行，由 于这些小构造的大量出现，使开拓方案多次进行更改。 ( 二) 节理 根据开拓及生产阶段所测得的大量节理产状所作的节理倾向玫瑰花图分 析，矿段内节理按走向可分为以下四组： 1 、北东东、北西西组：倾向北北东、北北西，最为发育。 2 、北西组：倾向南西较发育，北东次之，较发育。 3 、北东组：倾向南为主，发育较差。 4 、北北东、北北西组：倾向北东东、南东东为主，发育较差。 ( 三) 褶皱构造 经详勘、开拓、生产勘探证明，矿段内矿层与岩体无论走向或倾向延伸， 均显舒缓波状起伏，总体较为平直，仅在主干断层上、下盘产生牵引现象形成 褶皱。 四、矿层与围岩机械物理性质特征 岩矿物理性质和机械性质见表2 一l 、表2 2 。 丧2 1 淖木矿蓝枢乎矿锰羞矿助理性质剥盎诺覃表 。父 物理性质 体重吸水率孔隙率比重湿度松散安息角 ( t m 3 ) ( )( ) ( 妇3 ) ( )系数 白云岩2 7 606 l4 028 5 磷块岩 2 8 51 5 57 23 0 31 2 71 4 43 6 0 砂岩2 6 7l ，6 83 o2 7 4 页岩 2 7 239 53o2 7 6 中南大学硕士学位论文极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 毒2 2 洱牟矿苴扭垂矿垂乏岩矿机械性属科定诺果末 太 机械性质测定结果 抗压强度盯 抗剪强度f 垂直盯， 平行盯x 普氏系数f m p a m p am p 8 白云岩 1 1 704 7 6 7 69 985 l o 41 0 1 6 磷块岩 9 794 786 7 9 71 2 1 48 砂岩 7 733 1 556 1 228 l o 9 页岩4 9 21 8 6 037 8 93 5 5 五、矿区岩体暴露面积稳定性 随着巷道的开挖和矿石的回采，岩体原有应力平衡状态发生改变，引起地 应力重新分布。由于岩矿体结构的非均一性以及受构造破坏的多期性和多次性， 当采空区面积不断扩大，增到一定程度时，地应力将重新分布以达到平衡，从 而诱发新的地压活动，采空区将发生变化并产生顶板下沉、冒落和垮塌。据有 关调查分析：采空区“老顶”层暴露面积在3 0 0 8 0 0 m 2 时，一般可保持1 2 个 月不冒落，岩体结构完整的地段可保持6 个月以上，甚至更长；采空区“老顶” 层暴露面积超过1 6 0 0 m 2 时极易冒落，造成空区冒顶，山体崩塌；采场内“假 顶”层一般暴露1 0m 2 左右就会产生冒落，在厚度大、构造发育和渗、淋水较 大地段，该层一经揭露即会冒落，为此，掘进和回采过程中必须进行护顶支护， 特别是回采时必须强采，以达到采场地压活动周期未暴发之前将采场内矿石采 出。 2 2 开采技术条件 矿层与顶、底板围岩界线清楚，标志明显，易分辩。 ( 1 ) 矿层( z b p ) ： 主要为致密块状、粒状、细晶条带状磷块岩。矿体呈稳定层状产出，结构 单一，矿石性脆，受地质应力作用，“x ”节理、平行解理发育，小断裂较多， 矿体较为破碎。矿体凿岩性爆破性均好，属不稳固层，f = 4 1 0 。对采掘工程布 置和矿石回采影响较大。矿体呈微倾斜，倾角一般在5 1 5 。，厚度3 4 m ，已探 明磷矿石工业储量b + c + d 级5 9 8 41 5 万吨，具有较大的开采价值。矿体出露地 表较多，矿床地表复杂，多为山地、沟谷地带。矿体围岩的分界明显。 ( 2 ) 顶板： 1 6 中南大学硕士学位论文极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 直接顶板( z b d 3 ) ：该层亦称“假顶”，岩性复杂多变，互有缺失，极不稳 定。 该层为乳白色硅质岩条带、微晶白云岩条带及磷块岩条带互层，局部为间 夹灰绿色、兰灰色、褐黄色页岩，一经揭露破层，极易脱壳冒落，该层厚度 o 9 m ，一般1 4 m ，凿岩爆破性均好，属极不稳固，f = 1 4 。 间接顶板( z b d n l ) ：为灯影组岩层的第一段，俗称“老顶”。为灰白、灰色 厚层细晶白云岩，具蠕虫状结构，条带状构造，下部为假鲕状白云岩，致密、 坚硬，该层厚为3 0 3 5 m 。凿岩性好，爆破性差，属稳固，f = 8 1 0 。 ( 3 ) 底板( z b d l ) ：矿层直接底板为黄灰色薄至中厚层含磷砂质白云岩， 厚度o 1 9 2 5 3 m ，一般o 8 m 左右，凿岩爆破性好，属中等稳固；其下为灰绿 色石英砂岩，局部为灰红色砂岩，该层厚度6 1 7 m ，一般6 1 2 m ，凿岩性好， 爆破性差，属中等稳固，f = 6 1 2 。 ( 4 ) 南沱组、板溪群清水江组( p t b n q ) ：紫红色页岩、粉砂岩、粉砂质 板岩，为薄至中厚层状沉积层，层理、节理均较发育，性软，抗风化能力弱， 常风化呈小碎块，遇水易膨胀，风化后呈泥状，一经揭露，如不及时进行支护 和封闭，极易片帮、冒顶。若裸露时间超过一周，即使支护，巷道也易变形， 支护开裂脱壳。该段岩层凿岩爆破性均好，属不稳固层，f = 3 5 。 2 3 采矿方法评述 采矿方法是研究矿块的开采方法它包括回采工艺及采场结构两大方面的 内容。它的选择原则是：生产安全、开拓工程量少、投资省、经营费低、投产 快、管理集中方便；具有合理的、高效的采矿强度；采矿方法工艺成熟可靠、 采场结构合理简单、回采设备耐用高效；主要技术经济指标留有余地等。 2 3 1 几种可行的采矿方法 方案一：全面采矿法 全面采矿法一般在中等稳固的矿岩中应用较多，矿体产状较稳定，倾角小 于3 0 0 。 沿矿体走向及倾向一定距离划分采矿单元盘区，一般情况下，以两条 勘探线控制的矿体划分为一个盘区。 特点 全面采矿法一般沿矿体的走向把阶段划分成规则的矿块，由矿块进行回采。 如果顶板不太稳固时，需要杆柱加固，把矿块沿走向、沿倾向划分为段，使矿 块内形成许多区间进行开采。 1 7 中南大学硕士学位论文极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 适用条件： a 、一般要求矿岩中等稳固以上，顶板的暴露面积应大于2 0 0 5 0 0 m 2 ； b 、矿体倾角 1 5 0 0 0 m 2 以上时，可划采区开采，矿块四周留有顶柱、底柱、间柱。 2 、构成要素 1 ) 矿块长度一般在5 0 6 0 m ，个别矿山为3 0 m ； 2 ) 阶段高度受矿块的限制，一般在2 0 3 0 m 之间； 3 ) 矿块斜长受电耙的限制，一般4 0 6 0 m ； 4 ) 顶柱厚2 3 m ； 5 ) 在采用自重漏斗和电耙直接装车底部结构时的底柱高度为2 3 m ，个别 为5 7 m ； 6 ) 间柱宽为15 2o m ，个别6 8 m 或不留矿柱i 7 ) 区间长度有2 0 3 0 m ：有的为1 2 m ； 8 ) 分段斜长一般2 0 3 0 m 。 3 、采准切割 一般采用脉内布景，主要根据回采时的推进方向而定。 4 、回采 ( 1 ) 由于工艺要求，切割采场应超前回采采场5 0 6 0 m ，为了控制地压活 动，上阶段应超前下阶段回采采场5 0 6 0 m 。 ( 2 ) 回采工作面的推进方向 工作面推进方向有三种情况： 沿倾斜推进、逆倾向推进和顺倾向推进 5 落矿 使用7 6 5 5 型浅孔凿岩机落矿。 6 出矿 铲运机出矿。 中南大学硕士学位论文极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 方案二：锚杆护项房柱采矿法 1 、使用条件 1 ) 主要适用于矿石和围岩稳固与较稳固的矿体； 2 ) 矿体倾角3 0 度以下： 3 ) 矿体厚度小于8 1 0 m ： 4 ) 价值不高或品位较低的矿石。 2 、特点 1 9 中南丈学硕士学位论文极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 一般沿走向划分矿块，矿块又分矿房和矿柱，用锚杆锚网锚固切割上山和 回采空间顶板，空场内留规则的矿柱，可使人员和设备在空场下顺利完成各项 作业。巷道的支护方式为锚杆锚网支护，局部断层破碎带采用锚网喷浆支护。 3 、采场结构参数( 构成要素) 1 ) 中段高度4 0 m 。 2 ) 分段高度1 0 m 。 3 ) 矿块长度2 5 0 3 0 0 m 。 4 ) 矿房尺寸7 5 m 1 7 ，4 m 1 9 8 m 。 1 r i 篓l 争蔓羞l 争蝴看臼l 士石门# 黼平巷i 6 切翻l7 _ 采麓l3 - 蒯i 太着i9 采葫ll 醛秆 2 0 中南大学硕士学位论文 极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 5 ) 矿柱尺寸3 4 m 4 5 m 。 4 、采准切割 1 ) 脉内分段采准平巷 分段平巷布置在脉内，断面4 3 m 2 ，坡度o 5 ，由分段平巷掘进、扩帮、 起底三步工序来完成。掘进断面为1 7 m 2 ，扩帮断面为1 4 m 2 ，起底断面为1 2 m 2 。 掘进、扩帮时沿矿层顶板留0 5 m 左右的护顶矿层。 2 ) 脉外采准巷道 a 、溜矿井 溜矿井设于矿块中央底盘矿体最小1 0 m 的底板中，断面为67 3 m 2 ，倾角 5 5 。井简中央为锚网支护，卸矿口采用砼浇灌锁口。溜矿井下部，设有装车车 场和振动放矿机装载硐室。 b 、分段联络道 分段联络道断面为拱形，宽4 0 m ，高4 o m ，金属锚网支护，以“t ”型交 叉点同分段平巷相接，交叉点半径为5 m 。 c 、斜坡道 以斜坡道连接各分段联络道，断面为拱型，宽39m ，高33 m 。斜坡道直 线段坡度为2 0 ，弯道坡度为1 3 6 ，半径为85 1 0 m ，锚网喷浆支护。 3 ) 切割上山 分段平巷掘进后，沿走向每隔9 m 布置一条切割上山，切割上山开凿于矿 层顶部脉内，留05 m 左右的护顶矿层，倾角与矿体倾角一致，断面8 4 m 2 。 分段平巷和切割上山采用金属网加3 米长的锚杆锚固，要求在回采期间顶 板不冒落。 5 、回采 以切割上山为自由面，在分段平巷中，以台车超前钻凿平行于自由面的平 行中深孔落矿，大型无轨设备出矿。 6 、顶板管理 1 ) 顶板锚固 顶板锚固采用“密封锚固法”，在巷道开掘和回采作业时，不揭露直接顶板 并加以锚杆锚固，防止顶板冒落而影响作业安全和加大矿石贫化率。其技术要 求： a 、巷道开掘中预留o 5 m 左右的护顶矿层，封闭直接顶板，防止其与大气 接触而风化冒落。 b 、在护顶矿层上锚杆和锚网，锚杆采用全长锚固，以加固顶板。 c 、控制巷道顶部平顶跨距，使巷道两帮与顶部交接处呈拱型支撑，增加巷 道自我稳定性。 2 i 中南大学硕士学位论文 极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 2 ) 采空区的处理 采空区顶板的处理采用为控制采空区自然崩落所需的暴露面积促使采空区 顶板自然冒落。 方案三：房柱法 l 、使用条件 1 ) 主要适用于矿石和围岩稳固与较稳固的矿体： 2 ) 矿体倾角3 0 度以下； 3 ) 矿体厚度小于8 l o m ； 4 ) 价值不高或品位较低的矿石。 2 、特点 一般沿走向划分采区或矿块，矿块又分为矿房和矿柱，为了支撑回采空间 的顶板，空场内留有规则的矿柱，可使人员在空场下顺利完成各项作业。 3 、构成要素 1 ) 阶段高度为1 5 2 0 m 时，不再划分阶段，高度为3 0 5 0 m 时，一般分 2 3 个分段； 2 ) 矿块斜长主要受电耙运距的限制，一般为3 0 6 0 m ： 3 ) 采区长度一般3 0 8 0 m ，5 7 个矿房； 4 ) 矿房宽度波动在5 1 8 m 之间，一般为6 1 2 m ； 5 ) 房间矿柱一般采用圆形和方形矿柱。规格为0 2 5 m ，3 3 4 4 m 。矿 柱间距为5 8 m ，个别达8 1 2 m ； 6 ) 顶柱宽度一般为l 3 m 7 ) 底柱宽度般为2 6 7o m ； 8 ) 采空区矿柱宽度一般为4 6 m 。 4 、采准切割 切割平巷布置在矿体内，每个矿房中间布置一条脉内上山，作为回采自由 面。 5 、回采 为了提高开采强度，可保持三个矿房同时作业，为了有效控制地压，各工 作面应保持相距1 0 1 5 m 。 6 、落矿 使用7 6 5 5 型凿岩机。 7 、出矿 采用电耙出矿。 中南大学硕士学位论文极乐矿段难采矿体采矿综台技术研究 2 3 2 几种采矿方法技术比较 ：7 jr 7 7 1 1 7 7 ：，7 7 7 夕k 7 7 ) ，7 ：1 7 ) ， 7 ：1 7 ) ，： - 7 7 ： 7 ，_ u 7 i r r ，l y j r ，l r l i 。，l y u 。jr l y。【1 t iz 上上 7 二一 j 囹 么 尹 7 囹 _ ：易 ， _ - ：7 ； 7 7 ： 7 u o j l r _u 。 t 。i s ，文t 王l j t 楷j t | i j i i i t i u 俐r l l 一j l 翻臌谶( 搁 中南大学硕士学位论文极乐矿段难采矿体采矿综合技术研究 矿块的生产能力 矿块的生产能力是根据所选的采矿方法和采矿设备来决定。 矿石贫化率 矿石的贫化与采矿工艺有很大的关系，它是采出矿石的品位与矿石的地质 品位之差与矿石地质品位的比值。 矿石损失率 矿石损失率一般与采矿方法有直接的关系，它是地质矿量与采出矿量之差 与地质矿量的比率。 矿石采切比 每采出一千吨矿石所消耗的巷道量。 袁2 3簪差泵矿方 圭主暮蓝本抽t 壬与树辩消耗 采矿生产能力贫化损失率采切比劳动生 采矿工安全主要材料消耗 方法( “天)率( ) ( )( r n 臆) 产率艺难易 条件 炸药( k g )钎杆( k 宴)合金( k 譬)雷管( 发) 全面采 4 0 8 0 4 1 54 2 020 _ !低难 差 0 4 70 0 3 00 930 2 15 3，3 2 06 7 矿洼 锚杆护 项房桂 1 0 0 84 71 8 3 370 1 50高 简单好 ) 2 0 撕0 0 3 加0 800 3 16 o2 6 卸5 7 采矿法 房柱采 矿法 3 5 05 3 51 5 2 550 2 0低难好02 o3 530 3 0 0 5o9 6 l5o2 8 o5 2 3 3 几种采矿方法经济比较 毒2 _ 4几神采矿方法主羞丝木轻哥稚t 壬袁 贫化宰损失率出矿品位采矿成本生产能力 采矿方法劳动生产率( “s ) ( 元，t )( 删) 全面采矿法 4 1 54 2 0低2 6小低 锚杆护顶房 4 71 8 3 0 高3 l大高 柱采矿法 l 房柱采矿法 5 3 51 5 2 5很低3 2