采礦方法方式的優(yōu)化演變及削壁泡沫混凝土充填采礦方法在金陶的成功應用

1、 - 13 -采礦工藝管理一、削壁充填采礦方法在金陶的應用根據(jù)礦脈的地質(zhì)賦存狀況，金陶公司采礦方法現(xiàn)絕大部分采用普通削壁充填采礦方法，此種采礦方法的主要工藝要求及技術參數(shù)為：1、礦塊構(gòu)成要素及采準切割布置礦塊全部沿走向布置，礦塊長一般為60-150m，高度（段高）40m，礦塊寬度即采幅寬度，底部結(jié)構(gòu)多采用切采后支護人工砼假底和留底柱（厚一般3m）的形式,或者兩者相結(jié)合的形式，一般不留設頂，出礦溜井間距810m,每個采場810個溜井。2、回采工藝及設備選型削壁充填采礦方法回采工藝主要包括膠墊鋪設鑿巖掏槽落礦選礦運搬溜井支護削壁充填。削壁充填:兩次掏槽落礦完畢，為了保證采礦工藝的有序進行需對礦體下

2、盤進行部分爆破崩落（削壁）或在礦體下盤開硐取料充填現(xiàn)有采空層來滿足回采作業(yè)空間。采礦的寬度根據(jù)礦脈掏槽的實際寬度和下盤圍巖的松散系數(shù)來決定,下盤圍巖松散系數(shù)為1.5,因此掏槽和削壁充填的關系為掏1、削2、充填3。如掏槽寬度為0.5m，削壁寬度1m，則采場寬度1.5m。削壁高度與兩次掏槽高度相適應。削壁的鑿巖爆破和掏槽在同一班內(nèi)進行。削壁下來的碎石進行平整后方可在上面鋪設膠墊。3、削壁充填采礦中存在的問題 盡管削壁充填采礦方法在特定條件下比較適宜于開采極薄急傾斜的貴重金屬礦體，同時我公司也有著成型的施工技術和管理經(jīng)驗（是國內(nèi)使用該采礦方法典型的礦山之一），但其存在的主要缺點一定程度上嚴重制約著公

3、司采礦事業(yè)的進一步發(fā)展，帶來了很多不利因素。主要表現(xiàn)在：一是回采安全保障能力差，在削壁充填時下盤多出現(xiàn)大型壓懸?guī)?，即便后期采取下盤開硐取料充填的形式，但對下盤的整體性造成了破壞，穩(wěn)固性降低，管理稍有疏漏極易發(fā)生安全事故；二是采場空間狹小，采用橫撐及立支柱的支護方式，工人勞動強度大，作業(yè)環(huán)境惡劣，作業(yè)人員用大量時間和精力采取撬碴、支護等手段去處理壓懸?guī)?，長距離取料充填上，影響正常出礦作業(yè)，采場綜合生產(chǎn)能力較低等問題；三是由于上盤圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，呈塊狀、碎塊狀，且與礦體之間存在土層，在回采過程中，削下的圍巖對上盤支撐力不足，土層遇水成泥，進一步惡化頂板，極易在鑿巖、敲毛等階段出現(xiàn)冒頂片幫現(xiàn)象；四

4、是隨著開采向深部邁進，地壓進一步增大，若依然采用原有采礦工藝和簡單木支護方法，存在極大的安全風險，隱形節(jié)理發(fā)育，當前支護方式單一，無法滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需求；五是礦產(chǎn)資源回收率低，回采過程損失、貧化大，對具有工業(yè)價值的小型分枝礦體和局部膨大礦體回采回收難度加大。二、削壁充填采礦方法工藝的優(yōu)化1、采場支護方案優(yōu)化（1）采場整體地壓控制方案（多用在礦體寬度小于70cm）根據(jù)對急傾斜極薄礦體采場破壞形式及采礦方法的研究，當前我公司急傾斜礦體采場變形破壞的最主要原因削下的廢石充填體不足以控制頂板的變形，隨著開采的逐漸進行，破壞程度會急劇增加。因此，需從整體上對采場的地壓進行控制，以防止上盤巖體的大規(guī)模變形，

5、保證采場的回采安全。整體地壓控制方案為在向上的回采過程中，每隔520m澆筑一條混凝土支柱，澆筑的厚度應保證在500mm以上，并沿回采作業(yè)面每隔1030m澆筑一條混凝土支柱，支柱尺寸采幅0.8m。 但在實際回采過程中，平向上5-20m混凝土支柱可錯落布置，采場順路兩側(cè)同時進行素混凝土支護：里順路側(cè)回采過程中在溜井一側(cè)進行素混凝土支護，長度1m，寬度和采場采礦寬度（超過1m）一致,高度是隨著回采層高進行，一直到采場頂部；外側(cè)采用在采場回采完畢，把順路溜井礦石放空后，一次性素混凝土澆筑完畢。采場在回采完畢后，在采場頂部再進行砼頂支護。采礦進行之中，利用采場下盤廢石進行削壁充填空區(qū)。內(nèi)部用削壁的圍巖進

6、行充填，因為圍巖蝕變主要為絹云母化、綠泥石化及黃鐵礦化，在遇到水和空氣后會破碎泥化和氧化膠結(jié)，形成膠結(jié)統(tǒng)一體，更增加了采空區(qū)的穩(wěn)定性，達到了“膠結(jié)充填”的采礦效果。（2）采場頂板及上下盤維護方案針對公司急傾斜極薄礦脈采場的實際情況，制定的采場作業(yè)面的維護方案為木梁或樹脂錨桿+雙筋條（鋼帶等）+木橫梁（加背板）或錨桿金屬網(wǎng)聯(lián)合支護方案。該方案為每上采一分層( 分層高1.2m）采用木梁或樹脂錨桿+雙筋條支護上盤；采幅1.4m，采用木橫梁護頂或+立柱護頂；采幅1.4m小于2m（脈寬1m）時，采用木橫梁+立柱護頂，如有頂板巖體構(gòu)造發(fā)育、破碎、有斷層通過、礦體受構(gòu)造影響沿走向和傾向上膨大收縮現(xiàn)象明顯，易

7、產(chǎn)生冒落三角體時，采用頂板錨桿+金屬網(wǎng)（或雙筋條或鋼帶或其他可靠防護材料）的形式進行支護。采幅2m（脈寬1m）時，采用樹脂錨桿+金屬網(wǎng)（或雙筋條或鋼帶或其他可靠防護材料）護頂。采場頂板及上盤支護后能確保施工人員始終在支護體下作業(yè)。支護方式的改變，很好地切合貫徹執(zhí)行了集團公司關于“支護早一點、支護多一點、支護好一點”，對頂板早支護、多支護、高質(zhì)量支護，極大消減頂板安全風險的要求。使我們采礦現(xiàn)場安全生產(chǎn)條件得到了很好改善，同時為后期開展采礦方法研究上機械創(chuàng)造了條件！2、充填方式的的優(yōu)化通過前期和長沙院的合作，雖然現(xiàn)場安全生產(chǎn)條件得到了很好改善，但采礦存在生產(chǎn)能力低、工人勞動強度大、采場地壓顯現(xiàn)等難

8、題還是沒有得到很好解決，但支護問題的改善和優(yōu)化為后期解決這一難題創(chuàng)造了條件。為了解決井下采礦存在生產(chǎn)能力低、工人勞動強度大、采場地壓顯現(xiàn)等難題，并達到提高生產(chǎn)能力、降低損失貧化指標、減輕井下作業(yè)人員勞動強度的目的，實現(xiàn)礦山井下安全、高效、機械化開采，我們和長春院合作提出泡沫混凝土上向分層充填采礦法技術開發(fā)項目（削壁泡沫混凝土充填采礦方法）。1、技術開發(fā)內(nèi)容：（1）、泡沫混凝土性能研究。制備不同干容重水泥泡沫混凝土試樣，測試泡沫混凝土物理力學性能指標。（2）、廢石、尾砂泡沫混凝土配比及性能研究。分析金陶公司廢石、尾砂的基本性質(zhì)，進行水泥與廢石、水泥與尾砂配比室內(nèi)試驗，掌握不同干容重、不同水泥與廢

9、石、尾砂與水泥配比條件下，泡沫混凝土力學性能，為后期成本優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。（3）、工程地質(zhì)調(diào)查與巖石力學性質(zhì)研究。為后續(xù)采場穩(wěn)定性分析和采場地壓分布規(guī)律提供必要的數(shù)據(jù)支持。（4）、采場穩(wěn)定性分析。分析不同強度充填體對采場穩(wěn)定性的影響，確定井下采場充填合理的充填體強度。（5）、鑿巖爆破工藝優(yōu)化。開展鑿巖爆破參數(shù)優(yōu)化研究，提高采礦綜合生產(chǎn)能力。（6）、采場地壓分布規(guī)律研究。對比分析泡沫混凝土上向分層充填采礦法與干式廢石充填采礦法在礦體開采過程中對地壓的抑制作用。（7）、采場地壓現(xiàn)場監(jiān)測。在采場內(nèi)以及下部沿脈巷道布置應力及位移監(jiān)測設備，同步監(jiān)測開采過程中，采場內(nèi)的應力位移變化，保證回采過程中的作業(yè)安

10、全。現(xiàn)在我們開展合作的內(nèi)容1和2基本完畢，第5項內(nèi)容也已開展現(xiàn)效果較好，并準備提交初期報告。從前期試驗效果來看，效果非常理想，尤其在泡沫混凝土配比及性能研究上，我們在原有單獨泡沫混凝土和有尾砂配比的，我們又增加了井下采礦或掘進廢石配比的試驗，同時水泥標號也由初期425換作325的，我們測試時間段跨度從1天、2天、3天、7天和28天及1年的。通過試驗測試數(shù)據(jù)，除了尾砂配比的在2天后達到1.3MPa左右的，其他配比各項數(shù)據(jù)都遠超設計值（設計強度1MPa），從1天的1.2MPa左右到28天的高峰7MPa左右。長春研究院提供我們3年的測試數(shù)據(jù)為3.5左右。同時為了數(shù)據(jù)直觀，做以下數(shù)據(jù)表格分析：在試驗穩(wěn)

11、定，當設備使用出現(xiàn)一些問題，重新又引進了河南南陽設備后，在二礦進行取樣統(tǒng)計：表一：水泥和水試樣存放天數(shù)配比方式水泥標號礦壓強度（mpa）設備水泥用量（袋/m3）送樣時間1水泥和水3251.17山東煙臺11-122020.10.312水泥和水3252.25山東煙臺11-122020.11.13水泥和水3252.91山東煙臺11-122020.11.27水泥和水3254.56山東煙臺11-122020.11.628水泥和水3258.13山東煙臺11-122020.11.27表二：水泥、廢石和水試樣存放天數(shù)配比方式水泥標號礦壓強度（mpa）設備使用水泥用量（袋/m3）送樣時間1水泥、廢石和水3250

12、.66山東煙臺11-122020.10.312水泥、廢石和水3251.79山東煙臺11-122020.11.13水泥、廢石和水3252.15山東煙臺11-122020.11.27水泥、廢石和水3253.38山東煙臺11-122020.11.628水泥、廢石和水3257.52山東煙臺11-122020.11.27通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：水泥和水泥、廢石配比一般第二天強度都達標（設計1mpa），在第一天也有達標的但較少。尾砂配比的需在28天后達到設計要求，但強度遠沒有水泥及參混廢石的強度高。就從數(shù)據(jù)來看，水泥標號大但強度不一定高，425水泥和325水泥對比不如325水泥（沒有科學依據(jù)，但認為425還是要

13、好于325）。試樣存放天數(shù)配比方式水泥標號礦壓強度（mpa）設備使用水泥用量（袋/m3）送樣時間1水泥和水325/4251.21/0.35山東煙臺9/9-102水泥和水325/4252.38/0.99山東煙臺9/9-103水泥和水325/4252.42/1.25山東煙臺9/9-107水泥和水325/4254.46/1.97山東煙臺9/9-1028水泥和水325/4256.67/2.28山東煙臺9/9-10水泥用量達到9袋要求后，增加袋數(shù)后強度變化不大。試樣存放天數(shù)配比方式水泥標號礦壓強度（mpa）設備使用水泥用量（袋/m3）送樣時間1水泥和水3251.21/1.17山東/河南9/11-122水

14、泥和水3252.38/2.25山東/河南9/11-123水泥和水3252.42/2.91山東/河南9/11-127水泥和水3254.46/4.56山東/河南9/11-1228水泥和水3256.67/8.13山東/河南9/11-121水泥、廢石和水3251.19/0.66山東/河南9/11-122水泥、廢石和水3251.63/1.79山東/河南9/11-123水泥、廢石和水3251.68/2.15山東/河南9/11-127水泥、廢石和水3253.07/3.38山東/河南9/11-1228水泥、廢石和水3256.36/7.52山東/河南9/11-12d、以上數(shù)據(jù)為現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，是公司和設計院現(xiàn)場試

15、驗取樣，非實驗室數(shù)據(jù)。2、試驗關鍵環(huán)節(jié)：（1）鑿巖爆破技術。將原有兩次落礦高度1m，增加到1次落礦高度1.01.2m，通過優(yōu)化爆破參數(shù)，改善裝藥方式，提高落礦效率?，F(xiàn)部分采場已經(jīng)實現(xiàn)。正開展此項工作，設計院準備出鑿巖爆破報告。（2）上下盤圍巖加固技術。使用錨桿+雙筋條的支護方式，保證采場穩(wěn)定性，木支護為臨時支護。前期已得到解決。（3）出礦工藝。使用電耙機械化出礦，提高出礦效率?，F(xiàn)部分礦脈較寬采場已經(jīng)實現(xiàn)。（4）泡沫混凝土施工。采場應用泡沫混凝土充填，可以有效減少粉礦流失，也可以減少人工勞動強度，提高生產(chǎn)能力?，F(xiàn)在試驗效果已經(jīng)實現(xiàn)。設備型號選擇3、泡沫混凝土上向分層充填采礦法管理、驗收的有關規(guī)定

16、 為了更好地推廣泡沫混凝土充填采礦法，我們專門制定了關于泡沫混凝土上向分層充填采礦法質(zhì)量管理、驗收的有關規(guī)定，從泡沫混凝土上向分層充填采礦的適用條件、工藝要求及相關驗收辦法、采礦質(zhì)量管理要求等做了詳細規(guī)定。簡要介紹一下：（1）、泡沫混凝土上向分層充填采礦的適用條件：a、礦巖穩(wěn)固程度較好，礦脈寬度超過0.7m，傾角屬急傾斜范疇。b、礦巖穩(wěn)固程度屬中等穩(wěn)固或穩(wěn)固程度較差的，礦脈寬度在0.40.7m，傾角屬急傾斜范疇，再配合局部削壁充填，使采幅控制在1.10m以內(nèi)。c、現(xiàn)場作業(yè)條件特殊，經(jīng)過生產(chǎn)技術部、安全環(huán)保部、生產(chǎn)單位現(xiàn)場研究落實需要采用泡沫混凝土充填的。(2)、工藝要求及相關驗收辦法等，這里不

17、做敘述。削壁充填、硐室充填、泡沫混凝土充填經(jīng)濟指標對比計算說明現(xiàn)選擇每回采1t礦石應當消耗的充填成本進行經(jīng)濟指標對比。因當?shù)V脈寬度固定時，無論采何種充填方式進行充填，所采出的礦石數(shù)量都是固定不變的。發(fā)泡混凝土成本計算 不同厚度礦脈采用3種充填方式的噸礦充填成本對比見下表 泡沫混凝土上向分層充填采礦法評價：優(yōu)點：（1）采用泡沫混凝土進行充填作業(yè)的采礦場，不需要破幫或外取料或者硐內(nèi)取廢石充填平場，工人勞動強度低，生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本相對較低；（2）泡沫混凝土充填效率20m/h，而且初凝時間較短，可以縮短采礦循環(huán)時間，提高采礦生產(chǎn)能力；（3）泡沫混凝土充填采場后，采場平整，可以更好地應用電耙出礦，

18、提高生產(chǎn)作業(yè)效率；（4）落礦鋪設膠墊簡單，工人勞動強度低，粉礦損失率低；（5）泡沫混凝土強度可達1MPa，同時有一點的彈性，可以更好地支撐圍巖，起到控制地壓的作用，有效的保證采礦回采過程中的安全性。（6）無需大幅度更改礦山現(xiàn)有的采礦施工工藝，只需購買相應的設備，見效快，可以馬上進行試驗應用。（7）泡沫混凝土上向分層充填采礦法比較適合礦脈寬度在80cm以上的采場，采礦寬度得到有效控制，采礦場上下盤得到很好保護，穩(wěn)固性明顯增強，現(xiàn)場作業(yè)安全環(huán)境得到明顯改善。（8）工藝成熟后，可以加入充填中加入廢石或尾砂，降低成本，優(yōu)化空間較大。缺 點：1、充填料上料機原是使用在地表設備，用到井下，存在使用故障率，設備維護保養(yǎng)時間比較長。從2020年5月末開始試驗到現(xiàn)在，設備也在不斷完善過程，現(xiàn)在已經(jīng)是第三代產(chǎn)品了。2、試驗時間較短，6個月時間，試驗測試數(shù)據(jù)雖然做了一些，但也需現(xiàn)場近一步驗證。3、試驗階段只是初期，只是開展了部分合作內(nèi)容。4、泡沫混凝土上向分層充填，充填料來源為水泥，需從地表下發(fā)到各作業(yè)地點，會擠壓一部分提升量，增加提升壓力，同時礦車周轉(zhuǎn)循環(huán)也有一定影響。 5、上料部位水泥粉塵較大，需要解決粉塵問題，第三代產(chǎn)品已經(jīng)對此進行了改造，正準備進行試驗。 6、考慮到充填體為流體，充填前必須做好防滲漏工作，否則會泄露充填失敗。