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削壁充填采矿方法设计
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中等稳固低品位厚大矿体采矿方法的优选|金​属​矿​开​采​技​术​发​展​趋​势​ ​岩​体​声​发​射​研​究
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金渠金矿含水破碎带及断层中矿体采矿方法
（河南金渠黄金股份有限公司金渠金矿）
　　摘　要：针对有破碎带及断层赋存的地下金矿区的开采，如果破碎带及断层中含水，随着开采的进行及空区的加大，含水破碎带及断层会产生变形、失稳及断裂破坏，给采场带来严重的冒顶、塌方或突然涌水等严重的灾害事故，对含水破碎带及断层临近矿体的开采进行研究，通过稳定性分析及模拟计算，研究制定了保证安全的采矿技术方案。
关键词：含水破碎带；断层矿体；安全采矿
１　研究背景
随着地下开采的进行，在河南金渠黄金股份有限公司金渠金矿1060坑口1015中段勘测出明显的破碎及断层带，即Ｆ51、Ｆ88(断层及含金石英脉编号均沿用前人工作编号)破碎及断层带，对该区域的地下开采构成了严重的安全隐患：在Ｆ51、Ｆ88破碎及断层区域内，地质条件对地下开采极为不利，如果采矿期间矿柱被破坏可能形成大规模崩落，不但造成矿石损失贫化，而且可能发生人员伤亡，给矿山安全和正常生产造成危害；另外，Ｆ51、Ｆ88破碎及断层区域内，导水裂隙发育，断层附近的岩体节理发育，地下开采诱发裂隙进一步开裂，岩体渗透性逐步提高，一旦和坑内采空区积水形成良好的水力联系，势必引起井下突涌，给矿山安全生产造成更大灾害。因此有必要对Ｆ51、Ｆ88破碎及断层的稳定性进行研究，确定合理、安全的采矿技术方案和巷道支护方案，保证该中段金矿石的安全、高效采出。
２　矿区区域地质条件概述
金渠矿区属于小秦岭金矿田的一部分，位于西阴—雷家坡向斜东段，矿区共有主运坑口六个，从上至下分别是1436坑、1403坑、1250坑、坑、950坑。在矿区中部，大湖峪河由南向北流过，通过矿区段标高为m，经大湖、阳平汇入黄河。平均流量为46.98
升/秒,讯期河水暴涨暴落，日流量达171.02升/秒，最小流量为2.94升/秒。
本区发育一系列方向不同、规模不一的断裂。断裂带的富水性主要受岩性及构造的性质控制。控矿断裂：本矿区的控矿断裂主要有201、202、16、308、309等7条。断裂带长约数百米至数千米，宽一般为0.2～1.2m，个别地段达2.6m。主要由碎裂—糜棱岩及含金石英脉组成，具硅化、黄铁绢英岩化、钾化等蚀变。构造岩一般致密、坚硬，节理不甚发育，以闭合型为主，富水性极弱。含金石英脉性脆，发育有闭合型的节理，但富水性强。后期脆性断裂：后期脆性断裂主要为北东向，多为压性断裂。长数十米至数百米，由断层角砾及断层泥组成。断层角砾主要是围岩角砾，大小不等，几毫米至十几厘米。断层泥多为高岭土质粘土，遇水软化，具塑性，隔水性好。富水部位主要位于与围岩接触带及构造裂隙发育带。
本矿床受Ｆ51、Ｆ88大断裂构造的影响，水文条件较为复杂。地测数据显示，1060坑口内Ｆ51、Ｆ88
断层与第四系和季节性河流有密切联系，矿区主要充水因素为大气降雨，深部构造裂隙水突水可能对开采造成影响。Ｆ51断层ＮＮＷ倾向，倾角65°左右，上下盘次级断层发育，在进行地质超前探测钻孔遇到Ｆ51
断层时，有断层泥，裂隙发育，涌水量较大；Ｆ88
断层ＮＷ５倾向，倾角53°，钻孔遇到Ｆ88断层时，出现钻孔偏移、受到阻隔、穿不透现象，可以推测破碎带较宽，同时断层泥、渣出现，岩石取样中有砾石。
３　目前开采现状
金渠金矿矿体主要分布在控矿断裂构造带内，由含金石英脉、碎裂—糜棱岩组成，当有软弱结构面通过时容易坍塌。矿体走向近东西向，向南倾斜，倾角18°～35°，属缓倾斜矿体。矿体厚度较薄，平均厚度0.75ｍ。1015ｍ中段Ｆ51、Ｆ88破碎及断层区域主要对矿体S201、S16
进行回采，目前15线以北以及19线以南已经初步回采，采用分层浅孔留矿采矿法回采厚度在1.2ｍ以下的薄矿体。Ｆ51、Ｆ88破碎及断层区域下一步的开采设计要保证安全、高效开采，还要保证最终矿柱的安全回采及采空区处理。故需要对Ｆ51、Ｆ88破碎及断层区域岩体的稳定性进行分析，确定采矿方法及支护方案。
４　Ｆ51、Ｆ88破碎断层区域稳定性分析力学参数确定在综合参考了以往研究报告、试验结果以及近期地质钻孔情况后，确定了Ｆ51、Ｆ88破碎断层区域岩体物理力学性质参数，见表１。
在老天沟1060坑道中，分别对矿体及围岩采取岩石力学样3组，由水利部黄委会水利设计院力学试验室测试，抗压强度见表2。
M= Rc/300·RQD
式中：M 岩体质量指标；Rc 岩块饱和轴向抗压强度（公斤/平方厘米）；RQD 岩石质量指标。
根据矿区收集资料，采用岩体质量指标（M）法，对井巷围岩岩体质量进行评价。取ZK2206、ZK2608、ZK2810三个钻孔的岩石质量指标加权平均值，用下列公式进行计算。结果如表3。
岩石物理性质表
斜长角闪片麻岩
2.12～2.83
0.05～0.077
0.065～0.086
1.39～3.14
0.131～0.138
0.136～0.147
1.69～2.03
0.062～0.156
0.08～0.164
表2& 岩体质量评价计算表
饱水坑压强度（kg/cm2）
岩石质量指标（RQD％）
岩石质量指标（M）
岩体质量评述
斜长角闪片麻岩
岩石力学试验结果表
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
平均抗压强度（Mpa）
内摩擦角（°）
斜长角闪片麻岩
垂直片麻理
垂直天然水平面
垂直天然水平面
从上表看出：混合岩、斜长角闪片麻岩、糜棱岩岩体质量属良好级，岩体较完整。
５　三维背景应力场计算分析
金渠金矿地下开采时的矿房长度大大超过其宽度,矿房中有数量较多的间柱存在,应建立三维计算模型,更为真实地模拟分析矿柱围岩的稳定性,以及通过应力分析找出整体危险区域,以便于对其采区采取相应的支护措施,所采用计算模拟软件为ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ和ＭＳＣ．Ｎａｓｔｒａｎ。
５．１　计算模型
应用ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ软件建立从２２线到２8线的整个矿山模型，包括：回填物、围岩、矿体、断层。模型范围坐标为：Ｘ：－１３０．０００～３５０．１５０ｍ；Ｙ：－２００．０００（28
线）～ １７９．０００ｍ （22
线）；Ｚ：－１４８．６００～１２０．０００ｍ。主要考察区域是Ｆ51和Ｆ88断层之间的矿体，模型全部采用六面体单元，在Ｘ和Ｙ向采取各自方向限制，底面完全固定、上表面自由的约束方式，模型只分析在重力作用下的应力分布情况，模型中各种材料的力学性质是根据物理实验得到的。最后利用ＭＳＣ．Ｎａｓｔｒａｎ进行计算，计算结果再到ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ中显示，并且进行处理。
根据软件的特点矿房一步完成，顶柱位置选择最安全位置（1036ｍ），把ｍ矿体都作为矿房采出。模型没有分布开挖，直接计算整个矿房被开挖后的情况，根据经验其结果应该比分步开挖应力稍大一些，这样做符合保守分析的宗旨。
５．２　预设方案
设计矿柱留设方案为：Ｆ51断层两侧分别留8ｍ矿柱，Ｆ88断层两侧分别留7ｍ矿柱，断层之间的矿体留两个6ｍ矿柱，３个矿房。
５．３　计算结果及分析
建立三维计算模型分析矿体受力情况的目的，就是为了能够更为真实地模拟分析矿柱围岩的稳定性，通过应力分析找出整体危险区域，以便对其采区相应的支护措施。
区最大主应力图可以看出，整个模型应力最为集中的位置是Ｆ51与矿体相交位置，此处是矿区最为危险的地带，Ｆ88两侧应力均匀。
６　制定采矿方案和支护方案
从模拟结果可以得出，Ｆ51两侧的矿体和矿体矿柱尺寸需要加大到10ｍ才能保证安全，同时此区域要做好锚固措施。矿体间柱尺寸也要相应增加，增加到8～12ｍ可以保证安全。对于Ｆ88两侧矿体可以按照原设计尺寸的8ｍ矿柱开采。
６．１　采矿方案
待采空区形成后，Ｆ51带容易产生大规模的卸荷裂隙，因此近Ｆ51矿柱的尺寸、展布位置对整个矿区的安全十分重要。考虑到1015ｍ中段Ｆ51、Ｆ88破碎及断层的影响，该区段的采矿技术方案如下。
（１）在Ｆ51断层两侧留设至少10ｍ保安矿柱，Ｆ88断层两侧留设至少12ｍ的保安矿柱，两个断层之间留设２个8ｍ间柱，开采３个矿房。
（２）鉴于Ｆ51、Ｆ88断层之间矿脉厚度较薄、上盘围岩稳定性较差，采用分段浅孔留矿采矿法，即在矿块内沿倾向划分成分段，并沿走向分别回采相邻夹层矿脉，再沿走向进行分段留矿或出矿，采后空区自行冒落或崩落。
（３）为了长期生产，在两个断层附近留设永久的保安矿柱。
（４）对断层及断层影响的矿段回采之前，向断层带打泄水孔，泄水、疏干、减压，再回采该矿段。
６．２　支护方案
（１）采用刚度及强度较高的钢筋网及复合锚杆托盘，充分转化围岩中膨胀塑性能，最大限度地利用围岩的自承能力。
（２）采用锚索在关键部位进行二次支护，从而利用深部围岩强度，实现对浅部围岩的控制。
（３）对于断层区域和破碎带区域要加强锚杆和锚网的密度，以确保围岩稳定。
（４）对破碎严重之处，用马蹄形可塑性金属支架，支架背后铺设金属网，并喷射混凝土联合支护。
７　结　论
在现场勘查和对详细的地质、采矿数据分析基础之上，进行了现场取样岩石力学参数测试，建立了矿体力学模型，应用数值模拟方法（应用ＰＡＴＲＡＮ＆ＮＡＳＴＲＡＮ软件进行计算），进行了采空区围岩变形、破坏、断层影响及矿柱稳定性评价和安全矿柱设计影响因素敏感性分析，确定了该区段内的采矿方法以及巷道支护方案，为Ｆ51、Ｆ88破碎带及断层区段内矿石的安全采出奠定了安全技术基础。
参　考　文　献：
［１］　徐永圻．采矿学［Ｍ］．北京：中国矿业大学出版社，２０００．
［２］　陶　勇，李明才，舒礼智，等．分层尾砂充填法采场顶底柱回采试验研究［Ｊ］．江西有色金属，１９９８，１２（４）．９１０
［3］　王文会，闫顺玲，原香民．尹格庄金矿开拓中段高度的研究［Ｊ］．采矿技术，２００２，２（３）：３１．
［4］　王志国，周宏伟，谢和平，等深部开采覆岩层移动的现场监测分析［Ｊ］．金属矿山，２００９（１）：１４５１４８．
［5］　王学知．夏甸金矿采场及巷道围岩稳定性分类与控制研究［Ｄ］．青岛：山东科技大学，２００６：６７７０．
［6］　冯玉国，王渭明．基于集对分析同一度的基坑支护方案综合评价［Ｊ］．岩土工程学报，２００８，３０（９）：１３８９１３９２
［７］　余永强层状复合岩体相似模拟的实验研究［Ｊ］．金属矿山，２００９（１）：２１２［８］　樊明玉，周罗中．机械化盘区分层采场结构参数的数值模拟分析［Ｊ］．采矿技术，２００２，２（３）：２８２９．
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采矿方法设计 论文
采矿方法设计
Abstract II
1.1 矿区概貌 3
1.2设计任务 3
1.3 矿山主要生产过程概述 4
1.4开采设计的主要技术经济指标 6
2矿山地质 7
2.1矿区自然地理概况 7
2.2矿床地质 7
2.3水文地质 8
2.4矿石储量 9
2.5矿床勘探 10
3矿床开拓 11
3.1矿山建设现状 11
3.2矿山年产量验证 11
3.3开拓方法 13
4中段运输水平 16
4.1矿床开采顺序 16
4.2中段运输水平线路设计 16
5矿山基建工程 21
5.1主井与风井 21
5.2石门及运输平巷 24
5.3溜井 33
5.4井底车场 33
5.5基建工程量 39
6采矿方法（专题） 42
6.1开采技术条件 42
6.2采矿方法选择 42
6.3矿块采准切割工作 44
6.4矿房回采工作 46
6.5矿柱回采及空区处理 48
6.6采准、切割及回采计算 48
6.7采矿方法主要技术经济指标 50
参考文献 50
铁矿是我国重要的矿产资源，在国民经济中具有重要的战略地位。在我国一次能源结构中，铁矿将长期是我国的重要资源。铁矿资源的合理开发和利用日益重要起来，基于此，本设计针对万仓铁矿（南段）进行毕业设计。
本设计可采储量73.3万t，设计生产能力为5万t/a。本设计针对铁矿实际情况进行了较详细的分析说明，其中包括开拓方案的选择、采矿方法的选择、矿山机械的选型计算、矿井通风设备的选取及计算、技术经济的分析等。
Iron ore is the basic resource in our country, which has important strategic position in our national economy. It is more and more important that the ore is properly developed and used. Based on it, the Wancang ore mine is designed as this graduate design.
The reserves recoverable designed are 733,000t. The capacity
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