简介概要

顶板诱导崩落技术及其在大厂铜坑92号矿体的应用

来源期刊:中南大学学报(自然科学版)2008年第3期

论文作者:张世超 周科平 胡建华 苏家红 古德生

文章页码:429 - 429

关键词:连续采矿;顶板诱导崩落;预裂爆破;崩顶爆破;地压灾害

Key words:continual mining; blast-induced caving roof; presplitting blasting; caving blasting; ground pressure disaster

摘    要:为解决大型贫矿床传统方法开采过程中存在的资源整体回收率低、后期地压控制难等问题,研究采用连续采矿—顶板诱导崩落综合技术,其空区处理与后期地压控制关键是顶板诱导崩落技术。针对华锡大厂铜坑矿92号矿体的工程地质条件,进行连续采矿顶板诱导崩落的工业试验,基于理论与工程类比相结合的方法,确定合理顶板爆破诱导崩落的参数、实施方案、安全控制措施,分析爆破诱导崩落的工程实际应用情况。试验结果表明:采用预裂爆破与诱导崩顶爆破的方法,通过对顶板的诱导崩落处理,成功地在下方采空区形成了厚度为17.8 m左右的岩石缓冲垫层,有效地降低顶板冒落带来的冲击气浪危害;在预裂孔间产生明显的贯通裂隙,从而在顶板上形成诱导可控崩落,防止顶板大面积的突然垮落,改善地下开采安全生产环境;最终资源的回收率由70%左右提高到84.6%,贫化率由25%~40%降低到15%以下,实现了资源的高效回收。

Abstract: In order to solve the problems such as lower whole reclamation rate of resources and difficulties in controlling of anaphasic ground pressure and so on that occurred in mining large-sized poor ore deposit by traditional methods, the comprehensive technology of continual mining—induced caving roof was studied, and induced caving roof technology was the key for disposing abandoned stope and controlling anaphasic ground pressure. Based on the geological engineering condition of Dachang Tongkeng Mine’s No.92 orebody, an industrial trial of the comprehensive technology was taken. By theoretical analysis and engineering analogy ways, the rational parameters, operation project and security control arrangement of blasting induced caving roof were ascertained, and the practical application of blasting induced caving roof was also analyzed. The trial results show that with the disposal of induced caving roof by presplitting blasting and induced caving roof blasting, about 17.8 m in thickness of rock cushion is successfully formed in the inferior abandoned stope, which can bring down the harm of dashing blast of an explosion caused by roof collapse; apparent run-through flaws arise between presplitting blasting holes, and controllable caving is formed in the roof, abrupt collapse of large area roof is prevented, the productional safe surroundings of underground mining is improved; eventually, the resources’ reclamation rate is improved from about 70% to 84.6%, and the dilution rate is abated from 25%-40% to below 15%, so efficiently withdrawing is actualized.

基金信息:国家科技支撑计划项目
“十五”国家科技攻关资助项目



详情信息展示

顶板诱导崩落技术及其在大厂铜坑92号矿体的应用

张世超,周科平,胡建华,苏家红,古德生

(中南大学 资源与安全工程学院,湖南 长沙,410083)

摘  要:为解决大型贫矿床传统方法开采过程中存在的资源整体回收率低、后期地压控制难等问题,研究采用连续采矿—顶板诱导崩落综合技术,其空区处理与后期地压控制关键是顶板诱导崩落技术。针对华锡大厂铜坑矿92号矿体的工程地质条件,进行连续采矿顶板诱导崩落的工业试验,基于理论与工程类比相结合的方法,确定合理顶板爆破诱导崩落的参数、实施方案、安全控制措施,分析爆破诱导崩落的工程实际应用情况。试验结果表明:采用预裂爆破与诱导崩顶爆破的方法,通过对顶板的诱导崩落处理,成功地在下方采空区形成了厚度为17.8 m左右的岩石缓冲垫层,有效地降低顶板冒落带来的冲击气浪危害;在预裂孔间产生明显的贯通裂隙,从而在顶板上形成诱导可控崩落,防止顶板大面积的突然垮落,改善地下开采安全生产环境;最终资源的回收率由70%左右提高到84.6%,贫化率由25%~40%降低到15%以下,实现了资源的高效回收。

关键词:连续采矿;顶板诱导崩落;预裂爆破;崩顶爆破;地压灾害

中图分类号:TD856.11         文献标识码:A         文章编号:1672-7207(2008)03-0429-07

Technology of blast-induced caving roof and its application in

No.92 orebody of Dachang Tongkeng Mine

ZHANG Shi-chao, ZHOU Ke-ping, HU Jian-hua, SU Jia-hong, GU De-sheng

(School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: In order to solve the problems such as lower whole reclamation rate of resources and difficulties in controlling of anaphasic ground pressure and so on that occurred in mining large-sized poor ore deposit by traditional methods, the comprehensive technology of continual mining—induced caving roof was studied, and induced caving roof technology was the key for disposing abandoned stope and controlling anaphasic ground pressure. Based on the geological engineering condition of Dachang Tongkeng Mine’s No.92 orebody, an industrial trial of the comprehensive technology was taken. By theoretical analysis and engineering analogy ways, the rational parameters, operation project and security control arrangement of blasting induced caving roof were ascertained, and the practical application of blasting induced caving roof was also analyzed. The trial results show that with the disposal of induced caving roof by presplitting blasting and induced caving roof blasting, about 17.8 m in thickness of rock cushion is successfully formed in the inferior abandoned stope, which can bring down the harm of dashing blast of an explosion caused by roof collapse; apparent run-through flaws arise between presplitting blasting holes, and controllable caving is formed in the roof, abrupt collapse of large area roof is prevented, the productional safe surroundings of underground mining is improved; eventually, the resources’ reclamation rate is improved from about 70% to 84.6%, and the dilution rate is abated from 25%-40% to below 15%, so efficiently withdrawing is actualized.

Key words: continual mining; blast-induced caving roof; presplitting blasting; caving blasting; ground pressure disaster

地下大型矿体传统的开采过程中存在资源整体回收率低、后期地压控制难等问题,为解决这些采矿技术难题,研究采用连续采矿-顶板诱导崩落综合技术,即将厚大的矿体划分为阶段(盘区),再将阶段(盘区)划分为矿段;以矿段为回采单元,矿段间不留间柱;采切、回采分别在相邻矿段平行进行,矿段采用从一端向另一端连续推进、从上至下进行回采的连续回采工艺[1-4];顶板诱导崩落技术则遵循:取一定的回采步距宽,从一端向另一端先回采3个回采步距宽的矿块后即处理2个回采步距宽的采空区顶板,之后则回采1个回采步距宽的矿块便及时处理前1个回采步距宽度的采空区顶板,最后一个回采步距回采完毕则对该回采步距及前一回采步距宽矿块同时进行处理。

1  顶板诱导崩落技术整体方案

1.1  工程概况

连续采矿-顶板诱导崩落综合技术选用了广西大厂铜坑矿92号矿体的T112—T115单元作为工业试验矿块。该试验单元矿体垂直标高在420~530 m之间,平均厚度为65 m,整体东高西低,南高北低,单元水平面积为110 m×80 m。试验确定回采步距宽度为16 m。

试验单元顶板岩石非常坚硬,普氏系数为11~13。顶板内节理、裂隙不太发育,属中等稳固,可崩性差。

1.2  技术整体方案

顶板诱导崩落技术质量的高低是综合技术能否成功实施的关键。人们对诱导崩落方法及工程实践进行了多年研究,并对有切缝、钻孔、强制爆破、注液软化等一些诱导崩落技术措施进行了探讨。这些技术措施对节理裂隙较发育或软弱的岩体有一定的效果,但对中等稳固以上的岩体,效果不明显,且成本太高[5-7]。为有效实现中等稳固以上顶板的诱导崩落,在方案对比分析的基础上,确定了从一端拉槽、削帮(削边壁),两侧预裂、中间部分强制崩顶诱导的方案,具体的工程布置及诱导崩落实施方法为:先在一端以VCR法或爆破成井技术进行拉槽,然后,从切槽硐室以切割天井为自由面以排炮进行爆破,在顶板与相邻矿柱间创造自由面,并破坏顶板的完整性(为初始崩落创造条件)。在两侧预裂硐室布置单排预裂孔,在中间诱导崩顶硐室以布置排炮由一端向另一端爆破,以对顶板进行诱导崩顶,破坏顶板稳定性,达到诱导拱顶被切割部分顶板崩落的目的。具体的诱导工程布置见图1。

图1 顶板诱导崩落处理工程示意图

Fig.1  Sketch map of project engineering of induced caving roof

在研究采用的综合技术中,顶板诱导崩落是建立在下方连续采矿技术基础上的工程技术,下方连续回采形成的采空区给顶板的诱导崩落提出了操作安全、工程效果稳定可靠以及技术实施经济可行等方面的要求[4-5]。任何技术差错造成的“崩”而不“落”,不仅更易出现不确定的顶板较大规模垮落,形成新的安全生产隐患,还将给下一步顶板诱导崩落的实施设置障碍。因此,对顶板的诱导崩落必须采用科学、合理的方法确定其技术参数和操作方法。

2  顶板诱导崩落技术参数的确定

2.1  安全顶板厚度

安全顶板的厚度关系到顶板内炮孔施工和爆破作业的安全。理论分析和数值模拟结果研究表明,对于铜坑矿92号矿体,在开采技术参数条件下,中等稳固以上顶板安全厚度取12~15 m[8-9]

2.2  空区缓冲垫层厚度

为了有效地降低顶板冒落带来的冲击气浪危害,需要在空区下方形成一定厚度的缓冲垫层。缓冲垫层厚度可利用B.P.伊缅尼托夫提出的缓冲层厚度计算经验公式[10]

对平均厚度为50~70 m高的采空区,经计算得缓冲层厚度宜为15~20 m。

对铜坑矿92号矿体试验单元而言,采空区平均高度为65 m,要形成理论要求厚度的岩石缓冲垫层,根据对崩顶炮孔爆破控制的初始崩落范围和矿岩松散系数为1.60、崩落岩石堆放形状等多因素的考虑,经反复验算,确定崩顶炮孔需爆破的长度约为20 m。

2.3  炸药的选用

对切割天井、切割槽、中间诱导崩顶炮孔的爆破所采用的炸药没有特别的要求,一般采用矿山平时生产用的乳化铵油炸药或2号岩石炸药即可。

预裂孔的爆破采用上述同样类型的炸药,但药卷需采用自制药卷。药卷的直径需根据炮孔直径和线装药密度等因素确定。对直径为165 mm的炮孔,确定采用直径为90 mm的药卷比较合适。

2.4  炮孔孔径的确定

炮孔孔径的确定应在综合考虑充分利用顶板内已有工程和顶板内作业安全等方面的因素确定诱导崩落处理顶板工程布置水平后,根据该水平至采空区的顶板厚度、矿内现有钻孔设备条件和特点以及尽量减少炮孔工程量等方面的情况来确定[11]。对中等稳固以上的顶板,根据矿山钻孔设备性能特点,确定处理顶板的切割槽炮孔、预裂孔和中间诱导崩顶炮孔均采用孔径为165 mm的炮孔。

2.5  爆破诱导崩落炮孔孔网参数

2.5.1  预裂孔间距

为减少预裂爆破对下方矿段的破坏和控制顶板崩落空间范围,预裂孔在水平位置上与下方空区的矿段边界靠空区一侧5 m处布置(见图2)。

图2  预裂孔布置示意图

Fig.2  Sketch map of presplitting holes

预裂孔直线单排布置,应用经验类比确定预裂孔间距[12]

有色金属在线官网  |   会议  |   在线投稿  |   购买纸书  |   科技图书馆

中南大学出版社 主办 版权声明   电话:0731-88830515 88830516   传真:0731-88710482   Email:administrator@cnnmol.com

互联网出版许可证:新出网证(湘)字005号   湘ICP备09001153号