弓长岭井下矿急倾斜薄矿体分段空场—崩落组合采矿法研究

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弓长岭井下矿为沉积变质磁铁矿床,包含上、下盘两条含铁带计6条急倾斜矿体,矿岩稳定到不稳定,厚度大于8m的矿体应用无底柱分段崩落法开采,厚度小于8m的薄矿体或小矿体,一般弃之不采,由此造成大量矿石损失。为有效利用薄矿体资源,本文运用矿山三律(岩体冒落规律、散体移动规律与地压活动规律)适应性高效开采理论,从研究矿岩稳定性、崩落矿岩移动空间条件、采准工程地压显现等特征出发,系统研究了急倾斜薄矿体的采矿方法。首先、根据弓长岭井下矿深部岩体稳定性分级结果与采准工程的地压显现特点,将采矿方法定格为进路作业方法;其次、根据矿体下盘倾角大于空场下散体放出角而小于覆岩下放出角的特征,确定尽可能采用空场放矿条件;第三、本着与附近厚矿体无底柱分段崩落法协同开采的原则,采用中深孔凿岩与铲运机出矿;第四、根据崩落于空场内的矿石需在下分段回收和空场围岩达到一定暴露面积可快速冒落形成覆盖层的特性,确定在采场底部设置采场矿石的回收分段。由此构建出以中深孔落矿、端部控制出矿为特征的分段空场-崩落组合法开采方案。在此基础上,结合弓长岭井下矿急倾斜薄矿体地质条件,分析建立了空场围岩的失稳模型,据此分析空场围岩失稳条件,得出空场尺度的估算方法;同时,实验研究了冒落气浪的冲击力度,研制了悬吊块体自然下落冲击与冲击气浪速度自动测定系统,并利用此系统模拟了采空区顶板冒落时冲击风速随落体初始高度与落地点距离的变化规律,建立了冲击气浪的计算模型,从而为确定分段空场-崩落组合法采场结构参数与安全防护措施提供了依据。对这种分段空场-崩落组合采矿法,弓长岭井下矿在-220m中段进行了工业试验。试验采场根据空场围岩失稳与冒落气浪冲击模型的计算结果,设计采用2个分段空场出矿、一个分段崩落回收的采场结构,以及在第2个空场出矿分段出矿到进路端部口微露空区为止、防止围岩冒落气浪冲击的安全保障措施。试验研究工作历经三年,其中在第2空场出矿分段回采后,围岩如期自然冒落,在崩落回收分段回采时,达到了进路端部口放不空的程度。在整个回采过程中,工作面未感受到围岩冒落的任何气浪冲击。两个空场出矿分段与一个崩落回收分段的总体回采指标:矿石回采率78%,矿石贫化率10.63%。取得了良好的技术经济指标。试验分析表明,本文提出的空区围岩失稳模型以及冒落气浪冲击模型的计算精度,能够满足分段空场-崩落组法方案设计与生产管理要求;据此构建的分段空场-崩落组合采矿新方法,能够较好地适应弓长岭井下矿厚度小于8m的急倾斜薄矿体条件,并可用于厚度小于12m的盲矿体,取得安全高效的开采效果。
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