急倾斜中厚煤层伪俯斜采场覆岩运移规律研究

急倾斜煤层由于在倾角-重力场效应的影响下,采场覆岩运移及应力分布均较水平煤层更加复杂,且采场围岩的稳定性控制难度较大。以逢春煤矿N2821工作面为工程背景,综合采用物理相似模拟实验、数值模拟和理论分析方法,研究了急倾斜中厚煤层顶板垮落充填、应力演化特征及覆岩运移规律。结果表明,急倾斜中厚煤层伪俯斜采场顶板破断呈明显的时序性特征,顶板呈非对称破断,且垮落轮廓呈空间梯阶状“残垣”形状。采场围岩应力在空间上形成非对称“壳体”,顶底板应力释放区域呈拱形,工作面两端出现应力集中,随着采场持续推进及垮落顶板的逐渐充填,倾斜下部顶板会再次出现应力集中,同时“壳体”下拱脚位置会随着充填体的增多而逐渐上移,但整体形状在不断演化后最终趋于稳定。

嵩县山金急倾斜中厚矿体开采方法研究与应用

针对急倾斜中厚矿体采用浅孔留矿采矿法开采时存在的采场作业安全性差、采矿损失贫化严重、生产效率低等问题,以嵩县山金九仗沟矿区急倾斜中厚矿体开采为工程背景,通过多种采矿方案优缺点对比,应用模糊数学法和未确知测度理论优化选择,确定了脉外天井双采联上向水平分层充填采矿法作为该矿体的最佳开采方案,并在九仗沟矿区15中段4150529采场开展了工业试验。试验1年内共采出矿石量23750 t,采矿损失率降至4.0%,矿石贫化率降至5.8%,对比早期矿山采用的浅孔留矿采矿法开采新增收益68.05元/t,经济效益显著,可为类似矿山的开采提供较好的借鉴。

某高寒高海拔铜矿采矿方法优化与应用

某高寒高海拔铜矿属分群展布、大致平行产出的急倾斜薄至中厚矿体,自投产以来采用分段空场嗣后充填法以及浅孔留矿嗣后充填法进行开采,所设计方案上下盘围岩暴露面积大、对矿体形态变化适应性差、合采矿脉间的夹石无法剔除、采场布置和回采顺序的灵活性差、胶结充填成本高,难以满足矿山生产能力的要求。通过综合研究矿山开采技术条件及生产现状,确定采用机械化盘区上向进路充填法开采,并使用大型无轨设备进行采掘作业。经对比,优化后的开采方案生产能力、回采率、机械化程度均得到了提高,采场安全性得到加强,采矿工艺对矿体的适应性增强,贫化率大幅度降低,并极大地减少了胶结充填的比例。主要经济技术指标为盘区生产能力提高6.16%,综合回采率提高13.78%,综合贫化率降低72.91%。

中厚急倾斜矿体改流体放矿实验研究

采用无底柱分段崩落法开采中厚急倾斜矿体时,如果采场结构与矿岩流动特征不匹配,则会造成矿石的损失与贫化,对矿产资源造成浪费。为解决此类问题,采用改流体放矿技术,在矿体倾角60°~70°及矿体厚度6~10 m的条件下,设计了9种放矿实验方案。每种方案采用改流体放矿方法与常规放矿方法进行对比。实验结果表明:利用改流体技术进行开采可以将矿石回收率提高19.25%~25.98%;在废石混入率相同的情况下,依旧可以将矿石回收率提高15.68%~25.46%;验证了改流体放矿技术用于中厚急倾斜矿体的可行性,也为中厚急倾斜矿体的开采提供了良好的思路。与此同时,实验探究了矿体倾角和矿体厚度两个影响因素对矿石回收率、贫化率的影响规律,结果显示:矿体倾角与矿体厚度对改流体放矿实验影响较大,对常规放矿实验影响较小。

急倾斜中厚-厚大矿体空场嗣后充填采矿方案优选研究

乌兰矿目前采用分段凿岩阶段矿房法,面临采空区安全、地表沉降破坏、技术经济指标差等问题。针对945m水平以下开展充填采矿方法的综合比较和优选,当矿体厚度>15m时,采场垂直矿体走向布置,优先采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法,以两步骤中深孔空场嗣后充填采矿法作为补充;当矿体厚度≤15m时,采场沿矿体走向布置,根据品位高低分别采用两步骤中深孔空场嗣后充填采矿法和间柱式中深孔空场嗣后充填采矿法。

梁花阱铜矿急倾斜中厚矿体开采工艺研究

梁花阱铜矿V号矿体属急倾斜中厚矿体,原采用分段凿岩阶段矿房法开采,上盘围岩局部不稳固发生坍塌,废石混入造成出矿品位达不到入选要求。针对原采矿方案存在问题,设计了切顶锚杆护顶中深孔留矿法采矿方案,将矿体沿厚度方向分为2层同时自下而上推进开采,靠上盘分层超前靠下盘分层一定距离,在靠上盘分层开采面下方的工作面中完成凿岩、爆破、护顶等作业。该采矿方案在矿山进行了采矿实验并取得成功,同原采矿方案比较,其千吨采切比减少了0.84m/kt,综合回收率提高了3.2%,采矿工效提高了3.3t(/工班),生产能力提升了80t/d,大块率下降了4.9%,采矿直接成本下降了1.8元/t。该采矿方案对类似开采条件的矿山具有应用与推广价值。

基于数值模拟的高峰矿深部采场结构参数优化研究

高峰矿深部倾斜中厚矿段拟采用上向水平分层充填无间柱连续回采,为确定合理的采场结构参数,有效控制深部地压灾害的发生,本文采用正交数值试验,选取矿块长度、分层高度、人工矿柱宽度和超前回采分层数4个因素3个水平的正交试验方法进行相关数值计算,研究各参数对采场顶板稳定的影响。试验结果表明,分层高度是影响采场顶板压力集中和塑性破坏最重要的参数,其他参数也是影响采场稳定的重要参数,也应作为回采设计重要依据之一。

“锚杆护顶浅孔+中深孔留矿”法在高井槽铁矿的应用

针对高井槽铁矿原采矿方法顶板维护难题,提出了锚杆护顶浅孔+中深孔留矿法采矿方案,将矿体分为两层,上层用浅孔爆破回采,下层用平行中深孔落矿,上、下两层同时自下而上推进,利用锚杆对局部不稳固顶板进行加固。该采矿方案在矿山进行了采矿实验并取得成功,相对原开采方案,新方案千吨采切比减少了2.42 m·kt^(-1),综合回收率提高了5.2%,采矿工效提高了2.3 t·工^(-1)·班^(-1),生产能力提升了120 t·d^(-1),大块率下降了4.3%,采矿直接成本下降了5.6元·t^(-1),该采矿方案具有较好的应用推广价值。

急倾斜中厚以上难采铜矿体采矿方法优化研究

为解决某铜矿矿体复杂多变、回采能力低等难题,在矿山现有生产的基础上,结合优化后的矿块结构参数,根据矿体厚度变化情况选择不同的采矿方法,提出了几种适合此类矿体开采的采矿方法最终优选出两种符合矿山生产的采矿方法,有效的适应复杂矿体,解决了回采能力低的难题,优选方案也为国内其他类似开采技术条件的矿体提供借鉴。

急倾斜中厚煤层长壁综采工作面覆岩运移规律

急倾斜煤层综采工作面"支架-围岩"系统动态稳定性控制难度大,而顶板的行为状态会直接影响该系统稳定性,从而制约该类煤层高效机械化生产,故研究急倾斜中厚煤层长壁综采工作面覆岩运移规律十分必要。综合采用相似材料试验法、理论分析法,研究分析工作面覆岩破坏及矿压分布、演化规律。研究结果表明,急倾斜中厚煤层综采工作面上、下端头顶板垮落形式不同,上、下部垮落形态分别呈锐角三角形状、钝角三角形状,顶板垮落后会形成阶梯状岩梁;采空区充填状态走向上区域性异化,靠近煤壁侧采空区中部会形成露空区,随着距煤壁距离增加,采空区矸石堆积量及压实度升高,堆积形态更为均匀;工作面矿压非对称分布,具体表现为中、上部>下部;工作面初次来压步距为25 m,周期来压步距平均为9.22 m,来压和未来压时平均支架阻力分别为3 453 kN、2 682.8 kN。

双鸭山铁矿诱导冒落法试验研究

针对双鸭山铁矿北区急倾斜破碎中厚矿体实际生产中存在的采准、切割工程难以形成,采场安全条件极差,损失、贫化大等问题,提出了切割巷+斜排炮孔拉槽、两端退采的诱导冒落法开采方案.给出了适合该类矿体的诱导工程参数,分析研究了其冒落进程、冒落块度,并预算了崩矿损失率、贫化率,依此在双鸭山铁矿S5采场进行试验.跟班标定表明,回采初期,回收率较高,冒落块度良好,与分析情况基本吻合;诱导区顶板冒透后,混岩率呈交替上升趋势变化,其现象与爆破块度及凿岩巷道位置有关.该法回收指标较好,可有效解决急倾斜破碎中厚矿体开采难题.

急倾斜破碎中厚矿体诱导冒落法进路位置实验研究

针对急倾斜破碎中厚矿体,依据沿脉进路诱导冒落法开采方案,通过物理模拟实验,采用回收率、贫化率数量指标和经济指标综合分析方法,研究了沿脉回采进路位置与矿体倾角的关系.实验结果表明:采用上、下分段沿脉进路同时处于最佳位置时的布置方式,回收指标较好;矿体倾角不同,进路至下盘距离与矿体厚度的比值对回收率、贫化率的影响程度不同;回采进路所处的最佳位置随矿体倾角的减小逐渐向矿体下盘移动;当矿体倾角小于75°时,不适合应用该方案.结合实验结果与开采条件,确定了最佳回采进路位置,为同类矿山提供借鉴.

锡林浩特萤石矿高端壁无底柱分段崩落法

针对锡林浩特萤石矿实际生产中存在的采矿难度大,安全条件差,生产效率低等问题,提出了多作业面同时掘进、覆岩放矿+废石充填的高端壁无底柱分段崩落法开采方案。给出了适合该类矿体的崩矿参数,通过地表监测及室内试验研究塌陷坑边壁岩移的变化规律,提出协同排岩充填的方法,增强边壁与散体堆的稳定性,并依此在锡市萤石矿试验采场进行了试验。跟班标定结果表明:该采矿方法回收率较高(达到94.18%),崩落矿石块度良好,与分析情况基本吻合,可有效解决此类急倾斜中厚矿体开采难题。

某急倾斜中厚矿体的分段凿岩阶段矿房法

赣南某硅矿属于急倾斜中厚矿体。针对原采矿方法中存在的生产成本高,排土场占地面积大,环境污染严重,矿石损失贫化率高的问题,提出了分段凿岩阶段矿房法开采新方案。新方案基于矿体和围岩均稳固的矿岩性质,设计采场的长度、阶段高度分别为60 m、50 m,采用机械化程度高的ZWY-60/15T0型扒矿机联合DKC12地下矿用汽车回采,增大采场生产能力,降低矿石的损失率和贫化率,减少矿石开采成本。生产实践表明:新方案经济效益明显增加,采矿成本每吨降低17.8%,矿石损失率和贫化率分别下降4个百分点和5个百分点,进一步实现了矿山高效开采和保障了采矿的作业安全,可为其他类似矿山的开采提供借鉴。

急倾斜中厚矿体长矿房连续开采干式充填采矿法

露天转地下急倾斜中厚矿体目前主要采用空场法、崩落法和尾砂胶结充填法进行开采,然而一些特殊区域不能采用尾砂进行充填,为了提高回采效率,需结合矿山地质条件研究与之相适应的采矿方法。针对青龙沟采区北矿段露天转地下急倾斜中厚矿体,依据矿岩体工程地质条件及其稳固程度,结合矿山现有采矿装备与充填条件,在阶段空场法分段凿岩、落矿的基础上,提出了长矿房连续开采干式充填采矿方法。依据矿体形态划分阶段,在首采阶段最下分层开掘凿岩巷道,上一分层预控顶为下一分层开采提供凿岩巷道;采用中深孔连续落矿的同时,利用废石等对采空区进行干式充填。该采矿方法简化了矿块开拓设计,大大减少了采准、切割工程量,缩短了采准、切割时间;通过采用连续开采减少矿柱留设,提高矿石回采量;采用干式充填体控制采场地压。在青龙沟采区北矿段现场进行的工业试验表明:对急倾斜中厚矿体采用长矿房连续开采干式充填采矿法实现了高强度和大规模集中开采,提高了矿块的回采率,降低了矿产资源损失量。

急倾斜中厚煤层综采工作面矿压分布及其演变规律

急倾斜中厚煤层综采工作面具有煤层厚度小、“支架-围岩”系统稳定难防控等开采难题,机械化产效优势不明显,亟需矿压及岩层控制等理论来科学指导现场生产,而弄清综采工作面矿压分布演变规律是围岩动力灾害防控及确保高效化机械生产的关键,因此,有必要深入研究急倾斜中厚煤层综采工作面矿压分布规律。采用相似材料实验法及理论分析法,分析支架阻力分布演变及煤岩中压力动态变化规律。结果表明,急倾斜中厚煤层工作面支架阻力中部最大,上部次之,下部最小,支架在升降架时,邻架阻力演变呈区域性异化,降架时,邻架阻力增加幅度上部>中部>下部,重新支撑后,邻架阻力降幅上部>下部>中部,底板压力分布特征为中、下部>上部。工作面两端部侧向支承压力区集中程度不同,回采时,上、下端平均侧向支承压力集中系数为1.39、1.25,顶板垮落时,分别为2.95、1.73,表明上部支承压力集中程度大于下部。

急倾斜中厚破碎矿体空场嗣后充填安全开采技术研究

针对急倾斜中厚破碎矿体采用浅孔留矿法开采时,存在的采场作业安全条件差、矿石损失贫化大等问题,以锡林浩特萤石矿为工程背景,从岩体可冒性、工艺方法改进、冒落防控等方面对急倾斜中厚破碎矿体空场嗣后充填安全开采技术进行了系统研究。通过矿岩可冒性分析,构建了岩体冒落力学模型,计算得到极限冒落跨度值为5.4~6.4 m,小于矿体的平均厚度(7 m),存在冒落事故风险;从回采作业安全及损失贫化控制角度出发,提出了以垂直深孔落矿阶段矿房法为主的空场嗣后充填开采工艺,给出了采场结构布置方法,采用分段崩矿、中段及阶段出矿方式,确定的合理崩矿步距为1.56 m;在此基础上,分析了采空区顶板冒落冲击风险,计算得到采空区顶板岩体冒落形成的冲击气浪值为34.96 m/s,远远超过了《金属非金属矿山安全规程》(GB 16423—2020)规定的数值,给出了防治冒落冲击灾害的安全散体垫层铺设方法,确定的合理散体垫层厚度为3.3 m。通过现场工业试验,采场作业安全,矿石回采率提高了7.31%,贫化率降低了7.66%,经济效益显著,可实现该类矿山安全高效开采。

上向水平分层分步充填采矿法在红花沟金矿的应用

红花沟金矿15-6号矿体属急倾斜中厚矿体,且矿岩稳定性较差,采用削壁充填采矿法回采易导致采场作业安全条件欠佳且极易造成大量的采矿损失贫化。根据红花沟金矿15-6号矿体的开采技术条件,开展了上向水平分层分步充填采矿法试验研究,其实质是基于上向水平分层干式充填采矿法,将采场分步骤回采,控制采场跨度,确保采场顶板稳定与生产安全。该方案很好地解决了厚度为8~10 m的中厚矿体开采问题,有利于矿山完成生产任务并提高经济效益。

急倾斜中厚破碎矿体采场结构参数的优化及应用

鉴于采用上向水平分层充填采矿法开采急倾斜中厚破碎矿体时存在回采效率低、采矿成本高等问题,结合石湖金矿矿体开采技术条件,开展了下向凿岩平行中深孔落矿分段充填采矿法试验研究,并运用数值模拟软件对采场结构参数进行了优化。工程应用结果表明:按照“一步回采矿柱,二步回采矿房”思路,在分段高10 m的前提下,矿柱与矿房宽度分别为15 m和35 m时,采场最为稳定。采用该结构参数进行回采,采场生产能力达到202 t/d,矿石贫化率为5.36%,采矿损失率为3.52%,效果较好,可为类似金属矿山开采提供参考经验。

无底柱浅孔留矿采矿法在红岭铅锌矿的应用

针对红岭铅锌矿南西翼似层状矿体矿岩界线明显、急倾斜中厚矿体的赋存特点,经国内外类似矿体采矿方法调研,提出采用无底柱浅孔留矿采矿法开采。该方法采用脉内顺路天井联合底部无轨铲运机出矿的采准方式,在矿块两侧沿倾向布置脉内斜天井,在底部出矿水平布置脉外运输巷、出矿进路及倒车硐室,人员、物料及新鲜风流均由采场上部进入采场。工业应用取得技术经济指标为:采切比24.0 m^3/kt,凿岩台效15 m/台班,铲运机台效300 t/台班,采矿损失率10.7%,矿石贫化率9.7%,表现出机械化程度高,作业效率高,作业环境安全,地压维护效果明显,矿体适应性强等优点,可为类似矿山的开采提供借鉴。