马钢桃冲铁矿采空区围岩冒落规律研究

马钢桃冲铁矿采空区围岩冒落规律研究

桃冲铁矿属于马鞍山钢铁有限公司，是一座具有近百年开采历史的老矿。近几年由于铁矿石价格的上涨,在利益的驱使下,周围民众从不同方位、不同标高蚕食桃冲铁矿开采范围内的主矿体,形成了许多相互重叠交错、相互联系、大小不等、很不规则的复杂采空区,严重破坏了矿体的完整性、连续性和稳固性。桃冲铁矿在井下七中段的开拓和采准过程中,发现标高-19.5m分层北部2#～6#大量民采空区群。此北部空区不仅暴露面积大,形态不规则,而且从标高-19.5m分层,一直延深到标高-32m分层以下。这些民采空区给正规开采造成了极大的破坏,并严重威胁着矿山的正常生产和安全。更重要的是这些民采空区破坏的矿体矿石品位高,品位为40%～60%,预计储量20万t,急须对这些残留矿量进行合理安全的回收。为详细掌握民采空区的分布及结构情况,给空区间残留矿体回采设计提供相对可靠的资料依据,桃冲铁矿生产技术科组织测绘专业技术人员对严重影响当前生产安全的2#～6#民采空区以及-32m北部空区进行全面测绘,并绘制了民采空区图,经测算2#～6#民采空区总计暴露面积为1800m2。1采准巷道布置回收空区残矿既要保证安全,又要充分地回收资源。根据空区上、下分布情况,对标高-32m分层已揭露得空区采用工字钢及钢筋网进行封堵,并根据空区情况合理布置采准巷道,巷道布置在南北中线附近,既揭露空区,又可用巷道控制空区周围的矿石,同时对标高-19.5m分层进行废石充填。充填的废石既作为下分层的覆盖层,又作为支撑巷道,减少地压出现,同时又可作为-19.5m分层的出矿平台。对空区顶板岩层结构不好的区域进行合理支护,达到安全生产条件。中深孔布置采用束状深孔与扇形中深孔相结合,有效回采矿石,即最终回采方案为:废石充填无底柱束状深孔采矿方法。2采准安全条件(1)根据空区及空区周边岩石结构情况,在采准巷道完成后,首先对标高-19.5m分层、2#～6#民采空区下方的空区进行废石充填,充填量大约15000m3,既解决了掘进废石外排问题,又创造了空区回采的安全条件。(2)在空区充填完成后对其顶板采用木垛子支护,可有效支护顶板,保证后道工序安全作业,同时可利用木垛子进行地压监控,如果木垛子发生响声,当班人员应及时预警,采取措施,确保安全生产。(3)对空区周围采准巷道和空区采用喷射混凝土和网喷结合的方式进行支护。复杂地质构造,如白泥夹层等采用钢棚支护,巷道采准与支护同时进行,保证了施工的安全。经不完全统计,共完成喷射混凝土100m,木垛子15m3,槽钢10m3,对空区及空区周边巷道进行较好的控制。3束状深孔爆破技术处理空区技术一般为中深孔爆破与深孔爆破。相对束状深孔爆破而言,中深孔爆破具有多段凿岩、作业分散,凿岩爆破效率低,爆破抵抗线小,临近采空区作业不安全等缺点,因而处理大规模空区不太适用。本施工采取以束状深孔变抵抗线高效爆破技术,束状孔爆破形成的共同应力波能量密度大,崩落矿岩破碎效果好;束状深孔布置节省采准工程,且采准工程和炮孔布置更灵活;选择矿岩稳固的地点进行集中作业,人员和设施安全性好。束状深孔是由数个间距为3～8倍孔径的密集深孔组成一束孔,束孔同时起爆,n个直径为d的孔所组成的束孔,对周围岩体的作用视同一个更大直径炮孔的爆破作用,爆破效果好。通过对2#～6#民采空区进行的测绘,发现2#,4#,5#空区的垂高不大,因此设计废石回填空区,回填至-19.5m标高,形成人工底板,然后以回采进路方式进行无底柱分段崩落放矿,在本分层回收空区顶板矿石。而3#和6#空区由于垂高较大,除空区废石回填工作继续推进外,还在空区周边布设采准巷道,在采准巷道内南北同时施工加深的束状拉槽深孔(拉槽中深孔直径80mm),如果拉槽中深孔南北不能连接,可以通过扇形中深孔台车进行小孔连接(小孔中深孔直径60mm),使之成为一个爆破的整体,最后进行爆破崩矿,将空区周边和顶板矿石崩落。同时在2#～6#民采空区下个分层布设采准巷道,再进行加深束状拉槽深孔爆破,通过本分层和下分层两次回采,可将矿石全面回收。至2010年1—10月份,2#～6#民采空区补充的370m采准巷道掘进已按设计要求全部施工完毕,空区的回填工作已经完成,大约充填16000m3,为空区内安全回采创造了条件。4分层胶凝,分段开采根据采准布置情况和空区封堵情况以及矿体上下分层对应情况,对于-19.5m分层北部2#～6#民采空区的通风方式采用分区、分阶段通风。第一阶段回采空区西帮矿石采用对角式通风,新鲜风流从东北进入,污风从西北排入回风巷。第二阶段以空区为中心点进行分区通风,空区南部新鲜风流利用局扇从东部进入作业面,污风由西帮巷道进入回风巷,北部新鲜风流由东北进风巷进入作业面,污风从北部原民采空区斜井进入-32m分层回风巷,达到了安全回采目的。5无底柱束状深孔采矿方法针对桃冲铁矿民采空区的特点,不断深化对岩体冒落规律以及特殊情况下的中深孔设计及布孔方式的研究,实施了在民采空区采用废石充填无底柱束状深孔采矿方法。这些措施和方法的实施,使得复杂多空区造成的残留矿得以大量的回收,仅-19.5m分层及-32m分层北部空区就回收矿量15万t,平均出矿品位达38.6%,采矿回采率达80%以上,创造利润数千万元。由于采矿方式科学以及一系列安全措施得当,整个2#～6#民采空区回收期间没有发生突发顶板冒落事故,保证了生产的安全稳定,经济效益和社会效益巨大。6采空区顶板支护(1)用废石充填民采空区,形成人工底板,用于回采顶板矿石,此方法可操