小官庄铁矿复杂难采矿体开采技术研究报告.docx

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小官庄铁矿复杂难采矿体开采技术研究报告

小官庄铁矿复杂难采矿体开采技术研究

于言平许广成

（鲁中冶金矿业集团小官庄铁矿＞

摘要：

通过加强支护、选用合理的支护形式，采用一次强化支护；合理回采顺序，改善地压环境；贯彻“三强”开采与“卸压”开采；加强掘支管理，提高工程质量等5项综合开采技术措施来进行小

官庄铁矿深、缓、软弱破碎、复杂难采矿体开采，取得了较好的应用效果。

关键词：

支护强化支护回采难采矿体

InvestigationofMiningTechnologyforComplexHard-to-

mineOrebodyinXiaoguanzhuangIronMineYuYanpingXuGuangcheng（XiaoguanzhuangIronMine，LuzhongMetallurgicalMiningGroupCo.'AbstractFivemeasuresforcomprehensivetreatmentachievedgoodeffectsinthemining0fcomplexhard-to-mineorebodycharacterisedbygreatdepth,gentle

inclination,weaknessandfractureatXiaoguanzhuangIron

Mine,includingstrengtheningsupportandselectingrationalsupportform;applyingintegrateintensifiedsupport;

rationalizingextractionse—queneeandimprovingground

pressureenvironment;implementingminingwithstrong

tunelling,drillinganddrawingand“pressurerelief”

Their

mining;andstrengtheningthemanagementoftunnellingandsupportandraisingtheengineeringqualityapplicationanddevelopmentaredescribed

KeywordsSupport,Intensifiedsupport,Extraction,Hard—to-mineorebody

鲁中冶金矿业集团公司小官庄铁矿矿体埋藏深、倾角缓、矿岩软弱

破碎、地压条件复杂，其开采难度为国内外所罕见。

自1985年投产

以来，即为地压活动剧烈、巷道垮冒所困扰。

开采实践证明，采用

单一措施，只能解决局部或一时的问题；只有采取多管齐下的综合

开采技术，才能解决全局和长远问题。

1小官庄铁矿开采技术条件

小官庄铁矿为鲁中莱芜断陷盆地弧形背斜北部倾没端呈半环形分布

的3个铁矿床之一，系闪长岩岩浆侵入奥陶系灰岩形成的高温热液触

交代矽卡岩型磁铁矿床。

在地壳升降过程中，上部灰岩被浸蚀而为

后沉积的巨厚红板岩所取代。

小官庄铁矿走向NE17。

，倾角

NW73，走向长21501TI，中部有一长约10001TI的断层将矿床

分为东、西2个矿体，并置西矿体于东矿体上盘侧。

东西矿体分别向

北、南倾，按赋存标高和勘探线将东矿体分为东、北2区进行开采，

西矿体分为西、南2区进行开采。

小官庄铁矿赋存条件有如下特点：

（1）埋藏深。

最小埋深4001TI，为国内非煤矿山所少见。

⑵倾角缓。

上盘倾角10。

〜30。

。

垂直厚度小，水平厚度大，相应

的重叠分层少，第一分层较多，需直接在承压带下回采的总面积

大。

在各分段上，属低效回采，采准工作量大，损失、贫化高的

上、下盘带占了很大比例。

（3＞矿岩破碎，节理、裂隙发育，整体性差。

矿体夹层多且不规则，多为极不稳固的闪长玢岩和矽卡岩，底板近矿围岩为蚀变闪长岩和矽卡岩，厚度几M到几十M,极不稳固，采准工程施工、回采难度大。

（4＞地压条件复杂。

复杂的地压条件是埋藏深、倾角缓、矿体软弱破碎和先期不合理回采顺序的综合反映。

地压大和其显现的大小，随矿块所在区段（承压带还是卸压带＞、矿岩性质、领域采动影响、存在时间、掘进顺序、空区跨度、支护形式与强度、工程质量等不同而差别很大。

上述复杂的地质赋存条件，造成了该矿矿体复杂难采。

怎样开采这

样的“难采”矿体，是小官庄铁矿投产以来一直研究和探索的问

题。

2小官庄铁矿深、缓、软破、复杂、难采矿体综合开采技术的应用与发展小官庄铁矿于1985年9月投产，在17a，中，共采出铁矿石1958万t，生产能力稳定在130〜170万t/a。

在开采初期由于xCd,官庄铁矿这种特殊的地质、地压条件认识不足，又加上开采顺序不甚合理，导致巷道大面积垮冒，安全受到威胁，生产极不正常，通过十几年的生产实践，我们已逐步探索出开采深、缓、软破、复杂难采矿体的一系列综合措施。

2.1选用合理的支护形式，提高巷道利用率

小官庄铁矿在初期开采中，设计的采准巷道大多不支护或局部锚杆或素喷支护。

回采的实践证明，这是不适应小官庄铁矿地质、地压条件的。

在总结以往开采实践的基础上，结合采场围岩力学性质研究、巷道变形测量，逐步查清地压规律，确定了以喷锚网为主要支护形式。

由于喷锚网支护形式适合小官庄铁矿的地质、地压特点，因此在生产中得到广泛应用，并根据巷道所处位置，采动地压活动规律，巷道服务时间和矿岩性质，对支护进行了等级划分。

通过对小官庄铁矿东、西、南、北4个采区的应用实践，均取得较好的效果；采准巷道利用率大大提高，返修率大大降低。

实践证明，以喷锚网为主要支护形式的支护是应对软弱破碎矿体的最基本的手段。

2.2采用一次性强化支护

以喷锚网为主要形式的支护方案，是基本支护形式和基本手段，但随着开采面积增大，采动地压变大，处在高压力区的采准工程将承受更大的压力，尤其是既处在高压区段又处在软破区段的采准工程将很难支住。

高压区段软破矿体中的采准巷道虽然采用了喷锚网加中长锚杆的补强支护，巷道变形破坏仍较严重，巷道的寿命还是不能满足正常回采。

对此，1998年初我们提出了一次性强化支护方

案。

2.2.1一次性强化支护的内容

（1＞掘进后迅速进行全断面普通喷锚网支护。

（2＞喷锚网支护完毕后，立即进行强化支护；拱角至顶板用3.0m中长锚杆，拱角以下或全断面（特别破碎地段＞用2.0m长的砂浆托板锚杆，托板锚杆间距0.8mx0.8m,特别破碎地段加密到0.5m

X

0.5m。

2.2.2一次性强化支护的特点

（1＞支护的及时性与一次性。

此方案摒弃了以前让压支护的观点，变二次补强支护为一次性强化支护，改善了围岩的应力状态和中长锚杆的作用条件，减小了巷道变形。

（2＞顶加深、帮加密。

针对高压力矿岩软破区段巷道变形破坏，巷道两帮首先受剪压破坏，深度较浅（1m左右〉，然后顶板冒落，高度高（在2m以上＞，采用了顶板锚杆加深，两帮锚杆加密的措施。

2.2.3一次性强化支护的效果一次性强化支护措施在东区一290m

水平10—12线下盘实施，收到了较好的效果。

该处地处矿岩接触带，矿岩软弱破碎，上分层14线、8线为采空区，而10—12线由于联巷垮冒没有回采，致使本分段10—12线为压力叠加区，开采条件非常差。

由于对本区段6条进路，3条横巷米取了一次性强化支护方案，巷道变形小，实现了安全退米，6条进路3条横巷280m无一垮

冒，共采出矿量10.5万t，每M出矿量为375t，不仅回收了本分层矿量，还回收了上分层丢失的矿量。

2.3合理回采顺序，改善地压环境

2.3.1分段内的合理回采顺序

（1＞总的原则是，以电设井为基准，先远后近。

（2＞先承压带后卸压带。

（3＞在承压带中，原则上先采邻接卸压带的矿块或进路，即前进回米。

（4＞对个别矿块中的突出部分，可超前开采，直到形成规定的工作面推进斜线。

（5＞矿块中相对软弱破碎部位的进路可适当超前退采，不一定严格按工作面推进斜线的顺序要求，拖延时间也可能酿成巷道垮冒。

（6＞有较大夹层存在时，应视为矿石按正常顺序一并回采，但只放出补偿空间。

如此部分夹石不崩落，则将在下部分分段相应部位产生较大的支承压力而极难采出。

2.3.2上下分段间的回采超前关系

上下分段间的回采超前关系对于矿岩比较稳固的矿山，只要下分段稍滞后于上分段即可。

但对于小官庄铁矿，确定其合理的超前关系是合理的回采顺序的一个重要方面。

实践证明，由于矿岩软弱破碎，上分段爆破震动，边孔的径向破坏作用，致使下分段巷道承受较大压力，巷道变形严重，冒顶不断，致使回采极不正常。

因此，我们对小官庄铁矿上下分段间的回采超前关系作如下规定：

只允许在上分段已采矿块下掘进下分段进路，上分段没有回采的部位，其下分段相应部位只准施工系统工程。

这样，在垂直走向的剖面上，上下分段同时回采，只可能在上分段的下盘侧和下分段的上盘矿块中进行。

2.3.3采区间的合理下降关系

小官庄铁矿有东西2个矿体，西矿体在一350m水平以上的长度约1000m,东矿体在一350m水平以上的长度约800m。

（1＞对于东矿体，由于矿体是从南向北倾斜的，如图1,按照先上后

下的原则，沿走向上应由南向北推进。

但为了提高小官庄铁矿生产能力，提前对2线以北的矿体进行开采（北区〉。

北区的提前下降导致东区主要运输巷北运巷变形严重，每年都得进行扒皮支护，严重影响了正常生产，并给东区6线、4线的开采带来很多不利因素。

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图I东矿怵开采示意

（2＞对于西矿体，由于西矿体是M形，中间有一凹陷处，如图2,按照先上后下的原则，初期开采的顺序是合理的。

但是随着开采的下降，中间凹陷处的矿体将承受西、南2区交会形成的巨大支承压力。

在小官庄铁矿这种矿岩软破的地质条件下，后果是不堪设想的。

为了在2区的承压峰值交会前，实现该区段提前卸压，将该区段独立出一个中区，提前对该区段进行开采，避免了2峰在此交会。

（3＞东西区下降关系。

东西区虽然在2个矿体，但2区相距很近，如图

3,由于西区下降较快，东区下降较慢，东区上盘成了西区的支承压力带，造成一300m水平东区上盘采准工程变形严重，给东区回采带来很大困难。

因此，加快东区下降，延缓西区下降是顺利回采东区上盘矿体的一个重要的方面。

S3东西区下障关系示意

2.4实行“三强”开采与“卸压”开采

2.4.1“三强”开采

对于处于高应力区段的软弱破碎矿体缩小回采单元，实行“三强”开采，尽量缩短采准巷道的服务年限，使其服务年限低于巷道开挖到变形报废的时间，是一种有效的方法。

1个矿块或1个回采单元的服务年限为

T=TI+丁2+T3，（1＞

式中，丁I、丁2、丁3表示1个矿块或1个回采单元的采

准、中孔凿岩、回采时间，即

艺L（采准工程量＞

1一P（掘支速度＞'

艺M（中孔总量＞

2一P2（中孔凿岩速度＞'

艺Q（回采矿量＞

3一P（铲运机出矿能力＞‘

从以上公式可看出，要想缩小巷道服务年限，就必须缩小丁I、丁

2、丁3,而缩小丁I、丁2、丁3的途径就是缩小艺L、艺M艺Q,提高P1、P2、P3,这就是缩小回采单元，实行三强开采。

缩小艺L、艺M、艺Q不能简单地理解为少掘巷道，少打中深孔，少采矿，而是在采准设计不变的前提下，把1个矿块划分为几个小的回采单元，以1个回采单元为回采循环，从而减小1个回采循环的丁I、丁2、丁3,达到减小采准巷道服务年限的目的。

“三强”开采是指强掘、强凿、强采。

“强掘”，即提高掘进强度。

在小官庄铁矿这种特殊地质条件下，掘进和支护是分不开的（即没有不支护的巷道＞，因此，

“强掘”的概念既包括了提高掘进强度，也包括了提高支护强度。

通过提高掘支强度P。

，减小采准时间TI。

其途径是采用先进的出渣、凿岩设备和组织三班连续作业。

“强凿”，即提高中深孔凿岩强度P2,从而减小中孔凿岩时间了、

2。

其途径是采用先进高效的钻孔设备和合理的组织方式，如1条进

路内安排多台钻孔设备同时作业。

“强采”，即提高出矿强度P，

从而减小回采时间T。

其途径是选用高效率铲运机，搞好铲运机的使用与维修，同时要提高爆破质量，减小悬顶、隔墙、立槽等爆破事故，减少大块率。

“三强”的核心是强采，因为在产量一定的前提下，只有提高出矿效率，才能减少同时回采的矿块数，更多地减少采准巷道的服务年限，确保高压区段软破矿体的安全退采。

同时还要有“强掘、强凿”作保证，否则“强采”也将失去基础。

2.4.2实行“卸压”开采

对高压区段的软破矿体实行“三强”开采可缩短采准巷道服务年限。

但有时由于受出矿设备能力、故障等制约，又加上有些矿岩特别软弱的矿段，“强掘”组织不起来，巷道施工后变形又快，致使

“强采”也不能很好实现，这时就只有采取“卸压”开采的方法缩短巷道的服务年限。

该法有2种形式：

一是“落矿卸压”，即在高应力区段只施工切割巷和凿岩巷，在中深孔施工完后立即进行一次性大爆破落矿，矿石留待下段进行回采。

这样既缩短了本高压区段的巷道服务年限T=T1+T2,（因本区段不出矿，所以T3=0>,又为下分段对应部位解除了压力，使下分段对应部位在卸压区内开采。

二是

“快退卸压”，即在高应力区段按正常设计施工完采准巷道、中深

孔后，进行快速回采，每次爆破出矿循环只放出补偿空间（约每排崩

矿量的20%＞，这样，在出矿强度一定的前提下，由于只放出补偿空间，可使回采速度增大几倍，从而缩短了采准巷道的服务年限，同时又为下分段对应部位解除了压力，使下分段对应部位在卸压区内开采。

“三强”开采与“卸压”开采的结合运用是对付高压力区段软破矿体开采的一种有效措施。

2.5加强掘支管理，提高工程质量

以上4项措施的综合运用是解决深、缓、软破、复杂难采矿体的有效方法，但任何一项措施的成功运用都离不开高质量的采准工程。

因此加强掘支管理，提高工程质量，是综合治理技术措施的前提。

2.5.1简易局部光面爆破措施

为了既不影响掘进速度，又要减少超挖量防止围岩破坏，在巷道掘进中采用简易局部光面爆破工艺。

实践证明，这种简易局部光面爆破工艺，简便易行，效果良好，既能保证质量又不影响“强掘”速度。

2.5.2超前支护与全封闭掘进措施

为了防止巷道掘进时的瞬时垮冒，在特别破碎地段的掘进中采用超前锚固技术，也就是在掘进前，将缝管锚杆锚人即将开掘巷道顶板围岩中，对巷道进行超前锚固。

锚杆的安装角度一般上倾30。

，同

时采用低打眼、少装药的爆破工艺；出渣后立即安径向锚杆，加压网状钢筋条带，随后编网，全断面喷射混凝土，然后再进行下一掘支循环。

2.5.3支护的及时性措施

及时性是指在巷道开挖后，永久支护要紧跟临时支护，及时性是就

永久支护而言的。

永久支护与临时支护的距离以小于5m为宜，最大

不应超过10m，否则，临时支护将失效而造成巷道垮冒，或围岩片

落，变形大而影响永久支护质量与效果。

2.5.4支护的一次性措施

一次性是针对巷道的临时支护、永久支护、补强支护而言的；要把这三遍支护看作是一次支护，而不能认为是二次支护；摒弃让压后进行二次补强支护的概念，要做到三遍支护紧紧相随，一气呵成，从而

增强围岩的整体性，改善围岩应力状态。

2.5.5支护的高质量性措施

支护要严格按设计参数进行施工，从锚杆角度、长度、密度、注浆饱满度、绑网质量、喷射混凝土厚度上严格把关，建立严格的监督、检查、验收、奖罚制度。

实行采准工程的施工、验收、使用的全过程质量保证措施。

确保采准工程在服务年限内的稳定性。

3结语

加强支护，选用合理的支护形式，转变观念采用一次性强化支护；合理回采顺序，改善地压环境；贯彻“三强”开采与“卸压”开采；加强掘支管理，提高工程质量。

这5项综合治理措施，在小官庄铁矿的运用已取得较好的效果，它揭示了无底柱分段崩落法在深、缓、软破、复杂难采矿体中应用的一些规律，对类似开采技术条件的矿山有借鉴意义。

但这5项综合治理措施并没有包含综合治理全部，实践还会探

索出更多的有效措施来；这5项措施本身也还有许多需要完善和深化之处。

有待于今后继续研究与探索。