崩落采矿法

2020/3/91崩落采矿法2020/3/92一、概述崩落采矿法是以崩落围岩来实现地压管理的采矿方法，即随着崩落矿石，强制（或自然）崩落围岩充填采空区，以控制和管理地压。这是崩落法共有的基本特征。崩落采矿法中包括下列采矿方法：（1）单层崩落法；（2）分层崩落法；（3）分段崩落法；（4）阶段崩落法。前两种方法用浅孔落矿，一次崩矿量小，在矿石回采期间，工作空间需要支护，随着回采工作面的推进，崩落上面岩石以充填采后空间，这两种方法的工艺过程复杂，生产能力较低，但矿石损失贫化较小。后两种方法经常用深孔或中孔落矿，一次崩矿量大，生产能力较高，故有大量崩落法之称。上面岩石在崩落矿石同时崩落下来，并在崩落岩石覆盖下放出矿石，故矿石损失贫化较大。崩落采矿法在我国矿山应用很广泛，其采出矿石量约占地下采出矿石总量的35%，并且还有增大趋势。2020/3/93二、单层崩落法单层崩落法主要用来开采顶板岩石不稳固，厚度一般小于3m的缓斜矿层，如铁矿、锰矿、铝土矿和粘土矿等。将阶段间矿层分成矿块，矿块回采工作按矿体全厚沿走向推进。当回采工作面推进一定距离后，除保留回采工作所需的空间外，有计划地回收支柱并崩落采空区的顶板，用崩落顶板岩石充填采空区，借以控制顶板压力。顶板岩石的稳固程度不同，顶板允许的暴露面积也不一样。根据允许暴露面积，采用不同的工作形式。按工作面形式可将单层崩落法分为长壁式崩落法（简称长壁法）、短壁式崩落法（简称短壁法）和进路式崩落法三种。1、长壁式崩落法该种采矿法的工作面是壁式的，工作面的长度等于整个矿块的斜长，所以称为长壁式崩落法。现以庞家堡铁矿为例，并结合其他矿山，介绍这种采矿法。（1）开采条件该矿为浅海沉积赤铁矿床，矿层走向长8600m，斜角25°～35°。矿床由三个矿层组成，由上而下，第一层矿厚度为1～3.5m，第二、三层之间也夹有一层硅质板岩，平均厚度1.0m左右，矿石稳固，f=8～102020/3/94第一层和第二层矿之间夹有一层硅质板岩,平均厚度1.2m。第二、三层之间也夹有一层硅质板岩，平均厚度0.8m。硅质板岩片理发育，不不稳固，容易片落。第一层矿的顶板为黑色页岩，厚度为6.5～8.0m，不稳固，f=4～6。页岩上部为砂岩，厚度为2～3m，砂岩上部都是几十米厚的页岩。第三层的底板为小白石英岩，f=12～18。石英岩下部为粘板岩，f=10；粘板岩下部为大白石英岩，均稳固。矿石基本连续、局部被断层切断，断层对采矿的影响较大。地表为山地。允许崩落。（2）矿块结构参数及采准布置矿块的采准布置如图16-1所示。〈1〉阶段高度阶段高度取决于允许的工作面长度，而工作面长度主要受顶板岩石稳固性和电耙有效运距的限制。在岩石稳固性好，且能保证矿石产量情况下，希望加大工作面长度，这样可以减少采准工程量。工作面长度一般为40m～60m。〈２〉矿块长度长臂工作面是连续推进的，对矿块长度一般是以地质构造（如断层）为划分界限，同时考虑为满足产量要求在阶段所需要的同时回采矿块数目来确定。其变化范围较大，一般为50m～100m，最大可为200m～300m。2020/3/952020/3/96〈3〉阶段沿脉运输巷道该巷道可以布置在矿层中或底板岩石中。当矿层底板起伏不平或由于断层多和地压大，以及同时开采几层矿层时，为了保证运输巷道的平直、巷道的稳固性和减少矿柱损失等，经常将运输巷道布置在底板岩石中。庞家堡铁矿运输巷道为单线双巷，装车巷道布置在稳固性较好的小白石英石内，可同时为三层矿服务（庞家堡矿先采第一矿层，后采第二、三两个矿层），且其矿石溜井又可起到一定的贮矿作用，缓解采场运输与巷道装车的矛盾。同时，巷道稳固性好，支护与维护工程量小。〈4〉矿石溜井沿装车巷道每隔5～6m，向上掘进一条矿石溜井，并与采场下部切割巷道贯通，断面为1.5*1.5m。暂时不用的矿石溜井，可作临时通风道和人行道。〈5〉安全道采场每隔10m左右掘一条安全道，并与上部阶段巷道联通，它是上部行人、通风和运料的通道，断面一般为1.5*1.8m。为了保证工作面推进到任何位置，都能有一个安全出口，安全道之间的距离，不应大于最大悬顶距。2020/3/973、切割工作〈1〉切割巷道切割巷道既作为崩矿自由面，同时也是安放电耙绞车和行人、通风的通道。她位于采场下部边界的矿体中眼走向掘进，并与各个矿石溜井贯通，宽度为2m,高度为矿层的厚度。〈2〉切割上山切割上山，一般位于矿块的一侧，联通下部矿石溜井与上部安全道，宽度应保证开始回采所必需的工作空间，一般为2～2.4m,高度为矿层厚度。庞家堡铁矿当顶板页岩比较破碎、稳固性很差时，切割巷道和切割上山在采准期间留0.3~0.5m的护顶矿，待回采时挑落。4、回采工作〈1〉回采工作面形式常见的回采工作面形式有直线式个阶梯式两种，如图16-2所示。直线工作面上下悬顶距离相等，有利于顶板管理。但在工作面只有一条运矿线，当采用凿岩爆破崩矿时，回采的各种工作不能平行作业，故采场生产能力较低。如果用风镐落矿和输送机运矿（如粘土矿），采用直线式工作面最为合适。2020/3/982020/3/99阶梯式工作面可分为二阶段与三阶段，以三阶段工作面为多。下阶段多是超前于上阶段1.5m（即工作面一次推进距离）。阶梯式工作面的优点是落矿、出矿和支护分别在不同阶段上平行作业，可缩短回采工作的循环时间，提高矿块的生产能力。缺点是下部悬顶距大，并且根据实际经验，采场最大压力常常在工作面长度的三分之一处（由下面算起）出现，从而加大了管理顶板的困难。长壁式崩落法的回采工作包括落矿、运矿、支护和放顶等项工作。〈2〉落矿采用浅孔爆破，用轻型气腿式凿岩机凿孔，根据矿层厚度、矿石硬度以及工作循环的要求，选取凿岩爆破参数。在布置炮孔时应主义不要破坏顶、底板和崩倒支柱，也不应使爆堆过于分散以保证安全生产、减少损失贫化和有利于电耙出矿。根据矿层的厚度不同，分别选用“一字形”、“之字形”和“梅花形”炮孔排列。炮孔深度为1.2～1.8m，稍大于工作面的一次推进距离。推进距离应与支柱排距相适应，以便在顶板压力大时能按设计及时进行支护。此外，孔深还应考虑工作循环的要求。以最小抵抗线为0.6～1.0m，矿石坚硬时取小值。金属矿山多采用导火线雷管起爆。当炮孔较多时，为了保证爆破安全和准确的起爆顺序，应采用束把点火或带有若干三通的导火母线点火。有的矿山采用导爆管起爆。2020/3/910〈３〉出矿大多数矿山的回采工作面都采用电耙出矿。电耙绞车的功率为１４或３０kw,耙斗容积采用0.2～0.3m。电耙绞车安设在切割巷道或硐室中，随回采工作面的推进，逐渐移动电耙绞车。当电耙绞车的安装位置使电耙司机无法观察工作面的耙运状况时，应由专人用信号指挥电耙绞车司机操作，或者直接由电耙司机在工作面根据耙运情况，远距离控制电耙绞车。〈4〉顶板管理在长壁法中顶板管理是一个十分重要的问题，它不仅关系安全生产，而且也在很大程度上影响劳动生产率、支柱消耗和回采成本等。随长臂工作面的推进，顶板暴露面积逐渐加大，顶板压力也随之增大，如不及时处理，可能出现支柱被破坏，甚至引起采空区全部冒落。被迫停产。为了减少工作空间的压力，保证回采工作的正常进行，当工作面推进一定距离后，除了保证正常回采所需要的工作空间用支柱支护外，应将其余采空区中的支柱全部（或一部分）撤除，使顶板崩落下来，用崩落下来的的岩石充填采空区。顶板岩石崩落后，采空区崩落后，采空区暴露面积减少，因此工作空间顶压也随之减少，形成一个压力降低区，如图16-3所示。这种有计划的撤除支柱崩落顶板充填采空区的工作称为放顶。2020/3/911每次放顶的宽度称为放顶距。放顶后所保留的能维持正常开采工作的最小宽度称为控顶距，一般为2～3排的支柱距离。顶板暴露的宽度称为悬顶距，放顶时顶距为最大悬顶距，等于放顶距与控顶距之和，最小的悬顶距等于控顶距（图16-5）。放顶距及控顶距根据岩石稳固性、支柱类型及工作组织等条件确定。放顶距变化的范围较大，由一排到五排的支柱间距。合理的放顶距应在保证安全的前提下，使支护工作量及支柱消耗量最小，使工作面采矿强度及劳动生产率最大，因此，要加强顶板管理工作。除去加强顶板支护与放顶工作外，必须注意总结与掌握采场地压分布状态和活动规律，以便更好的确定顶板管理中的有关参数。1）支护工作面支护的作用主要是延缓顶板下沉，防止顶板局部片落，以保证回采工作正常进行。因此。支柱应具有一定的刚性和可缩性。就是说支柱应既有一定的承载能力，又可在压力过大时，借助一定的可缩性，避免损坏。木支柱一般是用削尖柱脚和加柱帽的方法获得一定的可缩量；金属支柱则是利用摩擦力或液压装置来获得一定的可缩量。为了防止顶板冒落应及时支护。此外，必须保证架设质量，使所有支架受力均匀。工作面支护形式有如下几种：2020/3/912〈１〉木支护当顶板完整性较好时，采用带柱帽或不带柱帽的立柱或丛柱。柱帽交错排列如图16-4所示。支柱直径一般为180～200mm，排距0.8～1.6m，间距0.8～1.2m。当顶板岩石破碎时，采用棚子支护；顶板很破碎时，还应在棚子上面加背板。〈２〉金属支护金属支护支承能力比木支护大，并能多次重复使用，但重量大使用不便。在矿层顶板形态稳定和厚度变化不大时，还可以使用液压掩护式支架。除木支护和金属支护外，还有锚木垛和矿柱等支护形式。锚杆一般与木支护配合使用，可增大支柱间距，减少木材消耗量。木垛具有较大的支承面积和支承能力，一般用在暴露面积比较大的矿石溜井口和安全道口的两侧。２）放顶当回采工作面推进到规定的悬顶距时，暂时停止回采，并按下列步骤进行放顶。〈１〉将控顶距和放顶距的交界线上的一排支柱加密，形成单排或双排的不带柱帽的密集支柱。采场地压大时用双排密集支柱，反之，用单排支柱。〈２〉如图16-5所示，在放顶区内回收支柱，一般采用安装在上部阶段巷道的回柱绞车回收支柱（绞车功率为1520kw，钢绳直径为2030mm，平均牵引速度810mm/s）。回柱顺序是沿倾斜方向自下而上，沿走向方向先远后近（对工作而言）。如果顶板条件很坏，地压很大或其他原因，不能回收支柱或不能全2020/3/913部回收时，将残留在采空区的支柱钻一小孔装入炸药，或直接在支柱上捆上炸药将支柱崩倒。在一般情况下，放顶区回柱后，顶板以切顶支柱为界自然冒落。如顶板不能及时自然冒落，则应预先在切顶密集支柱外0.5m处，逆推进方向打一排倾角约为60的炮孔，孔深1.6～1.8m，并装药爆破，强制顶板崩落。矿块开始回采的第一次放顶与以后各次放顶的情况是不同的。第一次放顶的条件比较困难，因为这时顶板类似两端固定的梁，压力出现比较缓慢，不容易全放下来。而以后各次放顶，顶板类似一端固定的悬臂梁，容易放顶。因此，第一次放顶的悬顶距大，约为常规放顶距的1.5～2倍。尤其是当直接顶板比较好时，常产生顶板不下来或冒落高度不够的现象，造成下一次放顶前压力很大，致使工作面冒落。在第一次放顶时，应认真作好准备，如加强切顶支柱，必要时采用双排密集支柱切顶，同时加强控顶区的维护；当顶板不易冒落时，可用爆破进行强制放顶。放顶时能及时冒落下来的岩层称为直接顶板。直接顶板上部的比较稳固的岩层，经过多次放顶后，达到一定的暴露面积才发生冒落，这层顶板称为老顶，如图16-6所示。老顶大面积冒落前，会使工作面积压力急剧增加，如果管理不妥，甚至会将整个工作面压垮。老顶冒落引起的长臂工作面地压激烈增长的现象，称为二次顶压。2020/3/914（5）通风长臂工作面的通风条件较好，新鲜风流由下部阶段运输巷经行人静、切割巷道进入工作面。清洗工作面后的污风经上部安全道，排至上部阶段巷道。走向长度大时，应考虑分区通风。5、开采顺序多阶段同时回采时，上阶段应超前下阶段，其超前距离，应保证上部放顶区的地压已稳定为原则，一般不小于50m。阶段回采一般多采用后退式。在矿块中工作面的推进方向通常与阶段的回采顺序一致，但矿块中如有断层时，应使工作面与断层面成一定的交角，尽量避免二者平行。此外，工作面应由断层的上盘向下盘推进，如图16-7a所示，以便