弓长岭铁矿东南塌陷区废石流动性研究.pdf

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地质·勘察·测绘建材与装饰2014年10月弓长岭铁矿东南塌陷区废石流动性研究潘代威（长沙有色冶金设计研究院有限公司湖南长沙410011）摘要：针对弓长岭铁矿东南区下含铁带超深开采塌陷坑对上含铁带露天采场的安全影响问题，开展了系统的研究工作。通过现场调查与理论分析，揭示出塌陷坑的危害形式为陷落危害以及形成陷落的条件是废石散体结拱。分析了影响结拱的主要因素，实测了塌陷坑内散体的块度组成，实验研究了散体结拱发生的条件。实验得出东南区塌陷坑散体条件下，有效流动断面短边长与散体粒径的比值是决定是否结拱的主要因素，并给出了容易结拱、有条件结拱与不结拱的比值范围，据此分析弓矿东南区塌陷坑发生结拱的可能性。关键词：采矿塌陷区；散体结拱实验；平衡拱分析；结拱控制中图分类号：TD853文献标识码：B文章编号：1673-0038（2014）41-0072-021简述光滑陡立，都由围岩层理面构成。排岩场的废石直接充填塌陷弓长岭铁矿位于辽宁省辽阳市，铁矿资源非常丰富，可达数坑。亿吨。弓长岭铁矿二矿区位于弓长岭背斜的北翼，矿床西北端以2.2井下下含铁带采掘现状寒岭断裂（F）为界，东南端到30勘探线，全长4850m，全区面积下含铁带矿体回采以石门为界划分东、西采区。在东南区井3.6km2。根据开采情况，全区共分为三个采区：西北采区（0~9下，东、西采区均采用平底出矿浅孔留矿法，两翼后退式回采。线），中央采区（9~19线），东南采区（19~30线）。东南采区的下含240m中段已全部回采完毕，并已冒透地表，既无矿柱也无空区。铁带是磁铁矿、上含铁带的84%是赤铁矿。由于赤铁矿选矿技术192~196m中段矿体正处在回采中。的原因，上含铁带滞后于下含铁带回采。回采下含铁带的塌陷区2.3岩体冒落块度分析已经冒透地表，并已与回采上含铁带的露天坑出现交集。企业面经数据统计废石的块度和岩体冒落块度分析，得出塌陷区内临的问题是控制或延缓下含铁带塌陷区向露天坑方向扩展，以散体块度评估结果如表1。表1塌陷坑内散体块度组成保证安全上含铁带资源。本文重点研究废石地表充填塌陷区时，岩石块度百分比备注塌陷区内块石散体流动性，指导塌陷区的废石充填工作。（1m以上）5~10%（推荐值8%）经分析充填塌陷区主要危害为陷落危害，而陷落危害源于块（60~100cm）10%左右（推荐值10%）（30~60cm）40~60%（推荐值55%）石散体流动过程中块石大范围结拱后的块石拱突然垮落，本文（7.5~30cm）10~20%（推荐值15%）根据散体流动的影响因素并结合弓矿东南区的塌陷区的实际情岩石碎块（小于7.5cm）10~15%（推荐值12%）况，得出废石散体连续流动边界条件，据此分析弓矿东南区塌陷3散体流动结拱实验坑发生结拱的可能性。3.1基础实验块石散体属于非理想的松散介质，其重要特征是松散性和流采用白云岩散体物料模拟流动的废石，边界条件面为正方形动性。块石散体的松散性和流动性与决定其内部结构的各项物柱状体的亚克力壁面，出矿方式为：端部放矿。将白云岩散体颗理力学参数有着密不可分的联系。虽然影响矿岩散体流动特征粒分为6组：13.2跃d跃10.0mm，10.0跃d跃8.0mm，8.0跃d跃7.0mm，7.0跃的因素很多且复杂多变，但在特定条件下，只要能抓住各种因素d跃6.0mm，6.0跃d跃5.0mm，5.0跃d跃2.0mm，分别进行散体流动模拟实中能充分反映散体流动特征的主要因素，就可以获知在这种条验寻找临界结拱粒径。在临界结拱粒径基础上进行级配组合，进件下块石散体的流动性与松散性转换规律性，进而掌握块石散行散体流动模拟实验寻找临界级配。从而获得粒径与结拱概率体流动性的边界条件和控制方法。曲线；级配与结拱概率曲线。实验过程：淤等粒径实验，出结拱现2东南塌陷区现状调查象的临界粒径在6~7mm和5~6mm之间。于采用6~7mm和5~2.1地表塌陷区范围调查6mm两种粒径按9：1；8：2；7：3；6：4不同级配组成四组进行实在东南区大粒子露天采场在22~23线之间，留有矿柱（保护验，寻找出现结拱现象的临界级配，以及结拱时大颗粒的级配权露天台阶道路）在20线附近排岩堆积的台阶上出现裂缝区：有重。物理实验模拟结论：有效流动断面边长与散体粒径比为5.42耀3条裂缝，间距为370cm。塌陷区内岩体成片塌落，两侧塌陷壁时，不发生流动结拱现象；当这一比值小于4.4时，容易结拱；当·72· 2014年10月建材与装饰地质·勘察·测绘比值介于4.4与5.4之间时，有条件结拱。（2）塌陷区边壁岩体的发育节理裂隙，限制了岩体冒落的岩3.2模拟实验石块度。模拟实验是通过调整块石与边界宽度的比值，模拟塌陷区废（3）物理实验模拟实验得出，有效流动断面边长与散体粒径石流动性。经过多次实验获取的大量实验数据，经数理统计拟合，比为5.4时，不发生流动结拱现象；当这一比值小于4.4时，容易发现废石流动性规律，即流动块石块度和与边界宽度的关系。实验结拱；当比值介于4.4与5.4之间时，有条件结拱。过程：淤散体物料来源：弓长岭塌陷区废石（密度为2.6g/m3）散体（4）根据实验结果分析得出，弓长岭东南区塌陷区废石不能粒径如表2。于调整模型的宽度（2cm、2.5cm、3cm、3.5cm），分别进排除流动结拱的可能性，但结拱的几率不大。为确保生产安全，行放矿废石模拟流动实验记录放出量及出现结拱的次数。实验应将井下浅孔留矿法改为无底柱分段崩落法，以增大振动频繁得出废石结拱概率与断面短边宽关系见图1。与减小覆盖散体的一次下移量；同时，露天坑应增大向塌陷区排表2模拟散体颗粒对照表岩的强度并控制排岩块度，以确保散体流动过程中的连续性。塌陷区废石块度组成表块度大于1m60~100cm30~60cm7.5~30cm小于7.5cm权重8%10%55%15%12%参考文献模拟废石块度级配[1]任凤玉.随机介质放矿理论及其应用.北京：冶金工业出版社，1994.块度13~20mm10~13mm7~10mm<7mm[2]刘兴国.放矿理论基础.北京：冶金工业出版社，1995.权重16.4%69.4%12.1%3.1%[3]吴爱祥.散体体动力学理论及其应用.北京：冶金工业出版社，2002.[4]赵庆和.国内外矿岩散体流动性分类的研究现状[R].矿岩散体流动特征与放矿控制研究，报告之六，1990，12.[5]钟叔玉，赵庆和.矿岩散体流动性分类的模糊聚类分析[J].昆明工学院学报，1993.[6]防止溜矿粘结性矿料时产生粘结结拱、管状流动措施的研究[J].矿业工程，1992，12.[7]李昌宁.非均匀矿岩散体流动规律及其应用[D].沈阳：东北大学，2000，5.图1平面放矿方式的结拱概率曲线图3.3实验结果收稿日期：2014-9-26经过基础实验和模拟实验，关于散体流动性得出如下结论：作者简介：潘代威（1984-），男，工程师，研究生，主要从事矿山设（1）实验得出：东南区塌陷区特定条件下，有效流动断面短边计工作。长与散体粒径的比值是废石流动性与松散性转化的决定因素。（2）基础实验测定：散体结拱的临界粒径比是4.4~5.4；有效流动断面边长与粒径比为4.4的散体结拱的临界级配为8：2~7：3。（3）模拟实验得出：散体结拱的粒径条件是大于有效流动断面短轴的0.227~0.185倍数的颗粒，这些颗粒占总散体的百分比大于70~80%。4结论本文以弓长岭铁矿东南区采矿塌陷区和其废石散体的移动条件为研究对象，在现场调研与岩体冒落性分类的基础上，分析了塌陷区内散体岩块的物理性质与塌陷区的边壁条件。通过物理模拟实验得出岩石结拱的条件，即岩石块度与边壁宽度的组合关系对散体流动连续性的制约。由此评估了塌陷区内废石结拱的可能性，提出对露天排岩的要求，和井下的预防措施。通过上述研究得出如下结论：（1）弓长岭东南区下含铁带超深开采引起的塌陷区，使露天采场采场部分进入错动范围之内，此时采取的从地表向塌陷区排岩的措施有利于露天采场的生产安全。·73·