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充填采矿法是随着采区矿石的采出,采空区依靠充填料、支护、充填料与支柱相配合形成的人工支撑体支撑采空区的方法。近年来国内外充填技术特别是高浓度尾矿胶结充填、块石砂浆胶结充填及膏体泵送充填技术取得了长远进展,为充填工艺的发展和推广应用奠定了基础。采用充填采矿法,能比较有效地预防和控制岩爆,防止或减缓这种能量的瞬间释放,同时有利于减低深井工作面的温度。该方法的优点是采准切割工程量少,适应矿体形态变化的能力强,灵活性大,矿石损失、贫化率小,能够防止矿床开采时的内因火灾,能够有效地维护采空区,对围岩的稳定性要求不高;缺点是多道充填工序,回采工艺相对复杂,采矿成本较高,回采循环时间较长,生产能力相对较低。
目前,充填采矿法进一步改进的途径有:实现辅助作业的机械化,完善胶结充填的输送方法,提高充填体强度,实现充填采矿法的连续回采作业,简化充填工艺等。随着采矿技术的进步,高效益采矿设备的应用,回采工艺机械化和自动化程度的提高,充填采矿法必将获得更为广泛的应用。
本文首先简要介绍了国内外充填理论及技术的发展现状,存在问题、最新研究成果和发展趋势。胶结充填是现有矿山主要采用的充填技术,本文特别介绍了胶结充填技术的研究成果和存在问题。
其次简要叙述了矿区水文、地质特点,根据充填法的分类及选择依据,依据矿山实际开采情况及生产状况等,选取合适本矿山的充填开采工艺。本文主要要解决的问题在于受前期开采的破坏与影响,东采区与西采区现已出现开采不平衡问题。附近矿体及近矿围岩裂隙发育,稳定性差。同时,由于矿体上下与四周均已采动、采空,地压较大。另外,矿体上部与崩落区连接,开采时地下水影响较大,需要采取相应的安全措施。原有崩落法开采不能解决生产中的实际问题,不能完成原有生产任务,而采用崩落法与充填法联合开采需要考虑的问题较多,比如两种采矿法之间的相互作用、开采过程中对地面影响等。解决这些问题将成为开采的难点。采用充填法开采势必要用到充填站及充填管道,管道布置及充填站的选择很重要,在此我们必须解决生产中的生产衔接矛盾,优化联合开采布置方案。
然后,根据充填采矿法生产工艺流程,综合矿山地下生产环境及开采情况,划分金山店铁矿充填采矿法评价单元,建立充填采矿法安全评价因素体系。利用层次分析法来计算采矿过程中系统评价单元充填采矿法系统环境、充填采矿法设施安全性、充填采矿法安全管理、易发事故情况几个方面权重值,用数字直观地给出系统各个指标的重要性。
接着,根据矿山采空区分布,开采情况分析充填过程对地表稳定性影响。矿山开采引起的地面塌陷问题属于人为的地质灾害之一,长期困扰和阻碍着矿区的经济发展及环境保护,所造成的危害主要表现在:地面塌陷造成耕地减少;塌陷对地面建筑设施造成破坏;生产企业、矿区的赔偿负担加重;矿区地面塌陷加剧了环境的污染与破坏。充填体能有效控制地压及减少矿石贫化率的作用。充填的作用主要在于限制围岩或矿柱的变形破坏的发展,减缓岩层移动及减小采空区地表沉陷。借助岩土力学等方面知识,分析了矿区岩土结构力学特征。分析了东采区开采过程中移动叫、陷落角的移动范围,为地表搬迁及塌陷范围确定提供依据。在本研究工作的技术路线方面,我们采用了综合性的多种手段。由于衡量本开采区地下采空区是否稳定和损伤区的形态是一个十分关键的问题,我们采用二维离散元数值分析,分别讨论充填和非充填情况下陷落角范围,通过对比,得出充填采矿法对于金山店铁矿地表稳定性影响。
最后,由于张福山矿区地表塌陷区地下还在进行开采活动,随着开采深度的增加,地表塌陷范围逐渐扩大,塌陷深度也逐步增加,地表塌陷区处于动态变化中。为此,本课题选择金山店铁矿张福山矿区东区的地表塌陷坑来作为研究对象由层次分析方法为基础建立的充填采矿法系统安全性综合评价体系只是一个初步的评价系统,在对充填采矿法进行安全评价时,根据各部分评价得分情况,最后进行汇总评价。利用二维离散元方法来确定金山店铁矿东区地表沉陷范围。通过分析崩落法开采、充填法开采及有无采空区三种情况,通过对比我们能清楚看到充填法开采过程中,充填对地表保护作用。
利用模糊综合评价方法从充填体作用、充填体强度、回采方案及矿岩稳定性等方面综合评价充填法开采的可行性。通过分析可知易发事故决定因素众多而复杂,并由于矿山实际情况不同而不断改变,易发事故的决定因素通过定量方法很难确定,只能根据矿山条件通过现场监测和经验做出。定性方法能简便、快速的对矿山易发事故作出评定。根据事故决定因素赋值标准,可以为系统易发事故方面提供依据,最终确定充填采矿法系统安全性,并给出相应的安全措施建议。
金山店铁矿充填采矿法系统安全性分析及评价能为其他同类矿山充填采矿法系统安全性评价提供借鉴和依据。随着科学技术的发展,应用现在技术对充填体的总体安全性和稳定性进行监测将变成可能,也将有力推进充填采矿法在金属矿山的推广和应用。