弓長嶺鐵礦東南區(qū)露天井下協(xié)同開采技術(shù)研究.pdf

1、弓長嶺鐵礦東南區(qū)包含兩條平行含鐵帶，下盤含鐵帶為磁鐵礦，用井下開采方式先行開采;上盤含鐵帶為赤鐵礦，用露天開采方式滯后開采。當(dāng)井下開采到+196m～+152m中段時(shí)，露天開采+448m～+388m臺(tái)階，露天與井下的工作面最大高差近300m，而且井下采空區(qū)冒透地表后，緊靠露天采場形成了規(guī)模較大的塌陷坑，使露天采場生產(chǎn)安全受到塌陷區(qū)巖移的威脅。同時(shí)按原設(shè)計(jì)井下開采到+152m水平后，等到露天開采結(jié)束后才能繼續(xù)向下開采，由此將造成東南區(qū)未來5

2、～10年之間產(chǎn)量難以銜接。為解決這些問題，本文利用礦山三律（散體移動(dòng)規(guī)律、巖體冒落規(guī)律、地壓活動(dòng)規(guī)律）適應(yīng)性高效開采理論，系統(tǒng)研究了上、下盤含鐵帶高落差協(xié)同技術(shù)。
　　首先、分析了邊壁巖體片落或滑落的發(fā)生條件，得到塌陷坑邊壁穩(wěn)定性是由邊壁巖體的強(qiáng)度與坑內(nèi)的移動(dòng)散體的側(cè)向支撐力共同維護(hù)的結(jié)果，而這種平衡關(guān)系與散體有無陷落可歸結(jié)為散體移動(dòng)狀態(tài)。
　　其次、實(shí)驗(yàn)研究了塌陷坑散體的流動(dòng)連續(xù)性。根據(jù)塌陷坑底部的散體和井下出礦口出露的散

3、體的組成，綜合評(píng)估了塌陷坑內(nèi)散體的組成及塊度分布;根據(jù)塊度組成進(jìn)行了結(jié)拱實(shí)驗(yàn)，得到出礦過程中散體結(jié)拱的臨界跨徑比，據(jù)此分析得出，在塌陷坑的實(shí)際寬度下，塌陷坑內(nèi)的散體在下移過程中，不會(huì)發(fā)生大的結(jié)拱現(xiàn)象。
　　第三、統(tǒng)計(jì)分析中央?yún)^(qū)地表塌陷范圍與采深的變化關(guān)系。利用中央?yún)^(qū)上盤含鐵帶開采年限長，采深大以及塌陷坑發(fā)育充分的特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)了該區(qū)的地表塌陷范圍、采深和上盤傾角的關(guān)系，結(jié)果表明，對(duì)塌陷范圍大小起作用的散體柱高度一般不足整個(gè)散體柱高度的

4、1/3，而對(duì)地表陷落范圍影響極小的深部散體柱最大高度占整個(gè)散體柱高度的82％，根據(jù)這種現(xiàn)象，提出了臨界散體柱支撐邊壁巖體穩(wěn)定的新概念，并分析了臨界散體柱高度與礦體傾角的變化關(guān)系。
　　第四、分析了塌陷坑散體對(duì)邊壁的支撐作用，得出塌陷坑內(nèi)散體柱的主動(dòng)側(cè)壓力和被動(dòng)側(cè)壓力共同作用阻礙邊壁巖體大面積片落，使臨界散體柱形成較穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)，能夠較好地適應(yīng)側(cè)壓力的變化。并總結(jié)了采深、上盤傾角、傳統(tǒng)移動(dòng)角和臨界深度與實(shí)際移動(dòng)角的關(guān)系模型，提出了

5、減小臨界深度是減少地面塌陷范圍的有效途徑。
　　第五、用數(shù)值模擬的方法驗(yàn)證了臨界散體柱理論的合理性。對(duì)中央?yún)^(qū)上盤含鐵帶的地表塌陷范圍進(jìn)行了數(shù)值模擬驗(yàn)證:建立了PFC散體離散元的數(shù)值模型，對(duì)地表位移和速度的變化、塌陷坑上盤邊壁散體的位移變化、邊壁散體的應(yīng)力應(yīng)變情況以及巖體裂隙等進(jìn)行數(shù)值模擬，得到塌陷坑內(nèi)散體達(dá)到一定厚度后上盤邊壁變形接近于零，驗(yàn)證臨界散體柱是存在的。
　　第六、基于物理模擬得出塌陷坑內(nèi)散體流動(dòng)連續(xù)的結(jié)論，分析了

6、塌陷坑排巖的安全性，提出了東南區(qū)露天剝離廢石就近向塌陷坑排巖的技術(shù)方案?，F(xiàn)場實(shí)施后，減小了排放廢石的運(yùn)距，有效的增大了露天開采的生產(chǎn)能力。
　　第七、依據(jù)本文提出的臨界散體柱的確定方法，推測了東南區(qū)下盤含鐵帶的臨界散體柱高度，按照此高度分析了東南區(qū)井下的合理采深，即在現(xiàn)有開采水平上，還可以進(jìn)一步加大下盤含鐵帶的開采速度，露天井下的高差最大可達(dá)475m，由此可釋放井下開采的產(chǎn)能。
　　本研究提出了臨界散體柱的新概念，開發(fā)了向塌