弓長嶺鐵礦東南區(qū)露天井下協同開采技術研究.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。當井下開采到+196m～+152m中段時，露天開采+448m～+388m臺階，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，使露天采場生產安全受到塌陷區(qū)巖移的威脅。同時按原設計井下開采到+152m水平后，等到露天開采結束后才能繼續(xù)向下開采，由此將造成東南區(qū)未來5

2、～10年之間產量難以銜接。為解決這些問題，本文利用礦山三律（散體移動規(guī)律、巖體冒落規(guī)律、地壓活動規(guī)律）適應性高效開采理論，系統研究了上、下盤含鐵帶高落差協同技術。
　　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度與坑內的移動散體的側向支撐力共同維護的結果，而這種平衡關系與散體有無陷落可歸結為散體移動狀態(tài)。
　　其次、實驗研究了塌陷坑散體的流動連續(xù)性。根據塌陷坑底部的散體和井下出礦口出露的散

3、體的組成，綜合評估了塌陷坑內散體的組成及塊度分布;根據塊度組成進行了結拱實驗，得到出礦過程中散體結拱的臨界跨徑比，據此分析得出，在塌陷坑的實際寬度下，塌陷坑內的散體在下移過程中，不會發(fā)生大的結拱現象。
　　第三、統計分析中央區(qū)地表塌陷范圍與采深的變化關系。利用中央區(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，統計了該區(qū)的地表塌陷范圍、采深和上盤傾角的關系，結果表明，對塌陷范圍大小起作用的散體柱高度一般不足整個散體柱高度的

4、1/3，而對地表陷落范圍影響極小的深部散體柱最大高度占整個散體柱高度的82％，根據這種現象，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系。
　　第四、分析了塌陷坑散體對邊壁的支撐作用，得出塌陷坑內散體柱的主動側壓力和被動側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)定的支撐結構，能夠較好地適應側壓力的變化。并總結了采深、上盤傾角、傳統移動角和臨界深度與實際移動角的關系模型，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、用數值模擬的方法驗證了臨界散體柱理論的合理性。對中央區(qū)上盤含鐵帶的地表塌陷范圍進行了數值模擬驗證:建立了PFC散體離散元的數值模型，對地表位移和速度的變化、塌陷坑上盤邊壁散體的位移變化、邊壁散體的應力應變情況以及巖體裂隙等進行數值模擬，得到塌陷坑內散體達到一定厚度后上盤邊壁變形接近于零，驗證臨界散體柱是存在的。
　　第六、基于物理模擬得出塌陷坑內散體流動連續(xù)的結論，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方案?，F場實施后，減小了排放廢石的運距，有效的增大了露天開采的生產能力。
　　第七、依據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，即在現有開采水平上，還可以進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475m，由此可釋放井下開采的產能。
　　本研究提出了臨界散體柱的新概念，開發(fā)了向塌