第３７卷第２期 甘肃冶金 Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．２ ２０１５年４月 ＧＡＮＳＵ ＭＥＴＡＩＪＬＵＲＧＹ Ａｐｒ．，２０１５ 文章编号：１６７２－４４６１（２０１５）０２—０００１—０３ 小铁山矿胶结充填采矿法底柱上充填体设计及研究 王永智，寇明遥 （西北矿冶研究院，甘肃白银７３０９００） 摘要：对小铁山矿上向巷道式胶结充填采矿法在充填体下底柱回采工艺进行系统的分析和研究。运用充填体的 弹性力学理论，结合现场生产的现状，在安全的条件下，合理进行上向巷道式第一分层充填体的设计，解决困扰矿 山充填体下底柱回采问题。 关键词：胶结充填；底柱充填体；工艺研究 中图分类号：＇１１）８５３．３４３ 文献标识码：Ａ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｆｉｌｌｉｎｇ Ｍａｓｓ ｏｖｅｒ ｔｈｅ Ｓｉｌｌ Ｐｉｌｌａｒ ｉｎ Ｃｅｍｅｎｔｅｄ Ｓｔｏｐｐｉｎｇ—Ｆｉｌｌｉｎｇ Ｍｉｎｉｎｇ ｉｎ Ｘｉａｏｔｉｅｓｈａｎ Ｍｉｎｅ ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇ—ｚｈｉ，ＫＯＵ Ｍｉｎｇ—ｙａｏ （Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｂａｉｙｉｎ ７３０９００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｈａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｓｉｌｌ ｐｉｌｌａｒｅｄ ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ｍａｓｓ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｕｐｗａｒｄｓ ｌａｎｅｗａｙ ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｓｔｏｐｐｉｎｇ－ｉｆｌｌｉｎｇ ｍｉｎｉｎｇ．Ｂｙ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｅｌａｓｔｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ｍａｓｓ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｎ ｓｉｔｅ，ｔｈｅ ｕｐｗａｒｄｓ ｌａｎｅｗａｙ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｉｆｌｌｉｎｇ ｂｏｄｙ ｒｅｓｏｎａｂｌｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｆｅ Ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．ｒＩ＇ｌｌｅ ｄｅｓｉｎｇ ｈａｓ ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｈａｔ ｐｕｚｚｌｅｄ ｔｈｅ ｍｉｎｅ．ｉｎ ｓｉｌｌ ｐｉｌｌａｒｅｄ ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ｍａｓｓ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｆｉｌｌｉｎｇ；ｆｉｌｌｉｎｇ ｍａｓｓ ｏｖｅｒ ｓｉｌｌ—ｐｉｌｌａｒｅｄ；ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ １ 引言 技术计划的编制中，出现几个中段同时残采底柱的 计划。为了便于管理，寻求一种解决问题的方法。 小铁山矿基建于１９５８年，１９８０年正式投产，投 由于各个充填法矿山采用的尾砂的力学性质不同， 产时采用崩落采矿法，这种采矿方法经过多年的生 其充填体的设计强度、配比不同，搬用是无法解决问 产和实践，损失、贫化严重，安全性能差，资源浪费严 题，强度高时造成巨大经济损失，强度低时带来安全 重，经济效益不佳。１９８６年进行了以改变采矿方法 隐患，回采困难。因此按照小铁山矿利用的尾砂、水 和更新部分采掘设备为主的技术改造，采矿方法由 泥的性质，必须对下部充填体的强度进行分析，以确 原来的崩落采矿法改变为充填采矿法，经多年的生 定上部充填体的厚度和配筋参数十分必要。 产实践证明，采矿损失、贫化率大幅度降低，安全性 能提高，经济效益稳中有升。但是，随着开采深度的 ２充填材料的物理力学性质 不断增加，中段充填体下底柱回采，部分地段充填体 小铁山矿充填采用的尾砂取自白银有色集团公 冒落，损失严重，有的中段不得不忙于转段。在采掘 司铜选矿厂一尾库的脱硫尾砂，粒级组成见表１。 表１全尾砂粒级组成 ２ 甘肃冶金 第３７卷 从表１来看，＞０．０３７ ｍｍ的占９０％以上，其中０． （３）弯曲抗压强度 。弯曲抗压强度为轴心抗 压强度的１．１倍，则： ｆｃ ＝１．１ｘｆｏ＝２．２６ ＭＰａ ０７４ ｍｍ的占６５％以上。尾砂粒径：＋０．０７６ ｍｍ占 ７８．３６％；＋０．０３６ ｍｍ占９１．２９％。 尾砂比重：２．６５ ｔ／ｍ ，尾砂松散容重：１．２７６ ｔ／ｍ ，尾砂ｐＨ值：７。对井下充填用的尾砂粒径基 本要求见表２。 表２井下充填用的尾砂粒径基本要求 （４）轴心抗拉强度 。实验测定，重量浓度７０％， 灰砂比１：４的充填体抗拉强度为０．３６ ＭＰａ。 （５）充填料强度设计值。参照混凝土规范中强度 标准值到强度设计值的折减率，充填体强度设计值 取为： ＝１．６ ＭＰａ ｆｃ ＝１．８ ＭＰａ ｆ＾＝０．２５ ＭＰａ ３充填材料室内实验 根据充填体的强度要求，西北矿冶研究院对小 铁山矿采用的充填材料按照北京矿冶研究总院设 计 的重量浓度、灰砂比进行了室内实验。充填体 ４采矿方法简介 小铁山矿目前采用的采矿方法为上向巷道式胶 结充填采矿法。其采场结构参数如下 ］： 强度是以实测数据为基础，并参照混凝土规范进行 了折算。 （１）立方抗压强度 ．．。在实验室，对重量浓度 ７０％，灰砂比１：４的充填料进行抗压测试，试块尺 中段高度：６０ ｉｎ；分段高度：１２ ｍ；分层高度４ ｉｎ；矿块长度１００ ＩＴＩ；穿脉：（３ｘ３）ｍ ；回采巷道为４ｘ ４ ｍ 。 采用瑞典水星一１４型凿岩台车凿岩；美国 寸（７．０７ｘ７．０７ｘ７．０７）ｅｍ ，其２８天强度为３．０ ＭＰａ， 换算标准试块（１５０ｘ１５０ｘ１５０）ｍｍ 立方体抗压强度 为： ｆｃ ＝３ｘ０．９＝２．７ ＭＰａ［ ］ Ｅｓ ｒ＿２Ｄ电动铲运机出矿；芬兰锚杆台车支护。 回采结束，每中段第一分层铺设金属假底，网度 为２５０ ｍｍｘ２５０ ｍｍ，采用１：４水泥尾砂胶结充填材 料进行充填，从第二分层以后采用１：８比例充填，１： ６比例接顶。 （２）轴心抗压强度 。试验资料表明，用高宽比 （３—４）：１的棱柱体测试的抗压强度与受压为主的 钢筋混凝土构件中的混凝土抗压强度基本一致。因 此，可将它作为受压为主的钢筋混凝土构件的抗压 强度，即轴心抗压强度一般为立方抗压强度的０．７６， 所以轴心抗压强度 为： ｆｃ＝０．７６ｘｆ￣ ＝２．０５ ＭＰａ 充填体的强度必须满足以下要求： （１）第一分层的强度为：２—３ ＭＰａ； （２）表层强度为：１—２ ＭＰａ； （３）其他强度为：０．５～１ ＭＰａ。 其上向巷道式胶结充填采矿法图如图１。 ＩＩＩ－ＩｆＩ ｌ１１ ｌ 蜀 ｓ ＝ Ｉｆｆ ， ］ ／ ］ ／ Ｐ＇／／／Ａ Ｉ ］ ＩＩ－ＩＩ ｌ。中段运输巷道 ２．通风井 ３．溜井 ４。分段平巷 ５．回采充填巷道 ６．充填体 图１上向巷道式尾砂胶结充填采矿法 舔 蔫蠢 瓣： 警 蘸 第２期 王永智，等：小铁山矿胶结充填采矿法底柱上充填体设计及研究 ３ ５充填体模型及弹性理论分析 为了更形象直观的反应小铁山矿的实际现状， 充填体开挖后结构及采充区顶板力学模型如图２。 ＝一号（－＋ Ｙ）１一 ２ｙ） ｂ】 ： ６充填体承载力及配筋计算 厂，厂厂 ｎ ３ （１）极限弯矩Ｍｕ的计算。充填体顶板承载力计 算见图３。 １．低强度充填体；２．钢筋网；３．高强度充填体；４．矿体 图２充填进路结构及采充区顶板力学模型图 图３充填体顶板承载力计算图 回采进路宽度为３．５ ｍ，考虑充填体可能的滑 落，计算跨度取４ ｎｌ，假顶厚度即为较高灰砂比充填 体厚度，因此，确定充填体受力结构为单向板结构， 计算时沿进路方向取单位宽度作为计算单元，计算 模型为矩形截面简支板梁。 按照等效应力图，利用静力平衡条件，即可建立 单筋矩形受弯构件正截面承载能力，即极限弯矩Ｍｕ 的计算公式： ＝ × 一 ＬＡ ｈ。一 采用充填体自重作为结构外载，取值为５７ ｋＮ／ 一ｍ ，从安全考虑，设计载荷取１．４倍的安全系数。 因作为承载结构的下层充填体的厚度并不远小 于跨度，因此计算时应用弹性力学算法，因荷载ｑ为 常量，因而可假设沿着各个截面的分布相同，即ｃｒｙ ＝式中：ｘ一等效应力圆形的受压区高；Ｂ一矩形截 面宽．ｈ。一矩形截面距，ｈ。＝ｈ－ａｓ；ａｓ一受拉钢筋全力作 用点到截面受拉区边缘的距离，取５０ ｍｍ；ｆｙ一受拉 钢筋强度设计值；Ａｓ－受拉钢筋截面面积。 ｆ（ｙ），于是有 ： ２＝ ） 设定外载产生的弯矩为Ｍ，可得正截面承载力 条件关系为： 对ｘ积分，得应力函数 ，将应力函数 的四阶 导数代入相容条件： ＋２ 十—旦＋ ｙ２十 Ｏｘ２—０≤ ＝ ×６× ｈ。一詈） 则得高压区高度： ：０ 一 ＾。（・一√・一 则： Ａ ＝ ・ｂ・ ） 得出若干常数的应力函数，从而求得应力分量， 得到应力分量的表达式： ＝鲁（／７￡ 一 。）× ＋ｇ （４ ｙ２一了¨，＼ ｆＬ ３Ｊ｝） ， ）Ｙ Ｏ＇ｙ＝一 ，＋ １一 （２）配筋率要求。 为了保证受弯构件不发生破坏，配筋应满足下 列条件： ≤ ６ｑ Ｔｘｙ＝一 ［Ｉ ｈ２一ｙ ） 或： ≤ 由惯矩和静矩ｓ可得任一截面上的弯矩Ｍ和 剪力Ｑ： Ｍ＝ｑＬ（Ｌ— ）一ｑ／２（１一 ） ＝ｑ／２（Ｌ 一 ） ≤ ６・ｈｏ 或： ‰ Ｑ＝一ｑＬ＋ｑ（Ｌ一 ）＝一ｑｘ 则： ≥ （下转第７页） Ｏ＂ｘ＝了Ｍｙ＋ｇ音（４ ｙ２一了３） 为界限相对受压区高度，即超过了 表明配 筋率过大。 第２期 达娃卓玛，等：某铜钼矿选矿废水净化处理与回用研究 ７ ５ 结语 （１）现场废水固体悬浮物含量（ＳＳ）以及药剂残 余量（ＣＯＤ）较高，回用于铜钼混合浮选易产生泡沫 发粘，现场不易操作的现状。 可在不降低Ｃｕ、Ｍｏ回收率的前提下，提高混合精矿 中Ｃｕ、Ｍｏ品位。利用处理后的废水浮选可降低现 场新水补加量，减少了高原缺水的压力。 参考文献： ［１］李洪帅，刘殿文，宋凯伟，等．选矿废水对浮选的影响 ［Ｊ］．２０１２，２１（２）：９４—９６． ［２］ 胡波．复杂多金属硫化矿选矿废水处理与回用工艺 睿，黄道玉．选矿废水中残余黄药降解规 研究［Ｄ］．２０１２． （２）采用向尾矿废水中添加絮凝剂降低固体悬浮 物含量，同时利用高原阳光具有强烈紫外线的条件， 通过暴晒降低药剂残余量的方法处理尾矿废水，可 以将尾矿废水的ｓｓ由１９０ ｍｇ／Ｌ降低到４０ ｍｇ／Ｌ， ＣＯＤ由１０１ ｍｇ／Ｌ降低到５５ ｍｇ／Ｌ。 （３）通过将未处理废水、清水以及处理后的废水 回用于铜钼混合浮选闭路流程，处理后的废水浮选 （上接第３页） ［３］ 翁建浩，王律的试验研究［Ｊ］．化工矿物与加工，２００１（５）：１８—２１． 收稿日期：２０１４－ｌ１－２３ 作者简介：达娃卓玛（１９９０一），女，北京科技大学在读硕士研究生。 （３）底板充填体厚度及配筋计算。 为确定充填体厚度，将Ｘ＝ ｘ ｈ。代人Ｍ式得： 上分层进路方向布置，构造筋沿跨度方向布置，根据 所得，受拉钢筋截面积和参照类似矿山经验，最终确 定进路假底布置，设计高强度大于２．５ ＭＰａ的充填 体，高度为１．０ ｍ。 ‰ √厂——］ —一 ，． 通过对中段衔接部位的分析研究，虽然目前八 ： Ｄ。＇厂ｃｍ ：— ． 中段以上已经进行了第一分层的回采，但是小铁山 ：ｐ喜：０．１７５ ｐ 铅锌矿目前设计十三个中段，在十三中段以下仍然 有一定的远景储量。因此，中段衔接部位的分析研 究对以后的生产具有一定的指导意义。 参考文献： ［１］ 刘可任．充填理论基础［Ｍ］．北京：冶金工业出版社 代入得：ｈ。＝０．８３３ ｍ ｈ＝ｈ０＋ａ ＝０．８３３ ｍ 取高强度充填体厚度为０．９ ｍ，则受拉钢筋截面 积： ‘ 【ｈ０（ 一％／１一 ［Ｍ］．１９８８．１０． ［２］刘北辰，陆鸿森．弹性力学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社 ［Ｍ］．１９８９．４． ［３］ 北京矿冶研究总院，白银公司小铁山铅锌矿．机械化难 采矿体上向巷道式尾砂胶结充填法试验研究报告［Ｒ］．１９９３． １０． ｂ． ＝１１４０ ３ 根据Ａ。，即可选用钢筋。 ７结语 钢筋布置方向根据受力情况，遵循以下原则：在 上下分层回采进路平行时，上分层铺设的受力筋应 沿进路跨度方向布置，构造筋沿进路方向布置，当上 下分层回采进路直交时，上分层铺设的受力筋应沿 ［４］ 北京矿冶研究总院．小铁山铅锌矿巷道式充填法试验 回采设计［Ｒ］．１９８７． 收稿日期：２０１４—１０．２７ 作者简介：王永智（１９６９一），男，教授级高级工程师，毕业于昆明理工 大学。研究方向：计算机在采矿中的应用。
