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铁矿预注浆采矿法应用分析

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铁矿预注浆采矿法应用分析

摘要:张庄铁矿为隐伏盲矿体,矿体主要为石英磁铁矿,较坚硬完整。首采中段为-450~-390m水平,中段高度60m,采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法,回采0911盘区1105矿房时,下向垂直深孔施工遇到大面积破碎带,导致T150深孔钻机卡钻、不返水,无法钻进,加大了施工难度。为保证安全回采破碎矿体,通过利用深孔对工作面进行预注浆,从而固结设计深孔周围破碎矿(岩)石,确保深孔成孔。回采作业时,在破碎区域单侧形成切割槽区,为深孔爆破提供补偿空间,优先爆破矿石稳固区域,然后爆破破碎区域,以完成安全回采矿石的目标。

关键词:破碎带深孔预注浆成孔率

1工程概述

张庄铁矿是特大型地下铁矿山,矿床位于区域构造周集倒转向斜的西翼(倒转翼),呈单斜构造形态,总体为急倾斜厚大矿体。矿体顶部直接被第四系黏土、亚黏土、黏土、砂砾层覆盖,覆盖层厚146~196m,砂层含水丰富。第四系之下为基岩古风化带,厚度20~70m,一般为40m左右。接近古风化带矿石为氧化矿,氧化带风化裂隙发育,矿石多呈碎块状。氧化矿带厚度61~28m,平均38m,14线以北较厚,16线以南较薄。氧化带以下为原生磁铁矿体,主要为石英磁铁矿,矿体较坚硬完整。矿体顶板主要为黑云片岩,岩石坚硬、整体性好;底板主要为角闪斜长片麻岩,黑云斜长片麻岩,顶板稳固性中等。由于矿岩稳固性好,水文地质条件简单,设计采用阶段空场嗣后充填采矿法开采,首采中段为-450~-390m水平,中段高度60m,采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿方法。0911盘区1105#矿房备采矿量25万t,下部中孔凿岩可正常施工。在利用T150钻机施工深孔时,遇到大面积破碎带,钻机无法钻进,影响矿房回采深孔成孔及后续爆破作业。通过利用已设计采矿深孔对工作面进行预注浆,固结设计深孔周围破碎矿(岩)石,并反复扫孔、注浆,确保深孔成孔并安全回采破碎矿体[1-2]。1105矿房凿岩水平分Z1、Z22个凿岩硐室,中间由3m的连续间柱分隔,凿岩水平布置见图1。

2实施方案及过程

利用原设计的深孔,施工顺序依次为:开孔→埋设注浆孔口管→T150钻机钻进→停钻注浆→扫孔→注浆→再扫孔,直至达到设计深度。同时,选取2-3个炮孔为试验孔(天井孔优先作为试验孔),逐步调节注浆参数,根据实际注浆效果确定下一步施工方案[3]。

2.1钻孔参数

钻孔深度为原设计炮孔深度。钻孔开孔195mm,钻进2.5m,下入180mm高强塑料管(带法兰)2m,注浆固管。扫孔钻进采用160mm钻头。

2.2注浆参数

注浆采用水泥-水玻璃双液浆为主,水泥浆水灰比1∶1~0.75∶1,水泥-水玻璃体积比为2∶1~4∶1。水泥采用P.O42.5R普通硅酸盐水泥,水玻璃波美度38~40,模数2.8~3.2。必要时可添加水泥速凝剂等添加剂。注浆压力控制在2MPa以内,防止浆液扩散较远。注入量较大时,要调节浆液配比,还可采取间歇式注浆。注浆工艺流程为:接通输浆管路→压水试验→注单液浆→注双液浆→起压封孔→冲洗输浆管路→拆洗注浆泵。注浆工艺流程见图2,(C液、S液分别代表水泥、水玻璃,注双液浆时通过注浆泵注入混合器混合后使用)。

2.3深孔注浆效果

1105矿房凿岩水平分Z1、Z2两个凿岩硐室,主破碎区域位于Z1凿岩硐室。破碎区内深孔布置每排8个孔,从Z2至Z1凿岩硐室分别为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#深孔(8#孔为矿房边孔)。注浆区域内1排、2排、3排各5#孔钻孔深度可达22m左右,但钻杆取出后塌孔无法使用,经采用注浆工艺后成孔深度16m左右。同理,1排、2排各6#孔钻孔深度35m左右,注浆后成孔深度30m左右,3排各6#孔钻孔深度10m左右,注浆后成孔深度8m左右,破碎区其余各孔亦进行注浆。具体情况见图3、图4。

2.4爆破回采顺序

1105矿房凿岩水平分Z1、Z2两个凿岩硐室,由3m的连续间柱分隔。在Z2凿岩硐室布置切割天井,切割槽宽度为Z2凿岩硐室宽度。回采作业时,首先在Z2凿岩硐室形成切割槽区,为深孔爆破提供补偿空间。为确保矿石尽可能完全回采,先爆破切割槽,然后爆破2区,再爆破3区(注浆区域),2区、3区全部采用单侧崩矿(大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法),待上盘破碎段矿体爆破完成后,最后在4区进行全面侧向崩矿。同时,为做好控制爆破,对于3区(注浆区域)爆破主爆孔按照正常爆破装药量一半进行,边孔按照正常装药。爆破分为2次,一次20m。爆破区域分布见图5。

3矿房回采情况

一般情况下,采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿方法进行矿房回采时,遇到大面积破碎带,无法进行钻孔施工,会放弃该部分矿石回采,不仅增加了施工成本,更是造成资源浪费。当采用注浆法固结钻孔,保证成孔率后,可安全回采矿石。经扫描仪实测,1105矿房爆破效果见图6、图7,矩形标示矿房设计边界,曲线标示爆破后矿房实际扫描边界,可以看出破碎地段所有注浆成孔区域均完成爆破作业,矿房边界超挖控制良好,安全回采矿石23万t。

4结语

一般来说,当矿房回采作业遇到破碎带无法成孔时,因不能爆破作业大多数会浪费该部分资源。而采用深孔预注浆方式尽可能保证破碎矿体深孔成孔效果,保证了矿房回采爆破安全,并且爆破效果良好,安全回收破碎矿体内大部分资源,具有良好的安全效益和经济效益。预注浆采矿法适用于矿体节理裂隙发育、遇有接触带破碎带的矿房回采作业。

参考文献

[1]孟晓洁.复杂地质条件下深井巷道地面预注浆加固和支护结构研究[D].安徽:安徽理工大学,2012.

[2]任永胜.地表注浆预加固技术在隧道浅埋破碎带施工中的应用[D].陕西:长安大学,2009.

[3]张小建.煤矿巷道支护中注浆加固的结构稳定性研究[J].内蒙古煤炭经济,2018,2:19-20.

作者:李王兵 周林 单位:安徽马钢张庄矿业有限责任公司

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