露天坑尾砂膠結(jié)充填治理的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及留有露天境界頂柱的露天轉(zhuǎn)地下礦山的治理方法，特別是一種露天坑 尾砂膠結(jié)充填治理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著淺部資源的逐漸枯竭，國內(nèi)很多金屬礦山均面臨著露天轉(zhuǎn)地下開采這一特定 的開采時期。隨之而來的露天轉(zhuǎn)地下開采邊坡巖體滑移及邊坡的安全穩(wěn)定問題；部分非法 采空區(qū)與露天坑底形成透點，露天坑，露天邊坡雨季匯水進(jìn)入非法采空區(qū)后通過斷層、節(jié)理 和裂隙滲流至井下，既影響井下施工的安全，又增加了排水的費用，對礦山的安全生產(chǎn)影響 重大。合理解決露天采坑遺留的安全問題，已成為露天轉(zhuǎn)地下后采用空場法和充填法開采 礦山安全生產(chǎn)的保障。另一方面隨著露天轉(zhuǎn)地下的開采，尾礦排放量大，尾礦庫容積不足， 出現(xiàn)尾礦無法排放的情況和建設(shè)尾礦庫時征地困難這一系列問題的出現(xiàn)，影響日常生產(chǎn)工 作順利進(jìn)行，嚴(yán)重制約礦山發(fā)展，利用尾礦處理露天采坑，能達(dá)到露天坑的安全治理，減弱 地下開采與周邊重要構(gòu)筑物的影響，解決尾礦庫的建設(shè)與征地問題，是一個很好的治理方 法。
[0003] 本發(fā)明治理的露天坑屬于影響型露天坑，利用尾砂治理主要有尾砂干堆和尾砂膠 結(jié)充填兩種方法，目前常用的方法為前者，但其需要增加礦漿濃縮脫水設(shè)備，增加費用和管 理工作。采用尾砂膠結(jié)充填治理露天采坑，相當(dāng)于將其看做一個大的采場空區(qū)進(jìn)行充填，對 于露天轉(zhuǎn)地下采用充填法的礦山實施簡便可行，但是其結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定不同于地下充填采 場結(jié)構(gòu)參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明就是針對留有露天境界頂柱的露天轉(zhuǎn)地下礦山，地下采用充填采礦方法的 影響型露天坑采用尾砂膠結(jié)充填治理方案的確定。
[0005] 確定了治理方案結(jié)構(gòu)參數(shù)包括充填料漿灰砂比與濃度、充填總高度、階段高度、分 層高度、不同階段充填料漿灰砂比。
[0006] 結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)： 1)露天坑尾砂膠結(jié)充填料漿的灰砂比和濃度的選擇，依據(jù)礦山充填系統(tǒng)輸出性能穩(wěn) 定的配比等級與料漿濃度來確定。
[0007] 選擇露天坑邊幫危險區(qū)域，采用有限元理論分析其穩(wěn)定程度，圈定潛在滑移區(qū)域 的最上水平，得出治理高度H1。
[0008] 根據(jù)礦山采礦方法、生產(chǎn)能力和服務(wù)年限，計算出尾砂富余量，根據(jù)露天坑現(xiàn)狀計 算存放富余尾砂的高度H2 H1,H2的最大值為露天坑充填總高度，兔。
[0009] 本發(fā)明應(yīng)用于留有露天境界頂柱的露天轉(zhuǎn)地下礦山。露天采坑膠結(jié)充填治理階段 高度的確定是在考慮回收境界頂柱資源的基礎(chǔ)上，運用三帶理論進(jìn)行計算。
[0010] 設(shè)計境界頂柱回收的采礦方法，確定空區(qū)高度/?。
[0011] 根據(jù)空區(qū)高度，計算出冒落帶高度，馮，馮，偽巖石松散系數(shù)。
[0012] 根據(jù)空區(qū)高度，計算出裂隙帶高度，馬，4=4?八+U，漢C是與巖體力學(xué) 特性相關(guān)的系數(shù)。
[0013]階段高度，％％ =0〇7胃+馬），D為安全系數(shù)，I. 5~2. 5。
[0014] 分層高度的確定，依據(jù)礦山選場尾砂排放與地下礦山尾砂消耗能力，計算尾砂富 余量，同時考慮便于濾水工程施工，確定充填分層高度。
[0015] 根據(jù)充填總高度和階段高度確定階段個數(shù)。依據(jù)階段個數(shù)和充填料漿灰砂比等 級，運用正交試驗理論確定不同階段充填灰砂比方案。通過有限元理論計算不同方案充填 后，地下礦體開采與露天境界頂柱回收后的穩(wěn)定性，提取計算結(jié)果的位移、最大主應(yīng)力、塑 性區(qū)指標(biāo)，對不同方案進(jìn)行評價后確定合理方案。
[0016] 本發(fā)明確定的露天坑尾砂膠結(jié)充填治理方案經(jīng)濟(jì)合理，能達(dá)到露天坑的安全治 理，減弱地下開采與周邊重要構(gòu)筑物的影響，解決尾礦庫的建設(shè)與征地問題，露天坑恢復(fù)治 理奠定基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0017] 圖1礦山典型剖面開采現(xiàn)狀圖。
[0018] 圖2礦山典型剖面開采現(xiàn)狀水平位移分析圖。
[0019] 圖3露天坑膠結(jié)充填階段分布圖。
[0020] 圖4露天坑方案一充填治理塑性區(qū)分布圖。
[0021] 圖5露天坑方案二充填治理塑性區(qū)分布圖。
[0022] 圖6露天坑方案三充填治理塑性區(qū)分布圖。
[0023] 圖7露天坑方案四充填治理塑性區(qū)分布圖。
[0024] 圖8露天坑方案五充填治理塑性區(qū)分布圖。
[0025] 圖9露天坑方案六充填治理塑性區(qū)分布圖。
[0026] 圖10露天坑方案七充填治理塑性區(qū)分布圖。
[0027] 圖11露天坑方案八充填治理塑性區(qū)分布圖。 具體實施方案
[0028] 下面以某礦山具體實例，結(jié)合附圖對影響型露天坑(影響型是指周邊存在重要建、 構(gòu)筑物或露天坑下部有地下開采活動的露天坑）尾砂膠結(jié)充填治理方案確定方法做進(jìn)一步 詳細(xì)說明。圖中2中、圖4至圖11中：灰色區(qū)域為彈性區(qū)，白色為塑性區(qū)。
[0029] 露天坑尾砂膠結(jié)充填料漿的灰砂比和濃度的確定。
[0030] 露天采坑尾砂膠結(jié)充填料漿來自充填站。礦山充填系統(tǒng)提供灰砂配比小于1:8左 右時，濃度70%左右的充填料漿時，系統(tǒng)工作效果穩(wěn)定，為此露天采空區(qū)充填料漿灰砂配比 選定為1:8、1:10、1:20三個等級，料漿濃度70%。
[0031] 充填總高度的確定： (1)選擇露天坑邊幫危險區(qū)域典型剖面（如附圖1所示），采用有限元理論分析其穩(wěn)定 程度，圈定潛在滑移區(qū)域的最上水平，得出治理高度H1 (以水平位移為例分析，如附圖2所 示）為60m。
[0032] 根據(jù)礦山采礦方法、生產(chǎn)能力和服務(wù)年限，計算出尾砂富余量，根據(jù)露天坑現(xiàn)狀計 算存放富余尾砂的高度4為80m 充填總高度，H總為H1, 4的最大值，即80m。
[0033] 階段高度的確定 露天采坑膠結(jié)充填治理階段高度的確定是在考慮回收境界頂柱資源的基礎(chǔ)上，運用三 帶理論進(jìn)行計算。礦山露天轉(zhuǎn)地下過程中，為了保證產(chǎn)量銜接，留設(shè)了露天境界頂柱厚度在 22m左右。采用上向水平分層充填法回收分層高度約3. 4m。空區(qū)高度即充填不接頂高度， 取 0. 5m。
[0034] 計算出冒落帶高度，"胃，"胃=每八1-1)。松散系數(shù)取1. 5,"胃為I. 0m。
[0035] 根據(jù)空區(qū)高度，計算出裂隙帶高度，馬，4=4?八+U取1〇〇,沒取〇? 85,C 取6. 2，馬為7. 55m。兒漢C是與巖體力學(xué)特性相關(guān)的系數(shù)。
[0036] 階段高度，％％ =從"胃+馬），D為安全系數(shù)，取2. 3, ％為19. 6m，取整數(shù)最終 確定，％為20m。
[0037] 根據(jù)充填總高度確定階段個數(shù)為4個，％p% 2、％ 3、％ 4，如圖3所示。
[0038] 分層高度的確定，依據(jù)礦山選場尾砂排放與地下礦山尾砂消耗能力，計算尾砂富 余量，同時考慮便于濾水井工程施工（一次施工高度為I. 6m)，確定充填分層高度為I. 5m。 施工順序為先砌筑濾水井I. 6m，在充填I(lǐng). 5m高度的膠結(jié)料漿，充填體達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，在 進(jìn)行1.6m尚的濾水井砲筑，依次循環(huán)。
[0039] 依據(jù)階段個數(shù)和充填料漿灰砂比等級，運用正交試驗理論確定不同階段充填灰砂 比方案。通過有限元理論計算不同方案充填后，地下礦體開采與露天境界頂柱回收后的穩(wěn) 定性，提取計算結(jié)果的位移、最大主應(yīng)力、塑性區(qū)指標(biāo)，對不同方案進(jìn)行評價后確定合理方 案。
[0040] 實例礦山的階段個數(shù)為4個，為境界頂柱開采影響區(qū)域，取高等級灰砂比1:8， "階2、％ 3、％4的灰砂比可選等級為1:8、1:1〇、1:20。
[0041] 根據(jù)正交試驗原理設(shè)計，將三個不同充填區(qū)間為三個因素，三種不同的灰砂比為 三個水平。計算方案采用三因素三水平的正交表確定，共有9組充填方案，如表1~2所示。
[0042] 表1不同充填區(qū)間的灰砂比取值水平
【主權(quán)項】
1. 一種露天坑尾砂膠結(jié)充填治理的方法，按如下步驟實施： a、 依據(jù)礦山充填系統(tǒng)輸出性能穩(wěn)定的配比等級與料漿濃度，選擇露天坑尾砂膠結(jié)充填 料漿的灰砂比和濃度； b、 選擇露天坑邊幫危險區(qū)域，采用有限元理論分析露天坑邊幫危險區(qū)域的穩(wěn)定程度， 圈定潛在滑移區(qū)域的最上水平，得出治理高度H 1; 根據(jù)礦山采礦方法、生產(chǎn)能力和服務(wù)年限，計算出尾砂富余量，根據(jù)露天坑現(xiàn)狀計算存 放富余尾砂的高度H2; 氏或112兩者中的最大值為露天坑充填總高度，兔； c、 當(dāng)留有露天境界頂柱的露天轉(zhuǎn)地下礦山時，露天采坑膠結(jié)充填治理階段高度的確定 是在考慮回收境界頂柱資源的基礎(chǔ)上，運用三帶理論進(jìn)行計算： 設(shè)計境界頂柱回收的采礦方法，確定空區(qū)高度每； 根據(jù)空區(qū)高度，計算出冒落帶高度，沒胃，沒胃=每八尤_1)，尤為巖石松散系數(shù)； 根據(jù)空區(qū)高度，計算出裂隙帶高度，馬; 階段高度，％％ =從"胃+馬），D為安全系數(shù)：1. 5~2. 5; d、 分層高度的確定：依據(jù)礦山選場尾砂排放與地下礦山尾砂消耗能力，計算尾砂富余 量，確定充填分層高度； e、 根據(jù)充填總高度和階段高度確定階段個數(shù)；依據(jù)階段個數(shù)和充填料漿灰砂比等級， 運用正交試驗理論確定不同階段充填灰砂比方案；通過有限元理論計算充填方案后，根據(jù) 地下礦體開采與露天境界頂柱回收后的穩(wěn)定性，提取計算結(jié)果的位移、最大主應(yīng)力、塑性區(qū) 指標(biāo)，進(jìn)行評價后確定選用方案。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的露天坑尾砂膠結(jié)充填治理的方法，其特征在于：礦山充填系 統(tǒng)提供灰砂配比小于1:8時，濃度70%充填料漿時，系統(tǒng)工作效果穩(wěn)定；露天采空區(qū)充填料 漿灰砂配比選定為1:8、1:10、1:20三個等級，料漿濃度70%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的露天坑尾砂膠結(jié)充填治理的方法，其特征在于：步驟d中，計 算尾砂富余量，需要同時考慮便于濾水工程施工，確定充填分層高度。
【專利摘要】本發(fā)明涉及留有露天境界頂柱的露天轉(zhuǎn)地下礦山的治理方法，特別是一種露天坑尾砂膠結(jié)充填治理的方法。依據(jù)礦山充填系統(tǒng)輸出性能穩(wěn)定的配比等級與料漿濃度，選擇露天坑尾砂膠結(jié)充填料漿的灰砂比和濃度；選擇露天坑邊幫危險區(qū)域，圈定潛在滑移區(qū)域的最上水平，得出治理高度；根據(jù)露天坑現(xiàn)狀計算存放富余尾砂的高度；依據(jù)礦山選場尾砂排放與地下礦山尾砂消耗能力，計算尾砂富余量，確定充填分層高度；依據(jù)階段個數(shù)和充填料漿灰砂比等級，運用正交試驗理論確定不同階段充填灰砂比方案；通過有限元理論計算方案充填后，地下礦體開采與露天境界頂柱回收后的穩(wěn)定性，確定選用方案。本發(fā)明能達(dá)到露天坑的安全治理，減弱地下開采與周邊重要構(gòu)筑物的影響。
【IPC分類】E21F15-06
【公開號】CN104653224
【申請?zhí)枴緾N201410758781
【發(fā)明人】盧宏建, 李成合, 甘德清, 梁鵬, 陳超, 路燕澤, 張亞賓, 李嘉惠, 向偉華, 鞏軍放
【申請人】河北聯(lián)合大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月12日