下向进路膏体充填混凝土挡墙研究及应用.pdf

第 6 8 卷第6 期 有 色 金 属( 矿山部分) 2 0 1 6 年1 1 月 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 1 - 4 1 7 2 2 0 1 6 0 6 0 0 1 下向进路膏体充填混凝土挡墙研究及应用 蒋合 国 ， 沐兴 旺 ， 解联库 ( 1 彝 良驰宏矿业有限公司， 云南 昭通 6 5 7 6 0 0 ； 2 北 京矿 冶研 究 总 院， 北 京 1 0 0 1 6 0 ) 摘 要： 采用下向进路式回采、 尾矿膏体充填的有色金属矿山， 进路挡墙制作的可靠性、 安全性、 便捷性等因素 直接影 响生产作业的安全和效率 。彝 良驰宏矿业有 限公 司原来 根据经验法和工程类 比法确定进路 挡墙参数 ， 通过 研究 分析膏体作用于挡墙的静压力 、 挡墙混凝土与矿岩之间的黏结抗剪力 、 锚杆的抗剪 力等 因素 ， 最终 优化完善 了 挡墙参数及制作要求， 确保了挡墙质量 ， 保障了生产作业安全， 简化了挡墙制作流程， 缩短了挡墙制作 、 养护及相邻 进路 回采 时间 ， 提高 了生产作业效率 。 关键 词 ： 膏体充填 ； 进路混凝土挡墙 ； 挡墙受 力分 析 ； 废石综合利用 中图分类号 ： T D8 5 3 3 4 3 ； T D 8 6 2 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 1 4 1 7 2 ( 2 0 1 6 ) 0 6 0 0 0 1 0 3 Do wn wa r d d r i f t p a s t e f i l l i n g c o n c r e t e r e t a i n i n g wa l l J I ANG He g u o ，MU Xi n g wa n g 。XI E Li a n k u ( 1Yi l i a ng Chi h ong Mi n i n g Co ，Lt d，Zh a ot o ng Yunn a n 6 57 60 0，Chi n a； 2 Be i j i n g Ge n e r a l Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Mi n i n g& Me t a l l u r g y，B e i j i n g 1 0 0 1 6 0，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：I n t h e n o n f e r r o u s me t a l mi n e wh i c h u s i n g u n d e r h a n d d r i f t s t o p i n g a n d r a i l i n g s c e me n t e d f i l l i n g，t h e s t a b i l i t y，s a f e t y a n d c o n v e n i e n c e o f r e t a i n i n g wa l l h a v e d i r e c t i n f l u e n c e o n p r o d u c t i o n s a f e t y a n d e f f i c i e n c y Ac c o r d i n g t o t h e e mp i r i c a l me t h o d a n d e n g i n e e r i n g a n a l o g y me t h o d，Yi l i a n g Ch i h o n g M i n i n g C o mp a n y h a s d e t e r mi n e d t h e p a r a me t e r s o f a c c e s s r e t a i n i n g wa l 1 Fi n a l l y ，t h e y o p t i mi z e t h e p a r a me t e r s a n d p r o d u c t i o n r e q u i r e me n t s o f r e t a i n i n g wa l l ，e n s u r e t h e q u a l i t y o f r e t a i n i n g wa l l a n d t h e s e c u r i t y o f p r o d u c t i o n，s i mp l i f y t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s ， s h o r t e n t h e t i me o f p r o d u c t i o n，ma i n t e n a n c e a n d a d j a c e n t a c c e s s s t o p i n g， a n d i n c r e a s e wo r k e f f i c i e n c y b y r e s e a r c h i n g a n d a n a l y z i n g t h e r e t a i n i n g wa l l s s t a t i c p r e s s u r e f o r c e d b y p a s t e ，t h e s h e a r b o n d r e s i s t a n c e b e t we e n r e t a i n i n g wa l l c e me n t a n d o r e r o c k ，t h e s h e a r r e s i s t a n c e o f b o l t ，e t c Ke y wo r d s ：p a s t e f i l l i n g；d r i f t c o n c r e t e r e t a i n i n g wa l l ；f o r c e a n a l y s i s o f r e t a i n i n g wa l l ；c o mp r e h e n s i v e u t i l i z a t io n o f b a r r e n r o e k 彝 良驰宏矿业有限公司( 以下简称 ： 彝 良驰宏) ， 为国有控股上市公 司云南驰宏锌锗股份有限公司的 全资子公司。 彝 良驰宏是国家第三批“ 绿色矿山” 试点单位、 “ 金属 非金 属 矿 山安 全标 准化 二 级企业 ” 、 云南 省“ 清 洁生产合格单位” 、 云南省高新技术企业。 彝 良驰 宏 现 采 用下 向式 进路 回采 铅 锌硫 化 矿 ， 采空区采用尾矿膏体进行 充填 。进路 充填 时， 采用 井下掘进废石制作混凝土挡墙 。 基金项 目： “ 十三五” 国家科技支撑计划项 目( 2 0 1 5 B AB1 3 B 0 0 ) 作者简介 ： 蒋合国( 1 9 8 3 一) ， 男 ， 工程师 ， 采 矿工程 专业 ， 主要 研究方 向为有色金属矿床开采、 膏体充填等 1 挡墙制作 工艺及参数 1 1 挡墙材料选择 彝 良驰宏 原采 用空 心砖 、 免烧 砖及 红砖 ， 添加 水 泥砂浆制作进路充填挡墙。 在云南省“ 以奖代补” 专项资金重点支持下 ， 通 过与北京矿冶研究 总院、 中南 大学、 长 沙矿山研究 院、 昆明理工大学 、 湖南风格科技有限公司等单位先 后 开展 “ 矿 区工程 地 质 与 采 空 区处 理 技 术 的应 用 研 究” 、 “ 复杂空区群条件下的矿床高效开采” 、 “ 尾矿膏 体性能及尾矿工艺矿物学研究” 、 “ 矿 区原生矿下 向 进路膏体充填采矿法系统建设工程研 究” 、 “ 盘区机 械化进路充填采矿法工艺技术研究” 、 “ 矿区无废开 采应用技术研究” 等试验研究工作的前提下 ， 为减少 2 有 色 金 属( 矿山部分) 第 6 8 卷 矿 山生 产掘 进废 石 排放 ， 探 寻掘 进 废 石 的综 合 利 用 途径 ， 同时降低外购挡墙制作材料、 材料下放及掘进 废石提升 、 运输 、 地表堆存处理等环节的费用 ， 企业 及科研院所联合开展了利用掘进废石制作进路充填 挡墙 的相 关试 验研究 ， 并 在实 际生产 中成 功应 用 。 A A视图 r B B c c 视图 1 2挡墙 形式 挡墙采用井下掘进废石添加机制砂和水泥制作 成混凝土浇筑 ， 挡墙顶部预留充填及观察 口， 挡墙内 施工倒 楔锚 杆 。 B B 视 图 、 喜 _ 4 一 M 】 I 注：卜 模板； 2 一混凝土墙体； 3 一立柱； 4 一横撑； 5 斜撑； 6 观察口： 7 一碎矿层； 8 一采矿进路； 9 一管缝锚杆； l ( 卜铁 丝： 1 I 倒楔锚杆 一 、挡墙制作要求： l 、挡墙采用混凝 ： 浇筑，墙体浇筑使用掘进废石，粒径不大于5 0 mm，混凝士 墙体厚度不低于4 0 0 m m，强度不低于c l ( ) 强度；挡墙浇灌时必须进行振捣且必须 一 次浇筑 完成。 2 、在挡墙中心最高处预留充填及观察孔，孔高5 0 0 mm、宽3 0 0 m m， 3 、挡墙架设2 层横撑，下层横撑布置于墙体底部，下侧横撑布置在距底部 2( K H ) m m处；架没4 架立撑，中问两架历程间距为8 0 0 m m，两侧立撑距挡墙边 4 0 0 m m；采用双层斜撑，斜撑与进路挡墙垂商，下部斜撑支护在底部横撑 L ， j 部斜撑支护在上部横撑 L，并要求支护稳固； 4 、 横撑、立撑 、 斜撑所用坑木直径不小于2 0 0m m坑木无折断和腐朽。 5 、在挡墙混凝土凝同后将外挡墙内侧的立柱和模板回收拆下；在充填结束 浆体凝I托盘 到强度要求后，将外挡墙的斜撑、 立柱、横撑和模板回收拆下。 6 、 挡墙内距离底板1 0 0 0m m和l 8 0 0 1 n l1 、 位置施工倒楔锚杆，锚杆打入深度为 l 2 ( M ) m m，外露部分长度5 0 0 m m，浇筑于挡墙混凝土内。 7 、进路内距离挡墙l 5 0 0 m m位置 距底板l x J m m和1 8 0 0 mm 处施工管缝锚杆， 锚杆打入深度为l 2 0 0 m m，在锚杆端部绑扎铁丝，铁丝另一端捆扎在挡墙外部 立撑j ，铁丝必须拉紧。 图 1 混凝土挡墙制作工艺 图 Fi g 1 The pr o d uc t i o n pr o c e s s of c on c r e t e r e t a i ni ng wa l l 1 3挡墙 安全性 计算 由于 充填 进 路 采 用预 留充填 及 观 察 口， 未进 行 密闭挡墙泵压接顶， 作用在挡墙上 的力主要 为膏体 的静压力。只要膏体作用在挡墙上的静压力小于混 凝土挡墙与矿岩之问的黏结抗剪力和锚杆的抗剪力 之和， 即可保证挡墙 的安全可靠 。由此可得挡墙可 靠性验证公式见式 ( 1 ) 。 Q膏 Q黏+ Q锚 ( 1 ) 其中： Q膏 一膏体作用在挡墙上的静压力 ； Q黏 一 挡墙混凝土与矿岩之间的黏结抗剪力 ； Q 锚 一锚杆的 抗剪力 。 将膏体视为均质体 ， 不考虑析水及沉缩 ， 查询不 同强度 昆凝土的抗剪强度及相应 的系数， 得到以下 公 式 ( 2 ) 、 ( 3 ) 、 ( 4 ) 。 Q膏 一 S 墙 p g ( H 一 ) l ( 2 ) Q黏一 S 黏 2一 C -厂 2 ( 3 ) Q锚 一 S锚 锚 3 ( 4 ) 将公式( 2 ) 、 ( 3 ) 、 ( 4 ) 代入公式( 1 ) 中， 可得 到挡 墙 厚度 不等 公式 ： P膏 ( 6) 其中： P黏 一 4 d， 2 1 0 N ( 7 ) 尸膏 一 p g HA ( 8 ) 取挡墙底 部任 意一个 混 凝土 单 元 ， 公式 可转 化 为 ： p g H 1 A 6 l 而 ( 9 ) 通过上述公式( 9 ) ， 计算可得不同强度条件下混 凝土挡墙最小可靠厚度 。 表 5 不 同强度条件 下混凝土挡墙最小可靠厚度 Ta bl e 5 The mi ni mu m r e l i a b l e t hi c kn e s s o f c on c r e t e r e t a i ni ng wa l l i n d i f f e r e nt s t r e ng t h c o nd i t i o ns d m 0 3 9 6 5 0 3 1 3 9 0 2 5 9 8 H 为 3 0 m 将挡墙厚度计算及最小可靠度计算的结果统计 整理， 取两者 中数值较大者即为最终确定的挡墙制 作厚度。 2 结 论 借鉴国内外其他矿山的先进经验， 结合彝 良驰 宏的实际地质条件 ， 遵循充分利用井下掘进废石， 变 废为宝的原则和理念， 通过开展 掘进废石混凝土力 学性能试验 ， 挡墙受力 、 建模等方面的研究分析 ， 求 出了不同强度混凝土充填挡墙 的厚度 ， 保障了挡墙 的安全和生产作业的安全 ， 节约 了生产成本。同时， 总结归纳得出以下结论 ： 1 ) 挡墙厚度达到理论最小值 中较大数值， 即可确 保其强度要求。彝 良驰宏采用 C I O 混凝土制作进路 挡墙， 未施工倒楔锚杆， 进路挡墙制作厚度为 0 7 m。 ( 下 转第 2 8页) O 2 7 北 吼 7 9 l 6 6 m 2 8 有 色 金 属( 矿山部分) 第 6 8 巷 重力 下滑破 碎带 。 3 ) 与 矿化 密切相 关 的围岩蚀 变 ( 黑云母 化 、 绿 泥 石化 、 绢云母化 、 硅化等) 是找矿的直接标志， 如果是 黄铜矿化 、 磁黄铁矿化发育在上述蚀变带中， 那么该 带更 是 找矿 的理想 “ 层位 ” 。 6 2找矿方 向 1 ) 在江浪穹隆主片理产状发生转变的部位。 2 ) 大 量 出 现 浸 染 状 矿 化 或 受 到 韧 性 变 形 的 部 位 。 3 ) 脆韧性构造发育的部位。 4 ) 蚀变 发育 的地段 ， 如 黑云母 化 、 硅化 和绿帘 石 化等 。 5 ) 火山一沉积、 韧性剪切塑性流变 和脆韧性滑 脱三者结合部位 。 因此 ， 里伍 铜锌 矿 田的找矿 方 向 ， 应是 在江 浪穹 窿范 围 内 ， 既要 考虑 “ 矿源 层” ， 同时 也要重 视后 期韧 性剪切塑性流变和脆韧性滑脱构造 ， 两者缺一不可。 参 考 文 献 1 颜 丹 平 ， 宋鸿 林 ， 傅 昭仁 ， 等扬 子地 台西 缘 变质 核杂 岩 带 M 北京 ：地质出版社，1 9 9 7 2 傅昭仁， 宋鸿林 ， 颜丹 平扬子地 台西 缘江浪变质 核杂岩结构 及对成矿的控 制 J 地质学报 ，1 9 9 7 ， 7 1 ( 2 ) ： 1 1 3 1 2 2 3 冯孝 良， 刘 严松， 张惠华 ， 等四川 九龙县里伍铜矿包裹体 研究 E J 沉积与特提斯地质 ，2 0 0 8 ， 2 8 ( 2 ) ： 1 1 1 4 YAN D P，Z HOU M F，S ONG H I ，e t a 1 S t r u c t u r a l s t y l e a n d t e c t o n i c s i g n i f i c a n c e o f t h e J i a ng l a n g d o me i n t he e a s t e r n ma r g i n o f t h e T i b e t a n P l a t e a u ， C h i n a J J o u r n a l o f S t r u c t u r a l Ge o l o gy ，2 0 0 3， 2 5 ( 5 )： 7 6 5 7 7 9 5 张惠华 ， 冯孝 良， 唐高林 ， 等四川 I 省九龙县中咀铜 矿构造与成 矿关 系研究 J 高校地质学报 ，2 0 1 3 ， 1 9 ( 1 ) ： 9 5 1 0 8 6 四川 I 省地质矿产局四川 省区域地质志 M 北京 ： 地 质 出版 社 ， 1 9 9 0 7 傅昭仁 ， 宋鸿林 ， 颜丹 平扬 子地 台西 缘江浪变质 核杂岩结构 及对成矿的控 制 J 地质学报 ， 1 9 9 7 ， 7 1 ( 2 ) ： 1 1 3 1 2 2 8 颜丹平 ， 宋鸿林 ， 傅 昭仁扬子地 台西缘造 山前 的区域伸展 作 用研究 J 地学前缘 ， 1 9 9 9 ，6 ( 4 ) ： 3 5 2 3 5 3 9 刘 斌四川省里伍 铜锌矿床黑牛洞一海底 沟矿段含矿岩系岩 石地球化 学 特征 及 成 矿规 律 分 析 D 成 都 ： 成 都理 工 大 学 ， 2 0 1 4 1 o 李 同柱 ， 冯孝 良， 张惠华 四川省九龙县 中咀铜矿 床地质特征 及成因探讨 J 沉积与特提斯地质 ，2 0 1 0 ， 3 0 ( 2 ) ： 9 1 9 6 1 1 陈敏华 ， 祝向平 ， 冯孝 良，四J I I 里伍黑牛洞铜矿 床成矿流体特 征及矿床成因研究 J 沉积与特提斯地 质 ，2 O I 3 ， 3 3 ( 1 ) ： 9 9 一 】 0 5 ( 上 接第 3页) 施工倒楔锚杆 时， 进路挡墙制作厚度为 0 4 I 1 1 。两 种形式均辅以制作挡墙的木立柱及横撑支撑 。 2 ) 利用 井下 掘进 废 石 制 作混 凝 土 挡 墙 ， 通 过 受 力分析和计算 ， 得 出了满足企业生产作业安全的挡 墙相关参数 ， 开展 的研究成果成功应用于实际生产。 3 ) 利用井下掘进废石制作混凝土挡墙 ， 就地取 材 ， 变 废 为 宝 ， 既 解 决 了 实 际 问题 ， 又 减 少 了 固 废 排 放 。 4 ) 利用 井下 掘 进废 石 制 作 混凝 土挡 墙 ， 减 少 了 购买和下放挡墙制作材料 的费用 ， 减少了井下掘进 废石提升运输及地表堆存的费用 ， 经济效益显著 。 1 2 参 考 文 献 张葆春 ， 曹宗权 ， 赵永和 ， 等尾砂胶结充填挡墙受力分析及工 程应用 J 有色金属科学 与工程 ，2 0 1 l ， 2 ( 5 ) ： 5 7 6 0 容 宇 ， 严庆文 ， 黄吉荣 ， 等深部 采场 膏体充填 挡墙受 力分析 J 现代矿业 ， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 2 1 2 4 3 张海波 ， 刘芳芳充填采矿法充填挡墙合理结构参数研究及应 用 J 化工矿物与加工 ， 2 0 1 4 ( 5 ) ： 3 3 3 5 2 4 曹宗权充填挡墙影响因素分 析与应用 J 采矿技 术 ，2 0 1 5 ( 3)： 3 5 3 7 5 肖柏林 ， 杨 志强 ， 高 谦下 向进路式 充填采矿方法在毛 坪铅 锌 矿的应用研究口 有色金属( 矿山部 分) ，2 0 1 4 ， 6 6 ( 6 ) ： 4 8 6 王丽红 ， 李夕兵 ， 赵 国彦 ， 等永平铜矿充填挡墙安全设 计及 工 程应用 J 矿冶工程 ，2 O 1 3， 3 3 ( 6 ) ： 6 9 ， 1 2 7 汪海萍 ， 宋 卫东 ， 张兴才 ， 等大冶铁矿浅孔 留矿嗣后胶 结充填 挡墙设 计 J 有色金属( 矿山部分 ) ，2 0 1 4 ， 6 6 ( 5 ) ： 1 4 1 8 ， 2 6 8 薛奕忠高大型采 场全尾砂充 填挡墙可靠 性的力学 分析 J 南方冶金学 院学报 ，2 0 0 8 ， 2 9 ( 5 ) ： 1 8 2 2 9 吴已成 ， 谢 涛 ， 罗 涛新型固化剂胶结尾砂充填挡墙 的工程应 用 J 现代矿业 ，2 0 1 5 ( 1 2 ) ： 2 0 6 2 0 7 Do 黄建君 充填法挡墙强度模型研究及应用 D 昆明： 昆明理 工 大 学 ，2 Ol 4