[發明專利]崩落采礦法覆蓋巖層合理厚度的定量化確定方法

有效

• 申請號: 201110159332.0
• 申請日: 2011-06-07
• 公開（公告）號: CN102383801A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 王運敏;孫國權;胡杏保
• 申請（專利權）人: 中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司
• 主分類號: E21C41/16
• 分類號: E21C41/16
• 代理公司: 馬鞍山市金橋專利代理有限公司 34111
• 代理人: 常前發

技術領域

本發明涉及一種地下礦山開采的覆蓋巖層厚度的確定方法，尤其是涉及崩落采礦法中的覆蓋巖層厚度的定量化確定方法，可廣泛應用于崩落采礦法開采礦山留設合理覆蓋巖層厚度的確定。

背景技術

目前我國地下鐵礦山采用崩落法開采的約占60％以上，崩落法采礦的基本特征是在覆蓋巖層下放出礦體，因此覆蓋巖層是崩落法開采最基礎最關鍵的要素，覆蓋層不僅是礦石損失、貧化控制的關鍵，也是回采過程安全的重要保障。覆蓋層留設過厚，則會增加強制崩落巖石工程的費用；留設太薄，則既不利于安全，又不利于貧化損失控制。因此，確定合理的覆蓋層厚度對提高礦石回收率、降低回采貧化率、確保礦山生產安全均具有重要的意義。

但是，現有覆蓋層厚度的確定方法一方面缺乏充分的科學依據，另一方面缺乏工程適應性和針對性，這給礦山日常生產帶來了極大的困難。主要表現在以下兩點：

(1)覆蓋層厚度留設廣泛采用的工程類比法，沒有考慮回采工藝、采場參數、回采指標、礦巖性質等因素的影響，按照工程實踐總結所得一般覆蓋層厚度為20m的留設依據，顯然不能滿足高分段安全生產的要求。

(2)《金屬非金屬礦山安全規程》規定：有底柱分段崩落法和階段崩落法回采的采場頂部應有厚度不小于崩落層高度的覆蓋巖層，無底柱分段崩落法覆蓋層厚度應達到分段高度的2倍左右。該規定顯然缺乏充分、科學的依據。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術存在的上述問題，提供一種充分結合采礦工藝、針對性強、科學合理的崩落采礦法覆蓋巖層合理厚度的定量化確定方法，該方法可以可定量精確計算出覆蓋層厚度。

為實現本發明的上述目的，本發明崩落采礦法覆蓋巖層合理厚度的定量化確定方法通過以下技術方案實現：

(1)基于采礦工藝要求的最低覆蓋層厚度的確定

總結崩落礦巖移動特性、礦石損失貧化途徑及規律，發現在一個分段放礦條件下，能夠蓋住礦石脊部殘留、能夠形成擠壓爆破條件、能夠保持礦巖界面連續性和完整性的最小覆蓋層厚度為一個包括脊部損失高度在內的分段高度。但每次出礦結束前總有一定量的廢石混入，因此當按一個分段高度留設覆蓋巖層時，第一個分段出礦結束后已經有部分礦石不能被廢石覆蓋住，此時礦石就有可能移動至廢石上面。為確保每個分段回采中和回采結束后礦石都能被覆蓋巖層覆蓋住，因此推導出滿足采礦工藝要求的最低覆蓋層厚度為：

式中，H-覆蓋層厚度(m)；h-分段高度(m)；N-分層數，(個)；

r-廢石混入率(％)；k-礦石回采率(％)；

γ_礦、γ_廢-分別為礦、巖石比重(t/m³)；

從上式可見，廢石混入率越低，需要覆蓋層的厚度越小，這也充分證明了無底柱崩落采礦中，低貧化放礦的重要意義。

(2)基于削弱頂板冒落引發巷道內風速和風壓的覆蓋層厚度的確定

頂板大規模瞬冒落過程中在冒落體上部或下部產生正壓和負壓后，引發的高速氣浪對井巷或空區內作業的人員、設施和設備等造成巨大傷害或破壞。以活塞式(最大沖擊條件下)崩落模型，模擬得到了巷道內的風速和風壓與覆蓋層厚度的關系曲線，擬合關系曲線可見：

①氣浪通過覆蓋覆蓋層后，其壓力衰減明顯，覆蓋層愈厚，壓力愈低，隨著覆蓋層的加厚，衰減速度變小。巷道內壓力與覆蓋層厚度可按指數關系擬合為：

P＝f(h)＝0.45e^-0.3h

式中：P-巷道內壓力，(Mpa)；h-覆蓋墊層厚度，(m)。

②當覆蓋層厚度大于4.85m時(礦山實際生產中，覆蓋層厚度至少要大于一個分段高度)，巷道內風速與覆蓋層厚度關系基本呈線性反比關系，因此工程現場巷道內風速與覆蓋層厚度按線性反比函數關系擬合為：

v＝-0.885h+17.25

式中：v-巷道內風速，(m/s)；h-覆蓋墊層厚度，(m)。

綜合①、②，得出基于削弱頂板冒落引發巷道內風速和風壓的覆蓋層厚度。

(3)基于巖體崩落對回采巷道安全的覆蓋層厚度的確定

通過相似模擬試驗得出：①崩落重量與沖擊力基本呈指數關系；②覆蓋層厚度與沖擊力基本呈線性反比關系；③崩落高度與沖擊力基本呈線性正比關系。

通過數值模擬得到的沖擊力在覆蓋層內傳遞過程、沖擊過程能量變化及沖擊力時程曲線可見，覆蓋巖層對崩落巖石的沖擊力有明顯的緩沖作用，整個沖擊過程中總能量基本處于守恒狀態，內能和動能之間有一個相互轉化的過程，動能在計算過程中轉化為材料的內能。