近海破碎金矿体开采人工假底设计与施工

石明超 周 洋 杜 飞

(山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿)

近海破碎金矿体开采人工假底设计与施工

石明超 周 洋 杜 飞

(山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿)

为了有效回采矿体 ，提高资源利用率，对三山岛金矿新立矿区西南部破碎矿体开采过程中人工假底的设计与施工进行研究。分析人工假底的承载原理，根据简支梁与薄板理论分析人工假底的失稳机理，参照国内外矿山相关经验，并结合矿山工程地质情况，对-165 m中段人工假底进行设计并施工，形成较稳定的混凝土人工假底，为回采-200 m中段顶柱提供良好的条件。

近海破碎矿体 进路充填采矿法 人工假底 失稳机理

三山岛金矿是我国第一个从事大陆架滨海矿床地下开采的硬岩矿山，新立矿区矿体大部分位于海水以下，矿体东北部已封闭，往西南方向尚有远景储量[1-2]。新立矿区西南部119#～159#勘探线-165 m水平新发现矿体，厚14～45 m，倾角为60°～75°。矿体稳固性差，矿岩破碎，断层节理发育，且矿体向深海延伸，安全风险更大，当前的点柱上向水平分层充填采矿法难以适应西南部深海矿床开采技术要求。为此，矿山与高校合作，对该区域矿岩稳定性进行评价，提出采用进路充填采矿法回采，同时为确保该区域的稳定性，且有效回收-200～-165 m中段的顶底柱，矿体总体设计时考虑在-165 m中段施工混凝土人工假底，为-165 m中段以下矿体开采提供安全的作业环境。

1 人工假底设计理论

1.1 人工假底承载原理

人工假底是采用混凝土与钢筋构筑的顶板，并与采场两侧原岩或充填体搭接形成一个整体。当回采假底下部矿体时，假底代替矿柱承载上部采场充填体的荷载作用，两侧原岩或充填体对假顶形成向上的支撑作用，实现假底的承载作用[2]，见图1。

1.2 人工假底失稳机理

通过建立简支梁力学模型和薄板力学模型[3-5]，计算人工假底在上部充填体荷载作用下假顶的应力应变，分析得出人工假底最危险面在假底的几何中心线上，且在假底的上部产生压应力，在假底的下部产生拉应力，由于人工假底采用混凝土构筑，抗压强度较高，抗拉强度较小，因此，人工假底破坏主要受拉应力影响，即假底最终在下表面拉应力作用下发生拉伸破坏，造成假底失稳。目前随着技术的不断发展，很多矿山在构筑人工假底时在底部铺设钢筋网，增强抗拉强度，提高了假底的稳定性。

图1 人工假底承载原理

2 人工假底设计与施工

2.1 人工假底设计

根据国内外矿山(前苏联佐茨克矿、金川矿、焦家矿、新城矿等)的人工假底施工参数，结合三山岛金矿新立矿区西南部的现场工程地质条件，确定人工假底设计参数：底筋网主筋直径为12 mm，网度为1 000 mm×900 mm(横向×纵向)；副筋直径为8 mm，网度为500 mm×300 mm(横向×纵向)；人工假底浇注厚度为0.4 m。

2.2 人工假底施工

人工假底构筑工艺相对复杂、要求高，直接影响着其强度和稳定性，必须按照设计步骤按质按量完成。其主要作业工序包括清理底板、铺设碎矿垫层和塑料薄膜、铺设底筋网、制备并浇注混凝土。

(1)清理底板并铺设碎矿垫层和塑料薄膜。进路回采结束后进行人工平场，将进路或分层道底板残留碎矿扒平，使底板平整，铺设200～300 mm厚碎矿垫层，再铺盖2层塑料薄膜。

(2)铺设底筋网。在塑料薄膜上放置砖块或碎石块，再铺设底筋网，将底筋网架高0.1～0.2 m，从而使其完全被打底料浆包裹，增加整体强度。底筋网主筋直径为12 mm，网度为1 000 mm×900 mm(横向×纵向)；副筋直径为8 mm，网度为500 mm×300 mm(横向×纵向)。横筋在下，纵筋在上，相交处用11#(φ3 mm)铁丝缠绕加固，底筋网中纵向主筋距相邻进路边界均为0.5 m。主筋沿进路方向延长搭接长度不小于350 mm，副筋沿进路方向延长搭接长度不小于150 mm。底筋网布置结构见图2。一步进路回采时两帮为矿体，将底筋网中横向主筋两端分别加长0.85 m，并贴侧帮竖立，见图3；二步进路回采时两帮为充填体，将一步进路假底预留的竖立横向主筋全部揭露出来，并将其拉直，用11#铁丝缠绕搭接，搭接长度不小于350 mm，见图4。

图2 人工假底底筋网布置结构(单位：mm)

图3 一步进路假底铺设剖面(单位：mm)

图4 二步进路假底铺设剖面(单位：mm)

(3)浇注混凝土。浇注混凝土厚度为0.4m，每立方米混凝土加水、水泥、砂、碎石分别为200,250,750,1250kg。要求碎石块度均匀，粒径约为20～40mm，碎石在进搅拌机斗前应先进行冲洗；水泥标号为425#；使用中粗砂。边浇注混凝土边架高底筋，且采用振捣棒捣实，浇注完成后应有专人洒水，养护时间不得小于14d。施工现场见图5。

图5 现场假底施工

3 结 论

通过分析人工假底的承载原理和失稳机理，根据国内外矿山人工假底施工经验，结合三山岛金矿新立矿区西南部工程地质情况，选择经济、合理、安全的假底参数，按质按量施工，达到了良好的效果，为同类人工假底工程提供了借鉴。

[1] 彭 康,李夕兵.基于响应面法的海下框架式采场结构优化[J].中南大学学报:自然科学版，2011(8):2417-2423.

[2] 赵国彦.海基硬岩矿床的安全开采技术研究[J].中国安全科学学报，2009，19(5)：159-166.

[3] 朱和玲.基于开采环境再造人工结构的稳定性与可靠度研究[D].长沙：中南大学,2008.

[4] 郭翔宇,王文会,蒙红荣，等.下向分段人工假顶嗣后充填采矿法[J].有色金属：矿山部分,2001(3):2-4.

[5] 王一鸣.现代桥梁结构[J].科学与财富,2011(7):97-98.

2014-12-01)

石明超(1987—)，男，助理工程师，261442 山东省莱州市。