昭通鉛鋅礦Ⅰ號(hào)主礦體采礦方法探討

楊文杰，解聯(lián)庫(kù)，賀昌友，黃兆來(lái)

(1.云南省昭通市鉛鋅礦，云南 彝良 657602；2.云南馳宏資源勘查開(kāi)發(fā)有限公司，云南 曲靖655000；3.北京礦冶研究總院，北京 100044)

昭通市鉛鋅礦采礦權(quán)屬云南馳宏鋅鍺股份有限公司所有，礦山由河?xùn)|片區(qū)、河西片區(qū)、河西井口片區(qū)三個(gè)片區(qū)整合而成。目前，主要在河?xùn)|片區(qū)進(jìn)行開(kāi)采，開(kāi)采方式為地下開(kāi)采。礦山整合前，采用的采礦方法極不規(guī)范，采富棄貧較嚴(yán)重。自礦山整合后，采用平硐和盲斜井聯(lián)合開(kāi)拓，同時(shí)設(shè)有輔助提升豎井，目前已形成910m、846m、760m等3個(gè)主運(yùn)輸水平，670m中段尚在建設(shè)中。各中段間的人員往來(lái)、材料、礦石(含廢石)提升，大都通過(guò)斜井和豎井來(lái)完成，已形成的中段斜井：1號(hào)斜井(910～846m)、2號(hào)斜井(910～670m)、115斜井(846～814m)、109斜井(846～814m)等。

礦山共有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)礦體，Ⅱ、Ⅲ號(hào)礦體為零散雞窩礦，產(chǎn)狀不明顯。在846m中段以上，Ⅱ號(hào)、Ⅲ號(hào)礦體已基本采完，Ⅰ號(hào)礦體已開(kāi)采至825m。由于進(jìn)行空區(qū)治理，目前Ⅰ號(hào)礦體沒(méi)有進(jìn)行開(kāi)采。目前，礦山主要開(kāi)采796m中段、814m中段的Ⅱ、Ⅲ號(hào)小礦體，采用自然崩落法和淺孔留礦法回采，采用天井和電耙出礦，礦石采用提升機(jī)提至846m中段，經(jīng)斜井提出地表；開(kāi)采Ⅱ、Ⅲ號(hào)礦體，采用人工砼底柱留礦嗣后集中充填采礦法。Ⅰ號(hào)主礦體屬急傾斜礦體，埋藏較深，采礦難度較大，昭通市鉛鋅礦現(xiàn)有的采礦方法，已無(wú)法適應(yīng)該礦體的采礦需要，需要探索一種更安全、經(jīng)濟(jì)合理的采礦方法。

1 地質(zhì)概況

1.1 礦體地質(zhì)

I-6號(hào)礦體傾角較大，近似垂直，礦體上盤(pán)圍巖與下盤(pán)圍巖均在上泥盆統(tǒng)宰格組(D33)內(nèi)，巖性為灰白、灰色-厚層狀粗晶白云巖，夾含藻白云巖淺色層及少量頁(yè)巖。巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型為塊狀結(jié)構(gòu)，巖體較完整，巖溶不發(fā)育，以溶蝕小孔、溶蝕裂隙為主，含不均勻巖溶裂隙水，富水性中等。巖石堅(jiān)硬而脆，淺部裂隙較發(fā)育，裂隙率為0.66%～1.85%，以短細(xì)為其特征，裂隙發(fā)育深度一般在海拔850m以上。巖石干燥抗壓強(qiáng)度為58.84～117.68MPa，但遇斷層破碎帶，其抗壓強(qiáng)度減弱，易產(chǎn)生坑道邊壁變形而需支護(hù)。整體上巖體結(jié)構(gòu)形態(tài)為不規(guī)則塊體,巖性堅(jiān)脆,節(jié)理較發(fā)育,整體強(qiáng)度較高,穩(wěn)定性較好。

Ⅰ號(hào)主礦體其走向長(zhǎng)280～320m，傾斜延深大于340m(地表露頭標(biāo)高1040m，深部鉆孔控制標(biāo)高670m)，東西兩側(cè)局部出現(xiàn)透鏡狀、扁豆?fàn)罟铝⒌男〉V體，規(guī)模不大，走向長(zhǎng)10～15m，傾斜延深10m多。該礦體825m以上已被采空，現(xiàn)分布標(biāo)高為796～670m。Ⅰ號(hào)礦體賦存于上泥盆統(tǒng)D33-2地層中，圍巖為中粗晶白云巖。礦體走向與地層一致，走向北東～南西，傾向南東，傾角70°～85°。礦體水平厚度5.21～30.40m，平均厚度17.93m，變化系數(shù)40.46%；Pb品位2.64%～13.09%，平均5.46%，變化系數(shù)65.55%；Zn品位3.90%～30.94%，平均12.81%，變化系數(shù)66.61%。

1.2 礦體圍巖

礦體產(chǎn)出受巖性控制明顯，礦體上、下盤(pán)多數(shù)都為粗晶白云巖，極少數(shù)礦體與含碳頁(yè)巖、灰?guī)r接觸。礦體上、下盤(pán)圍巖蝕變以白云石化、硅化、黃鐵礦化為主，其次為重晶石化、方解石化。

2 采礦方法可行性分析

根據(jù)Ⅰ號(hào)礦體地質(zhì)報(bào)告書(shū)，Ⅰ號(hào)礦體在814m中段受斷層影響，礦體被錯(cuò)斷，分割成多個(gè)小礦體，其中以I-6號(hào)礦體為最大。I-6號(hào)礦體賦存最大標(biāo)高為796m，下延至700m以下，下延情況不清。825m標(biāo)高以上礦體基本已采空，825～796m尚有部分殘余礦體。昭通市鉛鋅礦為防止大明槽塌陷坑進(jìn)一步發(fā)育，目前已停止對(duì)此部分礦體的開(kāi)采。本次方案考慮仍然不回采此部分礦體，則大明槽采空區(qū)底板(825m)至此次方案設(shè)計(jì)的I-6號(hào)礦體，最大賦存標(biāo)高(796m)有30m的天然礦柱保護(hù)，開(kāi)采I-6號(hào)礦體，對(duì)上面的影響較小，應(yīng)該可以進(jìn)行開(kāi)采。

根據(jù)I-6號(hào)礦體地質(zhì)報(bào)告附圖，I-6號(hào)礦體在760m中段較為厚大，上延18m后，頂部受斷層錯(cuò)斷影響，出現(xiàn)分支、尖滅現(xiàn)象。780m標(biāo)高以上礦體厚度變小，主礦體厚度在96號(hào)剖面線收縮為16m，在98號(hào)剖面線礦體分支，最大厚度為7m，其他剖面上尖滅或厚度更小。礦體在760m標(biāo)高厚度最大，達(dá)43m，在760m中段穿脈巷道掘進(jìn)過(guò)程中，因礦體較為疏松，含較多的硫鐵礦，小斷面掘進(jìn)，頂板即失穩(wěn)，垮落高度達(dá)6m以上。

綜合考慮各方面的因素，推薦采用機(jī)械化進(jìn)路回采方式，在780m分層建造人工假底(頂)，將I-6號(hào)礦體分成兩個(gè)塊段：①780～760m標(biāo)高礦體，因礦體厚度較大，采用下向小分段礦房礦柱膠結(jié)充填采礦法進(jìn)行回采；②780m標(biāo)高以上礦體，因礦體厚度較小，且礦體分支，建議采用上向分層充填采礦法進(jìn)行回采。一定程度上，可根據(jù)礦體穩(wěn)固性、礦體厚度等適當(dāng)進(jìn)行挑采，廢石干式充填，以降低成本。上向分層充填采礦法，在該礦體所能采用時(shí)間很短，這里就不作詳細(xì)介紹。

3 機(jī)械化盤(pán)區(qū)下向小分段礦房、礦柱采礦法設(shè)計(jì)

3.1 盤(pán)區(qū)劃分及開(kāi)采順序

盤(pán)區(qū)構(gòu)成要素包括盤(pán)區(qū)劃分、盤(pán)區(qū)長(zhǎng)度確定。盤(pán)區(qū)長(zhǎng)度主要根據(jù)電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)的有效出礦運(yùn)距來(lái)確定，確定盤(pán)區(qū)長(zhǎng)度為60m。

I-6號(hào)礦體在760m中段，厚大部分礦體分布在94+1剖面至100號(hào)剖面線之間，100號(hào)剖面線至104號(hào)剖面線之間為端部薄礦體，礦體走向總長(zhǎng)160m，其中厚大部分礦體走向長(zhǎng)102m，最大厚度(在96+1號(hào)剖面線)46m，平均厚度33m。原則上，按60m一個(gè)盤(pán)區(qū)進(jìn)行劃分，實(shí)際將礦體沿走向劃分為3個(gè)開(kāi)采盤(pán)區(qū)，依次是1號(hào)盤(pán)區(qū)、2號(hào)盤(pán)區(qū)和3號(hào)盤(pán)區(qū)。其中1、2號(hào)盤(pán)區(qū)為開(kāi)采厚大部分礦體盤(pán)區(qū)，3號(hào)盤(pán)區(qū)為開(kāi)采100～104號(hào)剖面之間的端部薄礦體盤(pán)區(qū)。

盤(pán)區(qū)開(kāi)采順序：先采2號(hào)盤(pán)區(qū)，再采1號(hào)盤(pán)區(qū)，最后回采3號(hào)盤(pán)區(qū)。

3.2 分層高度

隨著回采分層高度的增大，采場(chǎng)生產(chǎn)能力和采礦效率隨之提高，同時(shí)采準(zhǔn)比、采充成本也都隨之降低，但分層高度受到礦巖穩(wěn)定性、充填體強(qiáng)度、采場(chǎng)頂板管理方法、落礦方式及鑿巖設(shè)備等因素的制約。綜合分析各種因素，并參考其它礦山的經(jīng)驗(yàn)，確定回采分層高度為3m。

3.3 分段高度

機(jī)械化盤(pán)區(qū)下向小分段礦房、礦柱膠結(jié)充填采礦法中的分段高度的確定，需要考慮回采的安全性、假頂?shù)闹谱髁俊鷰r的穩(wěn)固性、頂板的監(jiān)護(hù)及處理措施。分段高度越大，假頂?shù)闹谱髁吭叫。z結(jié)充填量越小，但分段高度的增大，頂板的管理難度加大，綜合考慮確定，機(jī)械化下向小分段礦房、礦柱膠結(jié)充填采礦法的分段高度為6m。即每隔2個(gè)分層制作一次假頂，共布置有4個(gè)分段，依次為762m、768m、774m、780m分段。假頂工程布置在此4個(gè)分段標(biāo)高水平。

3.4 回采進(jìn)路結(jié)構(gòu)參數(shù)

回采進(jìn)路結(jié)構(gòu)參數(shù)是采礦的主要關(guān)鍵參數(shù)，是影響采場(chǎng)穩(wěn)定性、采礦生產(chǎn)能力、采充成本、勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要因素。根據(jù)工程地質(zhì)對(duì)Ⅰ號(hào)礦體礦巖穩(wěn)定性的初步評(píng)價(jià)，參考其它礦山的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)初步選擇回采礦柱寬度3m(或4m)，礦房寬度6m(或8m)，礦柱、礦房進(jìn)路垂直礦體走向布置，進(jìn)路長(zhǎng)度為礦體水平厚度。

采準(zhǔn)布置。下向小分段礦房、礦柱膠結(jié)充填采礦法采用上、下盤(pán)雙采準(zhǔn)布置形式，即在上盤(pán)、下盤(pán)對(duì)稱(chēng)布置采準(zhǔn)斜坡道、溜礦井、分層巷道、礦房、礦柱出礦道等，現(xiàn)有的采準(zhǔn)系統(tǒng)可以利用，作為下盤(pán)采準(zhǔn)系統(tǒng)，新增一套上盤(pán)采準(zhǔn)系統(tǒng)以及一條上盤(pán)溜礦井出礦聯(lián)道(約170m)。

設(shè)計(jì)考慮下盤(pán)溜礦井兼顧作為采場(chǎng)回風(fēng)井，下盤(pán)溜礦井延伸至814m中段，按54m垂直高度考慮。

上盤(pán)溜礦井。考慮溜礦井上段作為礦房廢石干式充填所需渣子的倒渣小井，從814m中段將各中段采準(zhǔn)、基建掘進(jìn)渣子卸入此溜礦井，在上部設(shè)置擋板，與下部溜礦井分開(kāi)，上段作為溜渣井，下段為溜礦井。廢石干式充填時(shí)，從此溜礦井旁直接鏟裝，倒入采場(chǎng)進(jìn)行充填。上盤(pán)溜井亦按54m垂直高度考慮，與814m中段相連。

其他上盤(pán)采準(zhǔn)系統(tǒng)，只考慮至777m標(biāo)高(780m分層在下盤(pán))。

下盤(pán)采準(zhǔn)系統(tǒng)與780～796m采準(zhǔn)系統(tǒng)相連。

各盤(pán)區(qū)共用脈外采準(zhǔn)折返式斜坡道,斜坡道斷面2.4m×2.6m=5.83m2。

根據(jù)設(shè)計(jì)的分段高度及目前的采準(zhǔn)施工情況，在下盤(pán)布置有768m、774m、780m標(biāo)高共3條分段巷道，在上盤(pán)布置765m、771m、777m標(biāo)高共3條分段巷道，總計(jì)：上、下盤(pán)共布置6條分段巷道，各分段巷道通過(guò)分段聯(lián)絡(luò)巷與礦體采準(zhǔn)斜坡道相連。此6條分段巷道亦是分層巷道，負(fù)責(zé)每個(gè)分層礦房、礦柱的回采。

設(shè)計(jì)分段平巷巷道中心距礦體下盤(pán)邊界的平面距離為5m，分段巷道斷面與斜坡道斷面相同，各個(gè)分段巷道共用一條溜井聯(lián)道與溜礦井相連。

采用目前的溜礦井設(shè)計(jì)，在96+1號(hào)剖面線和98+1號(hào)剖面線共設(shè)置2條溜礦井，溜井?dāng)嗝鏋?.5m×2.0m=5.0m2(矩形斷面)。

設(shè)計(jì)考慮相鄰的礦房、礦柱共用一條出礦平巷，出礦平巷斷面與分段平巷斷面相同。

回采順序。采用自上而下分層回采，第一分層頂板高程780m。

進(jìn)路中先采礦柱、2個(gè)分層相鄰的礦柱回采結(jié)束，建造假底，膠結(jié)充填后，再回采中間礦房。

分層內(nèi)礦房、礦柱進(jìn)路由盤(pán)區(qū)中央向兩端退采。

為有利于進(jìn)路充填接頂，提高進(jìn)路充填接頂率，維護(hù)采場(chǎng)頂板穩(wěn)定，設(shè)計(jì)進(jìn)路采用微傾斜坡度向下推進(jìn)，坡度為5%。上、下分層礦房、礦柱進(jìn)路錯(cuò)開(kāi)布置。

鑿巖爆破。采用7655鑿巖機(jī)打眼，孔深1.8m，孔徑φ40mm，使用水平淺孔落礦；采用電雷管和塑料導(dǎo)爆管進(jìn)行微差爆破。

出礦。采用1.5m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦，礦石從采場(chǎng)鏟運(yùn)后，卸入溜礦井，通過(guò)760m裝礦硐室裝入礦車(chē)，電機(jī)車(chē)倒運(yùn)至2號(hào)斜井，通過(guò)斜井、910m中段巷道運(yùn)至地表。

采場(chǎng)通風(fēng)。采場(chǎng)通風(fēng)路線：新鮮風(fēng)→中段沿脈→采準(zhǔn)斜坡道→分段巷道→出礦道(聯(lián)道)→沖洗采場(chǎng)→(廢風(fēng))溜礦井上段→上中段回風(fēng)巷道→地表。

采場(chǎng)通風(fēng)要求：空氣的含氧量不得小于20%，風(fēng)速不得低于0.15m/s。

各分段假底制作。分段內(nèi)礦柱、礦房回采結(jié)束，制作假底，假底制作工藝與780m假底制作相同，采用C20的混凝土膠結(jié)充填0.5m厚度，在此不再累述。

3.5 充填

充填前準(zhǔn)備。擋墻設(shè)置：砼充填無(wú)需脫水且流動(dòng)緩慢，因此對(duì)充填擋墻要求不高，只需在封口處打立柱或橫撐，用木板構(gòu)成簡(jiǎn)易柵欄，要確保砼不流出。

管道架設(shè)。在頂板上打錨桿懸吊充填管，采場(chǎng)內(nèi)要根據(jù)采場(chǎng)的大小采用塑料管或充填管與塑料管聯(lián)合使用，后退式邊充邊撤。

礦柱充填工藝。充填方式：砼充填，空區(qū)內(nèi)進(jìn)行撤管分段充填或一次性充填。

砼輸送方式。設(shè)計(jì)采用砼輸送泵進(jìn)行砼管道(150mm)輸送，采場(chǎng)內(nèi)采用塑料管。

充填管線。砼泵站→采準(zhǔn)斜坡道→分段巷道→出礦道→采場(chǎng)，充填管從上分層的出礦道直接接入充填空區(qū)。

充填體質(zhì)量要求：每個(gè)分層礦柱均進(jìn)行砼充填，標(biāo)號(hào)要求C10。

礦房充填工藝。充填方式：干式與膠結(jié)聯(lián)合充填方式，礦房回采結(jié)束，在底部制作假底，假底厚0.5m，再在礦房底部0.5～2.0m高度采用膠結(jié)充填，膠結(jié)充填體強(qiáng)度為C10,充填厚度為1.5m，其他高度的采空區(qū)采用干式廢石充填的方法，盡量充填接頂。

充填路線。膠結(jié)充填基本與礦柱充填路線相同。

最大充填量及充填材料。采場(chǎng)一次砼充填最大量，按一個(gè)分段最大礦柱進(jìn)路的規(guī)格進(jìn)行計(jì)算，約為6m×3m×40m≈720m3。因此，井下須布置兩個(gè)400m3以上的貯料倉(cāng)和90t的水泥硐室。

砼充填材料主要有石子、砂子、水泥等。結(jié)合目前的生產(chǎn)系統(tǒng)情況，充分利用采準(zhǔn)的廢石、找探礦工程的掘進(jìn)渣子作為臨時(shí)膠結(jié)充填的石子，砂子采用在760m中段附近找取砂點(diǎn)和直接加工，水泥采用袋裝水泥(32.5級(jí))，從地表放至井下的砼攪拌站附近的水泥存放硐室。

充填材料制備。設(shè)計(jì)選用兩臺(tái)成都協(xié)和機(jī)械實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的JSY750A型攪拌機(jī)進(jìn)行砼制作，每臺(tái)攪拌機(jī)攪拌理論生產(chǎn)能力為35～45m3/h，電機(jī)7.5kW，進(jìn)料容量1200L，出料容量750L。

采用提升爬梯將配好的原料倒入攪拌筒中進(jìn)行攪拌，兩臺(tái)攪拌機(jī)連續(xù)進(jìn)行攪拌，以滿(mǎn)足連續(xù)泵送的要求。

充填材料泵送。設(shè)計(jì)選用三一重工廠生產(chǎn)的HBT60A-1406型閘板閥砼輸送泵(電動(dòng)機(jī))。

設(shè)計(jì)采用管徑為150mm的輸送管進(jìn)行砼輸送。

4 結(jié)束語(yǔ)

昭通市鉛鋅礦Ⅰ號(hào)主礦體，擬采用機(jī)械進(jìn)路下向小分段礦房、礦柱膠結(jié)充填采礦法進(jìn)行回采，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，并可提前進(jìn)行采礦工作。Ⅰ號(hào)主礦體屬鉛鋅厚大礦體，經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高，盡管采礦成本較高，但安全可靠，貧化損失率低，綜合考慮此采礦方法，對(duì)昭通市鉛鋅礦Ⅰ號(hào)主礦體來(lái)說(shuō)，是一種很適用的采礦方法。

建議盡快開(kāi)展I-6號(hào)礦體工程地質(zhì)研究，為采礦方法的設(shè)計(jì)、方案的優(yōu)化提供依據(jù)；建議盡早開(kāi)展昭通市鉛鋅礦深部資源接替工程的立項(xiàng)工作，開(kāi)展前期的采礦方法研究、膠結(jié)充填系統(tǒng)中有關(guān)的材料實(shí)驗(yàn)研究、泵送實(shí)驗(yàn)研究以及開(kāi)拓方式、開(kāi)拓系統(tǒng)選址等相關(guān)工作，以便提前完成深部資源接替，滿(mǎn)足未來(lái)選廠2000t/d生產(chǎn)能力的要求。

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