急傾斜中厚礦體采礦及采空區(qū)處理方法的探討

劉思敏,吳沅聲,李德峰,潘承武

(廣西錫山礦業(yè)有限公司,廣西南寧 530022)

1 礦山現(xiàn)狀

廣西大新錳礦地下采礦主要采用淺孔留礦法及中深孔崩礦法。此前,采空區(qū)處理并沒有納入到開采設(shè)計中,在開拓及采礦時沒有認(rèn)真研究處理采空區(qū)問題。目前,采空區(qū)基本以敞空的形式存在,造成處理困難,對下階段回采形成嚴(yán)重隱患。而且造成大量礦柱無法采出,資源浪費嚴(yán)重?，F(xiàn)階段,大新錳礦60萬t/a地采工程有一部分已進(jìn)入采準(zhǔn)切割階段,計劃于2011年下半年回采。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上選擇更為合理的采礦工藝,充分考慮采空區(qū)處理,在開采前做好地壓處理的方案與設(shè)計,開采后及時處理空區(qū),消除地壓隱患,提高礦石回采率,顯得尤為重要。

2 采礦方法

2.1 礦體基本情況

礦層賦存于上泥盆統(tǒng)榴江組泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥灰?guī)r、硅質(zhì)巖等過渡巖相內(nèi)。屬沉積碳酸錳礦床,近地表為氧化錳礦。錳礦層共有3層,錳礦層產(chǎn)狀與圍巖一致呈層狀產(chǎn)出,層位穩(wěn)定。自上而下為Ⅲ礦層1.49～1.68 m,夾二 0.5～1.0 m,一般 0.4～0.5 m；Ⅱ礦層1.74～2.69 m,夾一 2～10 m,Ⅰ礦層 1.52～1.79 m。Ⅲ礦層直接頂板為硅質(zhì)巖,一般厚0.05～0.3 m,往上為硅質(zhì)灰?guī)r、泥巖,Ⅰ礦層直接底板為泥質(zhì)灰?guī)r、夾泥質(zhì)巖。礦體南翼0～32線,該區(qū)段礦體變化平穩(wěn),東西走向,220 m以上絕大部分為急傾斜〔大于 55(°)〕,一般傾角約為 75(°),夾二 0.4～0.5 m,夾一平均2.18 m。且該地段地質(zhì)構(gòu)造簡單、圍巖中等穩(wěn)固、完整性較好。由于夾二、夾一厚度較小,宜三層礦合采。

2.2 原采礦方法

根據(jù)礦層的賦存條件,設(shè)計采用分段中深孔落礦留礦法[1],礦房長×高=60 m×60 m,寬為礦體寬度,約7～12 m,鏟運機配合短溜井出礦,頂柱隨礦房中深孔回采。底柱留到下中段回采,間柱不回采。空區(qū)處理為自然崩落或強制崩落。采場出礦采用1.5 m3電動鏟運機,它的運送可從階段平巷送到階段聯(lián)絡(luò)道內(nèi),解體后由人行通風(fēng)天井提升6 m高到達(dá)出礦水平,組裝后投入運行。

通過兩年的生產(chǎn)實踐證明,原設(shè)計采礦方法主要存在以下3個方面的問題：

1)礦柱的回采,間隔時間長,約為5年以后,回采的可行性值得懷疑；

2)采空區(qū)沒有得到很好處理,深部開采時地壓傳遞到深部采場,有巖爆、冒頂可能；

3)深部防排水問題。

針對存在的問題,為確保礦山生產(chǎn)的連續(xù)性及安全性,提高回采率,提出以下的解決方法：采用類框架結(jié)構(gòu)[2],利用人工底柱和間柱,將礦房變成相對獨立的空區(qū),出礦完畢后,從上中段充填矸石。這種方法在技術(shù)上可行,而且經(jīng)濟(jì)上也是合理的。采用此技術(shù)處理采空區(qū),不但做到安全生產(chǎn),更重要的是可以消除沖擊地壓,也可以起到截水堵水目的,而且也為下中段回采頂柱創(chuàng)造了良好的安全條件。礦石底柱、間柱方案與人工底柱、間柱方案比較如表1。

表1 方案比較

由表1可知,人工底柱、間柱方案在回采率上優(yōu)勢明顯,可以快速回采底柱及間柱,可以有效消除空區(qū)帶來隱患,有效處理地壓傳遞,也起到截水堵水目的,對深部礦房礦柱開采安全起到至關(guān)重要的作用。

3 回采工藝

3.1 采場布置

因使用鏟運機出礦,在下中段沒有開拓完畢,不具備從下中段出礦的條件下,采用抬高底柱的方法,形成短溜井出礦,提高出礦效率。利用鑿巖道及探礦穿脈對礦體的控制,使礦體邊界圈定更為準(zhǔn)確,用以指導(dǎo)中深孔鑿巖設(shè)計及施工,從而提高回采率、降低貧化率。礦房采準(zhǔn)切割工程布置如下：礦房高60 m,底柱高6 m,共分3段鑿巖,每段高18 m；間柱寬8 m；天井布置在間柱內(nèi),沿礦體掘進(jìn),斷面為1.7 m×1.8 m；鑿巖道沿Ⅲ礦布置,斷面3 m×3 m,探礦巷在鑿巖道內(nèi)每隔18 m布置一條,視礦體的地質(zhì)變化情況增加探礦巷,斷面2 m×2 m；鏟運機道布置在Ⅰ礦上盤圍巖中,距離Ⅰ礦邊界約6 m,每隔7 m掘進(jìn)出礦進(jìn)路,鏟運機道及出礦進(jìn)路斷面規(guī)格3×3 m3；振動放礦漏斗布置在采準(zhǔn)巷道內(nèi)。礦房采切比62.3 m/萬t、420 m3/萬t。施工順序為：穿脈→天井→人工底柱→人工間柱(切割天井)→溜井→鏟運機道→出礦進(jìn)路→鑿巖道→探礦穿脈→鑿巖→爆破→出礦→回填。有些工序可以平行作業(yè)或者打亂順序。具體布置如圖1所示。

3.2 人工底柱和人工間柱及框架的形成

3.2.1 人工底柱

在穿脈內(nèi),從礦體中心掘進(jìn)鑿巖道,用 YGZ-90鑿巖機打扇形中深孔,控制范圍為礦房底柱。爆破出礦后,用水泥和尾砂膠結(jié)充填,形成人工底柱。幾個礦房的底柱連續(xù)澆筑,以形成一個整體。以確保其能承受大爆破沖擊、承受充填體的壓力,保證下中段回采時不發(fā)生坍塌。

圖1 礦房布置青

3.2.2 人工間柱

人工間柱是施工的難點,形成人工間柱時順便形成礦房的切割天井。人工間柱的回采與構(gòu)筑：淺孔落礦；用膠結(jié)充填法回采,形成人工間柱。先掘進(jìn)天井,然后以2 m層高分層刷幫至礦體邊界,逐層澆筑而成。此工藝工序轉(zhuǎn)換頻繁,勞動強度大,施工較困難,但易為工人掌握。人工間柱施工示意如圖2所示。

圖2 人工間柱施工示意

3.3 鑿巖爆破

中深孔爆破經(jīng)過340中段將近4年的實踐,積累了豐富經(jīng)驗,爆破操作技術(shù)日趨成熟,孔網(wǎng)參數(shù)也比較合理,炸藥單耗控制在0.22 kg/t左右,爆破效果好,損失貧化較小。礦塊起爆順序自上而下,后退式回采,上分段超前下分段1～2個爆破步距。落礦采用 YGZ-90鑿巖機配FJ-25型臺架在分段鑿巖道中鉆鑿垂直扇形中深孔,孔徑60～65 mm,排距1.8～2 m,孔底距1.4～2 m,乳化炸藥人工裝藥,毫秒導(dǎo)爆管起爆,每次起爆2～3排。頂柱隨礦房一起回采。

4 空區(qū)處理

采空區(qū)處理的目的是,緩和巖體應(yīng)力集中程度,轉(zhuǎn)移應(yīng)力集中部位,或使圍巖中應(yīng)變能得到釋放改善應(yīng)力分布狀態(tài),控制地壓,保證礦山安全持續(xù)生產(chǎn)[3]。采空區(qū)一般處理要求[4]：

1)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理；

2)安全可靠,施工方便；

3)提高礦床資源回收率；

4)影響礦山生產(chǎn)時間要短。

根據(jù)以上原則,礦房采用矸石充填處理方法。這種矸石充填與膠結(jié)充填相結(jié)合處理采空區(qū),能有效地控制礦山地壓、防止塌陷。充填效率高,工藝簡單,工人勞動強度低。礦房采完后一次充填,在充填前要對一切通向采空區(qū)的巷道或出口,進(jìn)行堅固地密封。與露天采場相連接的礦房,從露天充填,效率更高,費用更低,充填效果更好。與上中段相連接的空區(qū),在大規(guī)模爆破落礦前,開鑿一些輔助工程。以340中段及280中段相連的區(qū)段為例,爆破前在340采準(zhǔn)巷道上每隔7 m掘進(jìn)一條聯(lián)絡(luò)道與礦體相連接,并做好安全防護(hù)措施及卸料設(shè)施,如圖3所示。

待下部礦房出礦完畢后,從上部礦房采準(zhǔn)巷充填,充填時上部有不滿的情況,需要做進(jìn)一步的處理。

圖3 充填進(jìn)路布置

5 結(jié)語

在設(shè)計階段或生產(chǎn)初期應(yīng)有經(jīng)濟(jì)合理的采礦方法及采空區(qū)處理方法,并付諸實施。通過優(yōu)化設(shè)計,采用人工底柱及人工間柱,嗣后充填矸石,并提出具體的施工工藝。使礦石回收率大大提高,資源得到充分回收利用；矸石充填后,消除空區(qū)隱患、保證生產(chǎn)連續(xù)性、安全性的目的。研究采礦方法、采空區(qū)處理及礦柱回采的問題,對礦山安全生產(chǎn),資源回收等具有積極意義。

[1]于潤滄.采礦工程師手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2009.

[2]陳友東,唐有德,姚香.類框架結(jié)構(gòu)采空區(qū)處理新技術(shù)的研究與實踐[J].有色金屬 (礦山部分),2002,54(6)：4-7.

[3]依力漢.對現(xiàn)有條件下礦柱回采和采空區(qū)處理探討[J].新疆有色金屬,2004,(2)：12-15.

[4]徐江,崔棟梁,陳琪.金屬礦山采空區(qū)處理方法綜述[J].黑龍江冶金,2007,(4)：35-37.

[5]王湘桂,唐開元.礦山充填采礦法綜述[J].礦業(yè)快報,2008,(12)：1-5.