板壩鉛鋅礦采礦方法研究與應(yīng)用

石乃敏

（廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西河池547000）

自20世紀(jì)90年代以來，受金屬礦石價格上漲因素影響，民采礦窿日益增多，這些小型礦山企業(yè)促進(jìn)了地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。隨著民采小型礦山企業(yè)的發(fā)展，曾被小型礦山企業(yè)大量采用的“巷道采礦法”已經(jīng)不適應(yīng)礦山的開采要求，采礦方法的改革也勢在必行［1］。本文主要介紹板壩鉛鋅礦82至84號勘探線控制的Ⅲ號礦體的采礦方法研究設(shè)計與應(yīng)用。

1 板壩鉛鋅礦概況

環(huán)江妙石礦業(yè)有限責(zé)任公司板壩鉛鋅礦位于廣西環(huán)江縣川山鎮(zhèn)北東約4km處的都川鉛鋅礦區(qū)，已有20多年開采歷史。礦山采用斜井開拓，已開拓有1﹟、2﹟、3﹟斜井，三個中段，中段高度20m，采用軌道人力推車運(yùn)輸、斜井卷揚(yáng)機(jī)提升，井下生產(chǎn)系統(tǒng)與地面生產(chǎn)、生活及輔助設(shè)施完善。

1.1 礦山地質(zhì)條件［2］

礦區(qū)出露地層有上泥盆統(tǒng)榴江組和中泥盆統(tǒng)東崗嶺組上段地層，各地層之間均為整合接觸。礦區(qū)主要由北北東向褶皺和斷裂組成。褶皺位于下巴背斜核部，是在礦床內(nèi)相繼產(chǎn)生的次一級褶皺；北北東向斷裂破碎帶產(chǎn)于東崗嶺組與榴江組地層中的灰?guī)r、硅質(zhì)巖、白云質(zhì)灰?guī)r中，大部分?jǐn)鄬訉ΦV體沒有破壞。

礦區(qū)內(nèi)共有鉛鋅礦體9個，主要產(chǎn)于東崗嶺組上段頂部灰色、淺灰色厚層致密塊狀白云巖或淺灰、灰白色粗粒白云巖中。礦體均呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，礦體產(chǎn)狀與圍巖產(chǎn)狀基本一致，并與圍巖同步褶皺，礦體傾向南東，傾角10°～14°。

礦石類型為硫化鉛鋅礦石，礦物成分主要有閃鋅礦、方鉛礦、少量黃鐵礦，脈石成分為白云石、方解石、石英等。

1.2 礦床開采技術(shù)條件［2］

礦區(qū)地下水、巖溶不太發(fā)育，水文地質(zhì)條件比較簡單。從南到北有74、80、82、84、86、90號6條勘探線控制礦體，板壩鉛鋅礦開采范圍為82至84號勘探線控制的Ⅲ號礦體，該礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，主要特征見表1。

礦體頂、底板圍巖以灰?guī)r、硅質(zhì)巖為主，巖石比較堅硬，f＝6～12。礦體穩(wěn)固性較好，除局部強(qiáng)烈破碎地段外，開采時一般不需支護(hù)。圍巖密度為2.7t／m3，松散系數(shù)為1.60。

礦體較穩(wěn)固，埋藏深度為200～130m。礦石密度為2.81t／m3，自然安息角為40°，松散系數(shù)為1.60，f＝8～12。

礦體與圍巖界線清楚，礦巖無自燃性和結(jié)塊性，地表允許崩落。

2 采礦方法

2.1 采礦方法現(xiàn)狀

受采礦設(shè)備和開采技術(shù)等方面條件的限制，礦山多年來一直采用巷采式空場采礦法。采場沿走向連續(xù)布置，不設(shè)間柱。采場高度一般10～15m，分層高度不等，且兩層之間通常采通，形成10～20m高的空區(qū)。一般不設(shè)脈外運(yùn)輸巷道，運(yùn)礦車輛直接進(jìn)入采場，在采場底部裝礦，并從采場或采空區(qū)通過。這種方法具有結(jié)構(gòu)簡單、工藝容易掌握等優(yōu)點(diǎn)。但是，這種方法也存在一些缺點(diǎn)，如：礦塊的回采強(qiáng)度低、生產(chǎn)能力小、工作面作業(yè)和安全條件差；礦石回采率低、損失貧化大；隨礦石不斷被采出，采空區(qū)面積隨之增加，地壓對礦山開采的影響隨之加大；井下運(yùn)輸多以采空區(qū)為主要通道，礦山生產(chǎn)存在嚴(yán)重的安全隱患等。

2.2 采礦方法確定

2.2.1 采礦方法初選

板壩鉛鋅礦礦體厚度0.70～3.62m，平均2.59m，礦體傾角10°～14°，傾角、厚度變化不大，礦石平均品位Pb＋Zn 5.5%，礦體頂?shù)装鍑鷰r比較穩(wěn)固，礦石無自燃、無結(jié)塊，地表允許陷落。根據(jù)這些主要的開采技術(shù)條件，并綜合考慮礦山的生產(chǎn)能力、開采技術(shù)水平和采礦設(shè)備等因素，初步選定的采礦方法為全面采礦法和淺孔房柱采礦法。

2.2.2 采礦方法選擇

1）淺孔房柱法。礦塊沿走向布置，寬度一般為10～20m，斜長為50m，礦柱尺寸為Φ3m。每隔4～6個礦塊留一寬度為3m的帶狀連續(xù)礦柱，將礦體劃分成盤區(qū)。上下兩階段留3m的階段礦柱。階段運(yùn)輸平巷布置在礦體內(nèi)，放礦溜井布置在每個礦房的中心位置，電耙硐室布置在礦房下部的礦柱中，上山布置在礦房中心線并緊貼底板，切割平巷布置在礦房下部。根據(jù)板壩鉛鋅礦的礦體厚度，采用一次采全高的回采工藝，即從切割平巷開始，沿礦房全寬以直線工作面逆傾斜推進(jìn)。用氣腿式鑿巖機(jī)打平行于切割上山的淺眼，孔深2.0m左右。崩下礦石用電耙絞車沿傾斜耙運(yùn)至溜井，在運(yùn)輸平巷裝車運(yùn)走。當(dāng)工作面推進(jìn)至礦柱位置時，在礦房兩側(cè)用淺眼爆破的方法切出設(shè)計要求的礦柱［3］。

該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是貧化率較低、生產(chǎn)工藝簡單、對開采設(shè)備和開采技術(shù)要求較低、容易掌握。主要缺點(diǎn)是礦石損失率高。

2）全面采礦法。礦塊沿走向布置，寬度一般為50～60m，斜長為50m。沿傾斜方向留有頂柱和底柱，礦房間留間柱隔開，礦房中間留不規(guī)則礦柱。階段運(yùn)輸平巷布置在礦體內(nèi)，從運(yùn)輸平巷于礦塊一側(cè)沿傾斜掘進(jìn)切割上山與上階段運(yùn)輸平巷聯(lián)道，從運(yùn)輸平巷每隔5～7m向礦房掘進(jìn)礦石溜口，距運(yùn)輸平巷頂板約3m處，從切割上山掘進(jìn)切割平巷，電耙絞車也布置在切割平巷內(nèi)，在頂柱及間柱中掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)巷道。礦房回采工作自切割上山開始，以階段斜長的梯段工作面形式，沿走向全面推進(jìn)，并保持下部梯段超前于上部梯段。崩下礦石用電耙絞車沿傾斜耙運(yùn)至溜井，在運(yùn)輸平巷裝車運(yùn)走。隨回采工作面的推進(jìn)，將夾石或貧礦留下不采作為礦柱［4］。

該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是采礦工藝簡單，回采率高，貧化低，采礦成本低；主要缺點(diǎn)是采礦效率低，要求有嚴(yán)格的頂板和通風(fēng)管理。

3）采礦方法比較。就其實質(zhì)來說，這兩種采礦方法區(qū)別不大，適用條件和采準(zhǔn)、切割及回采工藝基本相同。主要不同點(diǎn)在于全面采礦法的礦塊尺寸比較大，隨回采工作的推進(jìn)，可靈活地將夾石或貧礦留下作礦柱，以支護(hù)采空區(qū)的頂板圍巖，在礦石品位比較高的地方，不留礦柱或者用人工支柱代替礦柱，故礦石回收率較高；而房柱法所留的礦柱是規(guī)則的，由于在礦塊中留有許多礦柱，這些礦柱所占礦量約為15%～20%，有些甚至達(dá)40%，這些礦柱一般不回收，因此礦石損失比較大。雖然全面采礦法也有頂板管理較復(fù)雜的缺陷，但由于板壩鉛鋅礦礦體頂板較穩(wěn)固，用全面采礦法開采，安全性有保障。因此，確定選用全面采礦法作為板壩鉛鋅礦的采礦方法。

3 全面采礦法的應(yīng)用

3.1 礦塊布置和構(gòu)成要素

礦塊沿礦體走向布置，礦塊長50m，寬50m，斜長約50m。間柱寬4m，頂、底柱各3m，礦房內(nèi)不規(guī)則保安礦柱為3m×3m，間距10～15m，漏斗間距6～8m。采礦方法示意圖見圖1。

圖1 全面采礦法示意圖Fig.1 Overall mining method

3.2 采準(zhǔn)切割工作

在礦體內(nèi)掘進(jìn)階段運(yùn)輸平巷，從運(yùn)輸平巷于礦塊一側(cè)沿傾斜掘進(jìn)切割上山，與上階段運(yùn)輸平巷聯(lián)通，作為采場行人和通風(fēng)的通路，同時又作為起始回采崩礦的一個爆破自由面，從運(yùn)輸平巷每隔6～8m向礦房掘進(jìn)礦石溜口，作為采場礦石運(yùn)搬的通路［5］。距運(yùn)輸平巷頂板約3m處，從切割上山掘進(jìn)切割平巷，作回采崩礦的一個爆破自由面，兼作通風(fēng)和行人的通路，電耙絞車也置切割平巷內(nèi)。為使采場具備通風(fēng)和行人第二安全出口，在頂柱及間柱中掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)巷道。

3.3 回采工作

自切割上山開始，以階段斜長的梯段工作面形式，沿走向推進(jìn)，保持工作面下部梯段超前于上部梯段，梯段工作面長度取15m左右，高度為礦體厚度。

采用淺眼爆破方式落礦。用YT－24鑿巖機(jī)鑿水平炮孔，孔徑Φ40～42mm，孔深2m，炮眼排距1～1.2m，眼距0.8～1m。炮孔裝藥系數(shù)60%～70%，孔口用炮泥填塞。采用非電起爆方法爆破落礦。

爆破產(chǎn)生的煙塵，利用主風(fēng)流通風(fēng)，新鮮風(fēng)流從運(yùn)輸平巷、漏口進(jìn)入工作面，污風(fēng)經(jīng)頂柱的聯(lián)絡(luò)道排入回風(fēng)平巷。

回采工作面崩落的礦石直接用電耙耙到溜口，裝入運(yùn)輸平巷的礦車。電耙絞車功率為30kW，耙斗容積為0.3m3。

3.4 采礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（見表2）

表2 采礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)Table 2 Main technical and economic indicators in mining

3.5 采場頂板管理

板壩鉛鋅礦的礦體頂、底板圍巖以灰?guī)r、硅質(zhì)巖為主，巖石比較堅硬，f＝6～12，結(jié)構(gòu)完整，構(gòu)造裂隙不太發(fā)育，整體穩(wěn)固性較好，暴露面積一般控制在300～500m2。對礦塊暴露面積大于500m2，可加點(diǎn)柱支撐頂板。對局部破碎地段不穩(wěn)固的頂板，在回采過程中可以增加部分小礦柱來支撐頂板，小礦柱的具體位置、規(guī)格則視具體情況而定，或者是采用錨桿支護(hù)、噴錨支護(hù)等，錨桿長度為1～1.5m，支護(hù)網(wǎng)度（0.8m×0.8m）～（1m×1m）。在回采過程中，必須有專人對頂板的動向進(jìn)行跟蹤、管理，以確保回采作業(yè)的安全［6］。

3.6 采空區(qū)處理

在礦體賦存范圍內(nèi)，地表允許陷落，因礦體埋藏較深、圍巖穩(wěn)固，采礦后地表一般不會出現(xiàn)崩落現(xiàn)象。因此，采空區(qū)一般不作處理，但坑內(nèi)廢石可盡量用于充填關(guān)鍵區(qū)段的采空區(qū)，以減少廢石的提升運(yùn)輸，并起到支護(hù)采空區(qū)減小地壓危害的作用。中段回采結(jié)束后，應(yīng)及時充填或封閉采空區(qū)，確保安全。

4 結(jié)語

由于各礦山的礦體賦存條件、開采技術(shù)條件不同，選擇合適的采礦方法也不盡相同。全面采礦法具有采礦工藝簡單、回采率高、貧化率低、采礦成本低等優(yōu)點(diǎn)［7］，在小型金屬礦山開采中得到了廣泛應(yīng)用，板壩鉛鋅礦靈活選用適合本礦山實際的全面采礦法，改變了過去那種巷道式采礦方法，通過多年的生產(chǎn)實踐，取得了比較好的經(jīng)濟(jì)效益。但在生產(chǎn)實踐中也存在很多缺點(diǎn)，如采礦效率低、工人在頂板暴露下作業(yè)安全性差、要求有嚴(yán)格的頂板和通風(fēng)管理。因此今后還必須對全面采礦法進(jìn)行較深入的研究，以充分發(fā)揮該采礦法的效益。

［1］ 劉建莊，孫光華，姜 波.淺孔留礦法在民采小型礦山的應(yīng)用與發(fā)展［J］.礦業(yè)工程，2008，6（3）：20－21.

［2］ 石乃敏，吳仲雄，陳競文，等.關(guān)聯(lián)矩陣法在妙石礦采礦方法選擇中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2010，497（9）：18－21.

［3］ 唐鵬善.淺眼房柱采礦法在良山鐵礦的應(yīng)用［J］.礦業(yè)快報，2008（7）：51－53.

［4］ 張伶年.某礦傾斜薄礦床開采技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.采礦技術(shù)，2010，10（5）：4－6.

［5］ 楊潮進(jìn).平底結(jié)構(gòu)留礦全面法在馬坑礦區(qū)的應(yīng)用探討［J］.有色金屬（礦山部分），2010，62（2）：1－3.

［6］ 李濟(jì)垚.淺孔采礦方法在銅峪銅礦的應(yīng)用［J］.甘肅冶金，2010，32（2）：28－29.

［7］ 陳國山.金屬礦地下開采［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.