難采厚大破碎礦體采礦方法試驗(yàn)研究

馮壹，劉方求，鄭劍洪

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南岳陽(yáng)市414507)

難采厚大破碎礦體采礦方法試驗(yàn)研究

馮壹，劉方求，鄭劍洪

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南岳陽(yáng)市414507)

以黃金洞金礦難采厚大破碎礦體為研究對(duì)象，針對(duì)其開采中存在支護(hù)成本高、生產(chǎn)效率低、礦石損失大和頂板易冒落等技術(shù)難題開展了研究，提出了水壓支柱控頂與小型挖機(jī)出礦相結(jié)合的上向進(jìn)路充填采礦法。通過(guò)水壓支柱控頂和機(jī)械化開采實(shí)現(xiàn)了厚大破碎礦體安全、高效、低貧損開采。工業(yè)試驗(yàn)證明，該采礦方法作業(yè)機(jī)動(dòng)靈活、安全性好、開采成本低、生產(chǎn)能力大，是一種適合于黃金洞金礦傾斜厚大破碎礦體的理想采礦方法。

厚大破碎礦體;采礦方法;水壓支柱;小型挖機(jī);上向進(jìn)路充填

湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司(原黃金洞金礦)是一個(gè)具有400多年開采歷史的老礦，位于湖南省平江縣黃金洞鄉(xiāng)境內(nèi)。黃金洞金礦金塘礦區(qū)3號(hào)脈屬于難采厚大破碎礦體，公司先后聘請(qǐng)科研院所對(duì)3號(hào)脈厚大破碎礦體進(jìn)行了崩落采礦法、長(zhǎng)錨索網(wǎng)護(hù)頂采礦法等采礦方法試驗(yàn)，均未取得成功。為此，采用采空區(qū)頂板暴露面積較小的水壓支柱控頂與小型挖機(jī)出礦相結(jié)合的上向進(jìn)路充填采礦法對(duì)3號(hào)脈進(jìn)行采礦方法試驗(yàn)。

1 開采技術(shù)條件

黃金洞金礦金塘礦區(qū)3號(hào)脈為厚大礦體，走向?yàn)榻鼥|西方向，礦脈厚度為10～60m，平均脈厚約40m，傾角45°～55°，平均約50°，礦脈下盤穩(wěn)固，礦脈及上盤均非常破碎，節(jié)理與裂隙極發(fā)育，礦石多為網(wǎng)狀石英脈夾破碎蝕變板巖礦石及少量泥質(zhì)巖夾石英巖型礦石，礦石遇水泥化現(xiàn)象嚴(yán)重，屬難采厚大破碎礦體。

2 采礦方法的特點(diǎn)與主要設(shè)備

2.1 采礦方法的主要特點(diǎn)

水壓支柱控頂與小型挖機(jī)出礦相結(jié)合的上向進(jìn)路充填采礦法的主要特點(diǎn)是:以水壓支柱為護(hù)頂工具對(duì)回采工作面附近的空區(qū)進(jìn)行臨時(shí)地壓管理，廢石充填采空區(qū);以小型挖機(jī)配合斗車來(lái)完成出礦和充填工藝。

2.2 采礦方法試驗(yàn)的基本原則

從礦體開采技術(shù)條件和礦山生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，制定采礦方法試驗(yàn)方案應(yīng)遵循的基本原則是:

(1)安全第一，確保安全是采礦方法試驗(yàn)的首要原則;

(2)推廣機(jī)械化、減少環(huán)境污染、提高效率是采礦方法選用與試驗(yàn)的根本目的;

(3)降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益是采礦方法選用與試驗(yàn)的最終目的。

2.3 SYZ型水壓支柱系統(tǒng)

SYZ型水壓支柱是中南大學(xué)與湖南辰州礦業(yè)有限責(zé)任公司合作研發(fā)的支護(hù)設(shè)備，該設(shè)備為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

SYZ型水壓支柱系統(tǒng)由水壓支柱和增壓泵兩部分組成。水壓支柱具有安全、穩(wěn)定、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，增壓泵具有輕巧、耐用、增壓率大等優(yōu)點(diǎn)。水壓支柱由柱體和承壓頂架兩部分構(gòu)成，支柱底座可套承壓板，對(duì)松軟、破碎的頂?shù)装寰蛇m應(yīng)，柱體與柱體之間可用鋼構(gòu)件連接，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)頂板實(shí)施主動(dòng)支撐。水壓支柱的初撐載荷為160kN(0～200kN可調(diào))，柱體的支撐高度可在1500～2400mm之間調(diào)節(jié)，水壓支柱的安設(shè)、回收可在3m外遙控操作。增壓泵由泵體及其附件組成，它以空氣為動(dòng)力，以水為動(dòng)力介質(zhì)，對(duì)環(huán)境幾乎不造成污染，其最少啟動(dòng)壓力為0.1MPa，最大輸出壓力為30MPa，泵重27kg，附件總重5kg，因而增壓泵具有啟動(dòng)壓力小、輸出壓力大、重量輕、環(huán)保性能好等優(yōu)點(diǎn)。

2.4 08型井下用小型挖機(jī)

08型井下用小型挖機(jī)是三河智能機(jī)械公司自主研發(fā)出來(lái)的挖機(jī)，具有穩(wěn)定性好、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、靈活高效、耐用、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，其技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

(1)以電力做驅(qū)動(dòng)力，電機(jī)功率7.5kW，對(duì)井下空氣無(wú)污染，環(huán)保性能好。

(2)附帶液壓破碎錘，可進(jìn)行輔助破碎大塊、處理松石，與礦車配套完成礦巖的裝載及運(yùn)輸任務(wù)。

(3)借助于鏟斗的特殊設(shè)計(jì)，能較好地用于進(jìn)路式回采空間的接頂充填。

通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，08型井下用小型挖機(jī)裝巖效率高、成本低，裝巖效率是耙?guī)r機(jī)的1.5倍，是人工(5人同時(shí)作業(yè))的3倍;而完成同樣噸位礦巖的裝載，挖機(jī)的裝載成本是耙?guī)r機(jī)的65%，是人工(5人同時(shí)作業(yè))的35%。

3 工業(yè)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)采場(chǎng)選擇

采礦方法試驗(yàn)采場(chǎng)選在金塘礦區(qū)3號(hào)脈－20中段的4號(hào)礦體。該礦體平均傾角約50°，垂高約40m，礦脈走向長(zhǎng)約100m，傾向長(zhǎng)約52m，礦脈平均厚度約30m。礦石類型為含金網(wǎng)狀石英脈夾破碎蝕變板巖，礦石遇水泥化。礦體及圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，特別是上盤圍巖和礦體與斷層相交部位，巖體破碎，穩(wěn)固性極差。

3.2 試驗(yàn)礦塊布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)

試驗(yàn)礦塊沿礦體走向布置，按50m左右劃分礦塊，階段高度40m，寬度為礦體厚度。以分層鑿巖爆破、分層出礦和分層充填方式，自下而上分層進(jìn)路式回采，分層高度為2.2m?；夭蛇M(jìn)路沿礦體走向連續(xù)推進(jìn)，回采進(jìn)路的寬為2.2m，高為2.2m，長(zhǎng)為礦層全厚。工作面采用08型井下用小型挖機(jī)出礦，順路溜井溜礦至階段運(yùn)輸平巷裝入礦車運(yùn)出。試驗(yàn)礦塊采礦方案如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)礦塊采礦方案

3.3 采準(zhǔn)切割工程

首先掘進(jìn)斷面為2.2m×2.2m的充填聯(lián)絡(luò)巷，掘進(jìn)斷面為2.2m×2.2m的溜井聯(lián)絡(luò)巷，然后自階段運(yùn)輸平巷向上以大于45°的傾角向上朝礦體方向掘進(jìn)斷面為1.0m×1.0m的放礦斗穿直達(dá)，同時(shí)自充填聯(lián)絡(luò)巷和溜井聯(lián)絡(luò)巷分別向上掘進(jìn)斷面為1.8 m×1.6m的充填天井和回風(fēng)天井至上中段水平，并與大于45°傾角斜向上中段運(yùn)輸平巷底板相通。以沿脈切割平巷作為初始自由面垂直礦脈走向掘進(jìn)斷面為2m×2m穿脈回采進(jìn)路。

3.4 回采工藝與技術(shù)

采用分段爆破法進(jìn)行回采，一次爆破的分段長(zhǎng)度為3.0～3.5m，分段寬度為回采進(jìn)路寬度。由于頂板礦巖破碎，采空區(qū)暴露面不宜過(guò)大，故待充填進(jìn)路采空區(qū)為一條。每一分層有兩條回采進(jìn)路同時(shí)推進(jìn)，兩回采進(jìn)路的間距為20m。

鑿巖與崩礦。用7655型鑿巖機(jī)鉆鑿Φ42mm淺孔，孔深為2.4m，炮眼采用水平“梅花形”布孔方式，側(cè)向崩礦，即逆回采進(jìn)路掘進(jìn)方向崩礦。

通風(fēng)。新鮮風(fēng)流從采場(chǎng)下部中段運(yùn)輸平巷經(jīng)順路通風(fēng)上山、溜井聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入采場(chǎng)，污風(fēng)從回風(fēng)天井進(jìn)入上中段平巷，再經(jīng)各級(jí)通風(fēng)斜井排出。

采場(chǎng)頂板管理。在底板沿脈切割平巷和回采穿脈進(jìn)路施工過(guò)程中，隨著掘進(jìn)工作面向前推進(jìn)，進(jìn)路空區(qū)均以水壓支柱支撐頂板，水壓支柱的設(shè)計(jì)排距為2.0～2.2m，設(shè)計(jì)間距為0.6～0.8m。

出礦。以挖機(jī)配斗車為出礦設(shè)備，以分層底板沿脈切割平巷和溜井聯(lián)絡(luò)巷作為斗車運(yùn)輸平巷出礦。

撤柱與充填。撤柱的順序是從里向外一根一根依次撤卸，撤柱時(shí)，作業(yè)人員站在3m開外遙控操作。撤卸完水壓支柱后，用挖機(jī)將這段回采進(jìn)路空區(qū)密實(shí)充填好。

3.5 工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，比較原采礦方法與新型上向進(jìn)路充填采礦法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，可以看出，水壓支柱控頂與小型挖機(jī)出礦相結(jié)合的上向進(jìn)路充填采礦法出礦能力和效率遠(yuǎn)大于原采礦方法，而采場(chǎng)支護(hù)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原采礦方法采場(chǎng)的支柱成本。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。工業(yè)試驗(yàn)證明，新的采礦工藝作業(yè)機(jī)動(dòng)靈活、安全性好、開采成本低、生產(chǎn)能力大，是一種適合于黃金洞金礦傾斜厚大破碎礦體的理想采礦方法。

表1 試驗(yàn)礦塊主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4 結(jié)論

(1)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)證明:水壓支柱護(hù)頂，能有效控制采空區(qū)頂板，避免采場(chǎng)頂板垮塌，提高作業(yè)環(huán)境的安全性;小型挖機(jī)出礦與充填，減輕了出礦和充填工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短了礦房回采周期。

(2)在初始試驗(yàn)階段，挖機(jī)裝礦與斗車運(yùn)礦、挖機(jī)充填與斗車運(yùn)料等工序之間銜接工作不是很密切，使采礦工藝效率沒(méi)有完全體現(xiàn)出來(lái)，因此采用水壓支柱控頂與小型挖機(jī)出礦相結(jié)合的上向進(jìn)路充填采礦法回采厚大破碎礦體，關(guān)鍵在于做好水壓支柱的控頂工作，做好挖機(jī)裝礦和斗車運(yùn)礦之間的銜接工作及挖機(jī)充填與斗車運(yùn)充料之間的銜接工作。

(3)厚大破碎礦體開采一直是國(guó)內(nèi)一些礦山企業(yè)和科研院所面臨的難題。水壓支柱控頂和機(jī)械化開采厚大破碎礦體具有安全、高效、低貧損的優(yōu)勢(shì)，為回采厚大破碎礦體開拓了新的思路。

［1］黃啟富，胡中華.我國(guó)礦井支護(hù)設(shè)備的分析與探討［J］.黃金，2003，24(3):31－35.

［2］李昌元，張秉行.水壓支柱系統(tǒng)在沃溪礦區(qū)的應(yīng)用實(shí)踐［J］.黃金，2004，25(4):25－29.

［3］任衛(wèi)東，楊彪.水壓支柱護(hù)頂房柱采礦法在豫西鋁土礦中的應(yīng)用［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，9(2):8－9.

［4］張根深，劉贇，王祥，等.水壓支柱護(hù)頂壁式充填采礦法試驗(yàn)研究［J］.采礦技術(shù)，2006，6(4):7－9.

［5］黃仁東，等.金屬礦緩傾斜薄礦脈深井開采臨時(shí)支護(hù)新技術(shù)應(yīng)用［J］.中國(guó)礦業(yè)，2004，13(4):51－54.

［6］吳根替，等.黃金洞礦區(qū)老隆殘礦回采技術(shù)研究［J］.國(guó)土資源導(dǎo)刊，2007，4(2):32－34.

［7］曹志豐，馮壹.水壓支柱全面法回采深井緩傾斜復(fù)雜礦體的實(shí)踐［J］.江西有色金屬，2003，17(4):19－21.

［8］吳愛(ài)祥，等.水壓支柱支護(hù)特性及在深井開采中的應(yīng)用［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，33(6):564－566.

2011－08－11)

馮壹(1973－)，男，湖南衡陽(yáng)人，工程師，碩士，主要從事金屬礦采礦技術(shù)研究和頂板加固技術(shù)研究，Email:373589746@qq.com。