包古圖金礦多空區(qū)礦體回采技術(shù)研究

王文波，薛思讀，原秀合

（托里縣招金北疆礦業(yè)有限責(zé)任公司， 新疆托里縣 834506）

包古圖金礦多空區(qū)礦體回采技術(shù)研究

王文波，薛思讀，原秀合

（托里縣招金北疆礦業(yè)有限責(zé)任公司， 新疆托里縣 834506）

針對包古圖金礦空區(qū)較多的現(xiàn)狀，研究了空區(qū)探測原理，提出了治理空區(qū)的措施，進(jìn)一步完善了井下的監(jiān)控系統(tǒng)。探討了殘礦回收的技術(shù)，并且對巷道及采場支護(hù)進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，取得了理想的結(jié)果，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

空區(qū)探測；井下監(jiān)控；礦柱回采；巷道支護(hù)

0 引 言

包古圖金礦是矽卡巖型硫鐵化礦床，礦體厚度20～50m，平均厚度35m，走向長度600m，為急傾斜礦體，其傾角一般為75°。礦體穩(wěn)固，局部為中等穩(wěn)固，上盤圍巖較穩(wěn)固，但是下盤圍巖穩(wěn)定性較差，易發(fā)生坍落事故，在下盤掘進(jìn)時(shí)必須采取相應(yīng)的支護(hù)措施。在沿著礦體走向的方向，局部礦石的穩(wěn)固性較差，礦巖破碎，在這種情況下，采用全尾砂膠結(jié)嗣后充填采礦法進(jìn)行采礦。在礦石比較穩(wěn)固的地段，采用分段鑿巖階段放礦的方法進(jìn)行采礦，其采場沿走向長60m，寬度為礦體的全厚度，階段高度80 m，每個(gè)階段分為4個(gè)小分段，分段高度為20m。在過去的二十年里，由于沒有采取適當(dāng)?shù)拇胧癫墒謬?yán)重，在井下留下了大量的空區(qū)，這些空區(qū)嚴(yán)重影響著礦山的安全，大大制約了礦山的生產(chǎn)能力，為了提高礦山的產(chǎn)量，急需了解空區(qū)的形態(tài)并進(jìn)行治理。為此，包古圖金礦與東北大學(xué)合作，開展了這項(xiàng)工作。

1 空區(qū)的危害及治理措施

眾所周知，空區(qū)是礦山最主要的危險(xiǎn)源之一，每年由空區(qū)導(dǎo)致的事故，造成了人員的傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失?？諈^(qū)的存在主要有如下兩方面的危害：

（1）采空區(qū)有塌陷的危險(xiǎn)，而采空區(qū)的塌陷勢必引起空氣的壓縮，對地下人員和設(shè)備形成強(qiáng)大的沖擊，導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，而且，采空區(qū)塌陷可能引起地表的塌陷，對環(huán)境造成極大的破壞；

（2）采空區(qū)內(nèi)部可能存有積水，是導(dǎo)致井下突水事故的潛在隱患。

采空區(qū)的治理主要采取以下的措施：

（1）利用CMS對空區(qū)進(jìn)行探測，確定空區(qū)的位置及形態(tài)、大??；

（2）對空區(qū)進(jìn)行處理，在有條件的地方采取崩落上部圍巖的方法來填充采空區(qū)，并注意地下水害等問題；

（3）對于小型的采空區(qū)，直接用充填料充填。

2 井下監(jiān)控技術(shù)

礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)一般由傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、分站、電源箱（或電控箱）、主站（或傳輸接口）、主機(jī)（含顯示器）、系統(tǒng)軟件、服務(wù)器、打印機(jī)、大屏幕、UPS電源、遠(yuǎn)程終端、網(wǎng)絡(luò)接口電纜和接線盒等組成，如圖1所示。監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)要具有數(shù)據(jù)顯示、傳輸、存儲、處理、打印、聲光報(bào)警、控制等功能。

圖1 礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)礦山建設(shè)生產(chǎn)情況，監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備設(shè)置如下：調(diào)度中心設(shè)在礦區(qū)行政辦公樓，地面的監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)通過地面光纜上傳到礦井調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度。北采區(qū)井下所有分站及傳感器采用與南采區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)相同類型，各分站通過傳輸總線接入地面安全監(jiān)控系統(tǒng)。

（1）安全監(jiān)控中心站。地面安全監(jiān)控中心站可以設(shè)在礦區(qū)行政辦公樓調(diào)度指揮中心調(diào)度臺內(nèi)，其監(jiān)測主機(jī)采用2臺高性能、高穩(wěn)定性的P4工控機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)，1臺為活動狀態(tài)，1臺為備份狀態(tài)。異常時(shí)，活動主機(jī)上的應(yīng)用全部切換至備份主機(jī)。配置1臺高分辨率彩色打印機(jī)用于隨時(shí)、定時(shí)或自動打印數(shù)據(jù)、報(bào)表和圖形。同時(shí)還設(shè)有大屏幕彩色顯示器、傳輸接口、交流穩(wěn)壓電源、UPS等。主機(jī)通過傳輸接口、傳輸電纜與井上下各分站通信。并通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)上聯(lián)礦井信息管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)信息在本礦井的共享以及遠(yuǎn)程的安全管理。

（2）地面分站。在地面的通風(fēng)機(jī)房監(jiān)控室、主副井絞車房、地面生產(chǎn)系統(tǒng)控制室處分別設(shè)置相應(yīng)的安全監(jiān)控分站或監(jiān)控單元傳輸接口與礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

（3）井下分站。井下各分站分別設(shè)置在各中段硐室或井底車場。各分站至傳感器距離不超過2 km，并要設(shè)置在便于人員觀察、調(diào)試、檢驗(yàn)及支護(hù)良好、無滴水、無雜物的進(jìn)風(fēng)巷道或硐室中。安設(shè)時(shí)應(yīng)墊支架，使其距巷道底板不小于0.3m，或吊掛在巷道中。

3 多空區(qū)的礦柱強(qiáng)采技術(shù)

采空區(qū)的存在給回采剩余的礦量造成了極大的不便，同時(shí)也增加了回采的成本，加大了回采的風(fēng)險(xiǎn)。鑒于此，采用深孔崩落法回采礦柱，見圖2。

圖2 水平扇形深孔階段崩落法回采礦柱

首先要搞清楚空區(qū)的具體位置、形狀等，為了保證安全高效回采礦柱，采用中深孔落礦，微差減震。在某次試驗(yàn)中，一次爆破炸藥總量50t，最大段藥量3.5t，起爆延期時(shí)間35ms和60ms，炸藥單耗小于1kg／m3。試驗(yàn)證明，用微差減震技術(shù)進(jìn)行殘礦開采是十分有效的一種方式。

4 西部空區(qū)邊緣冒落殘礦的回收技術(shù)

礦體西部的空區(qū)多而復(fù)雜，礦石破碎。由于礦石破碎的緣故，所以最大的暴露面積很小，導(dǎo)致采空區(qū)的體積不是很大，存留礦柱多，這部分礦體占了總體礦量的一大部分，因此，要提高礦山的效益，這部分礦體屬于必采的。民采期間主要用“之”字形空場法開采，雖然每個(gè)采空區(qū)的面積不大，但是數(shù)量很多，采空區(qū)的總面積達(dá)到9000m2，對礦山深部的開采構(gòu)成重大安全隱患。由于空區(qū)的范圍大、不規(guī)則，且空間位置和形態(tài)無法精確定位，所以需要先對空區(qū)進(jìn)行調(diào)查與探測定位，根據(jù)空區(qū)與殘礦的關(guān)系，選用不同的回收方法。

后續(xù)生產(chǎn)表明，殘礦的大量回收創(chuàng)造了巨大的效益，其采礦量已經(jīng)占到礦山總采礦量的一半以上。

5 巷道過散體層的支護(hù)技術(shù)

由于包古圖金礦的礦巖破碎，空區(qū)多而范圍廣，故而在地下采礦的過程中必須及時(shí)支護(hù)巷道，以保證采場以及巷道的穩(wěn)定性。在試驗(yàn)中，采取3種主要的支護(hù)方式來支護(hù)巷道，即錨桿支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)以及聯(lián)合支護(hù)。錨桿支護(hù)主要是要發(fā)揮錨桿擠壓加固的作用，通過擠壓加固，使得破碎礦石之間的作用力增大，形成整體，這樣就能較好地維持其穩(wěn)定性，防止圍巖冒落片幫等事故的發(fā)生。而噴射混凝土支護(hù)主要是依靠混凝土進(jìn)入巖石之間的裂隙，粘結(jié)破碎的巖體，使其粘結(jié)為整體，提高其整體的穩(wěn)定性。噴射混凝土還可以改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，使其由二向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài)。聯(lián)合支護(hù)是指同時(shí)使用錨桿和噴射混凝土的支護(hù)的方法進(jìn)行支護(hù)，這種方法是一種主動加固圍巖的技術(shù)，不僅可以提高圍巖的自支撐作用，還具有減震的功能。另外還有多種衍生的支護(hù)方法，比如采用木支架或者剛性的支架支護(hù)。木支架一般不能承受太大的變形，而且抗壓的強(qiáng)度也不如剛性支架，但是木支架的價(jià)格便宜，原料來源廣泛，容易獲取。剛性支架有一定的塑性變形，能承受巖石更多的變形，更好地利用圍巖的自支撐作用。

選取一段礦巖十分破碎的地段作為試驗(yàn)區(qū)，分別采用錨桿支護(hù)、噴混支護(hù)、聯(lián)合支護(hù)、木支架支護(hù)、剛性支架支護(hù)，經(jīng)過變形觀測、數(shù)據(jù)記錄與分析、計(jì)算機(jī)模擬，并綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，最終得出的結(jié)論是，剛性支架支護(hù)的效果最好，最終采用剛性支架支護(hù)的方法對采場與巷道進(jìn)行支護(hù)。

6 結(jié) 論

（1）包古圖金礦礦巖局部破碎程度大，空區(qū)復(fù)雜，本文討論了空區(qū)的危害以及相應(yīng)的治理措施，實(shí)踐證明，這些措施的實(shí)用性很好。

（2）為了高效安全地回采礦柱及空區(qū)的殘留礦體，需要及時(shí)有效地監(jiān)控井下各種情況，本文研究了在井下設(shè)置監(jiān)控站的可行性。

（3）通過對各種支護(hù)方式進(jìn)行研究，并進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，最終確定了最優(yōu)的支護(hù)方式，并在后續(xù)的生產(chǎn)實(shí)踐中創(chuàng)造了良好的效益。

［1］趙 奎.殘留礦柱回采與空區(qū)穩(wěn)定性的有限元模擬研究［J］.采礦技術(shù)，2002，2（2）：51－53.

［2］秦豫輝，程秀升，李春曉，等.三道莊礦區(qū)不規(guī)則空區(qū)的處理［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2004，24（1）：27－29.

［3］侯朝炯.巷道金屬支架［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1989.

［4］高建敏.洛鉬集團(tuán)采空區(qū)治理的技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2010，30（6）：86－89.

［5］王賢來，姚維信，韓 斌.金川礦區(qū)高應(yīng)力破碎巖體條件下的巷道支護(hù)技術(shù)［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2004，24（3）：38－41.

2011－11－29）

王文波（1976－），河北魏縣人，采礦工程師，國家注冊安全工程師，高級項(xiàng)目管理師，主要從事礦山安全生產(chǎn)技術(shù)管理研究，Email：wangwb0428＠sohu.com。