急傾斜薄礦脈安全高效開采方法的選擇

楊勃　陳慶凱　張姝敏

摘 要：針對(duì)上下盤圍巖不穩(wěn)固急傾斜破碎薄礦脈，提出分段礦房嗣后充填法、分段鑿巖階段出礦嗣后充填法、無(wú)底柱分段崩落法等三種可行的采礦方法。通過(guò)技術(shù)指標(biāo)、效率、優(yōu)缺點(diǎn)等多方面比較和分析，最終選擇采用無(wú)底柱分段崩落法開采該礦脈。

關(guān)鍵詞：急傾斜薄礦脈 無(wú)底柱分段崩落法 中深孔落礦

中圖分類號(hào)：TD853 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（b）-0095-02

急傾斜薄礦脈安全高效開采歷來(lái)是個(gè)難題，很多采礦工程師和學(xué)者對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出一些具體的方案，但多數(shù)方案的礦體及圍巖的賦存條件比較好，礦巖的穩(wěn)固性均在中等以上。當(dāng)急傾斜薄礦脈的上下盤不穩(wěn)固時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)安全高效開采則是個(gè)更難的問(wèn)題。

1 礦體開采條件

某礦山6#礦體呈脈狀產(chǎn)于斷裂構(gòu)造中，礦脈控制長(zhǎng)180 m，水平厚度0.8～3.0 m，傾角60°～75°，品位1～3 g/t，脈壁光滑呈舒緩波狀。礦石類型為含金黃鐵礦構(gòu)造蝕變巖型，礦石較破碎，有一定的粘結(jié)性，主要由破碎蝕變巖組成，金屬硫化物呈浸染狀、團(tuán)塊狀、細(xì)脈狀分布于破碎蝕變巖中，沿脈探礦巷道穩(wěn)定性差，掘進(jìn)7～10 m，無(wú)支護(hù)條件下，出現(xiàn)塌方。圍巖為斜長(zhǎng)角閃片麻巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，上下盤整體穩(wěn)固性較差。礦區(qū)地表主要為荒山，允許崩落。

目前，礦山主要采用削壁充填法和淺孔留礦法采礦。由于6#礦體變厚且破碎，圍巖穩(wěn)固性較差，繼續(xù)采用傳統(tǒng)采礦方法，工人在頂板下作業(yè)，極不安全，而且生產(chǎn)效率低下。因此，根據(jù)礦體賦存條件，研發(fā)安全高效的采礦方法，勢(shì)在必行。

2 可行的開采技術(shù)方案

2.1 分段礦房嗣后充填法

分段礦房嗣后充填采礦法是國(guó)際上廣泛應(yīng)用的一種采礦方法，該方法的機(jī)械化程度較高，生產(chǎn)效率高，適用于開采礦體厚度大于1 m、頂?shù)装宸€(wěn)定性好的礦體。

（1）采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

階段高度40 m，將階段劃分為三個(gè)分段，分段高度13.3 m，采場(chǎng)長(zhǎng)50 m，寬度為礦體厚度。不留頂住、不設(shè)底柱，平底結(jié)構(gòu)出礦，出礦進(jìn)路間距5～6 m。

（2）采切工程。

下盤脈外布置設(shè)備井，間距150 m，聯(lián)通每個(gè)分段運(yùn)輸巷，下盤布置脈外溜井，間隔100 m，中段內(nèi)部回采順序自下而上，從最下分段開始回采，沿脈布置鑿巖巷道，在采場(chǎng)中央布置切割天井。平巷的規(guī)格為（寬×高）2.0 m×2.3 m。

（3）回采工藝。

在脈內(nèi)鑿巖巷道中，沿礦體傾斜方向鉆鑿上向平行中深孔，排距1.2～1.5 m，孔距0.8～1.2 m，以切割天井為自由面進(jìn)行落礦，自切割井向兩側(cè)退采，每次爆破2～6排炮孔，采用鏟運(yùn)機(jī)或扒渣機(jī)出礦，礦車運(yùn)礦。采場(chǎng)礦石運(yùn)出后，進(jìn)行空?qǐng)鏊煤髲U石充填。

2.2 分段鑿巖階段出礦嗣后充填采礦法

分段鑿巖階段出礦嗣后充填法適用于礦體較規(guī)則，可用重力放礦，礦巖較穩(wěn)固的急傾斜薄礦脈。

（1）采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

采場(chǎng)長(zhǎng)度為60 m，寬度為礦體厚度，階段高40 m，分段高13 m。留頂住3 m，不留底柱，平底結(jié)構(gòu)出礦。

（2）采切工程。

采準(zhǔn)工作主要包括下盤人行通風(fēng)井、間距6～8m的階段出礦穿脈。切割工程包括下盤脈外0.5m處靠近切割巷道布置的切割井，分段鑿巖巷，以及分段鑿巖巷道與人行通風(fēng)井之間的聯(lián)絡(luò)巷道。

（3）回采工藝。

在鑿巖巷中打上向平行中深孔，孔深11 m左右，抵抗線1.2～1.5 m，炮孔排面角前傾80°。鑿巖時(shí)，孔底至各井巷邊界保留0.5 m，不鑿穿，以免影響圍巖的穩(wěn)定性?；夭蓵r(shí)，以切割井為自由面，拉開切割槽，自中央的切割槽向兩側(cè)退采。回采工作順序在中段內(nèi)自上而下進(jìn)行，上分段超前下分段6～8 m，形成梯段式回采。

2.3 無(wú)底柱分段崩落法

在開采急傾斜薄礦脈方面，無(wú)底柱分段崩落法是近年發(fā)展起來(lái)的一種高效采礦方法，在國(guó)外一些礦山得到了成功的應(yīng)用。

（1）采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

采場(chǎng)沿礦體走向布置，長(zhǎng)50 m，寬為礦體水平厚度，階段高40 m，將階段劃分為三個(gè)分段，分段高13.3 m。不留頂?shù)字?，不留間柱，平底結(jié)構(gòu)出礦。

（2）采切工程。

沿脈布置鑿巖巷道，在礦體下盤布置脈外分段運(yùn)輸巷道。在分段運(yùn)輸巷中每隔25 m掘進(jìn)出礦穿脈與鑿巖巷道聯(lián)通。每100 m布置一條設(shè)備井，聯(lián)通各個(gè)分段。在礦體下盤每隔50 m布置一條溜井，傾角65°。在采場(chǎng)中部每隔50 m布置一條切割井。

（3）回采工藝。

從最上分段開始回采，在鑿巖巷道中沿礦體傾斜方向布置上向平行中深孔，以采場(chǎng)中部切割槽為自由面，沿走向方向按步距分次爆破，后退式開采。排距1.2～1.5 m，孔距0.8～1.2 m。崩落的礦石在上部和側(cè)部崩落覆蓋巖石下從回采巷道底部放出，采用鏟運(yùn)機(jī)出礦。

在回采過(guò)程中，采取多分段同時(shí)回采的方式。上部分段要超前下部分段進(jìn)行回采，其超前距離為20～30 m。第一分段采取控制放礦，僅放出崩落礦量的25%～30%，為下一分段創(chuàng)造覆蓋層。方案如圖1所示。

（4）方案技術(shù)要點(diǎn)。

①覆蓋層的形成與維護(hù)。

分段崩落法的基本特征之一是在覆巖下放礦，回采時(shí)必須保證一定厚度的覆蓋層。對(duì)于急傾斜薄礦脈，一般要求最上部分段要有一個(gè)分段高度的崩落巖層，就能滿足正常崩礦回采的條件。因此，本方案回采時(shí)第一分段控制出礦25%～30%，第二分段視采空區(qū)上下盤圍巖自然冒落情況，控制出礦50%～80%。

②放礦控制。

對(duì)于急傾斜薄礦脈礦體采用無(wú)底柱分段崩落法，屬于受上下盤邊壁約束條件下的單漏口放礦，其散體的流動(dòng)受到上下盤的約束，放出體發(fā)生變異，因此在該條件下如何確定采場(chǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)（分段高度、崩礦步距），采取何種放礦方式（無(wú)/低貧化放礦、截止品位放礦）是本方案成功的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

③中深孔控制爆破技術(shù)。

薄礦脈窄幅采場(chǎng)中深孔爆破時(shí)，受自由面限制，爆破將受到較大的夾制作用，因此開展該條件下的中深孔控制爆破技術(shù)，優(yōu)化采場(chǎng)回采爆破參數(shù)，控制爆破塊度，降低炸藥單耗，減少爆破的超欠挖等，也是本方案成功的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

3 采礦方案的比較及優(yōu)選

調(diào)查國(guó)內(nèi)外急傾斜薄礦脈礦山的采礦方法，可以發(fā)現(xiàn)以上三種采礦方案均有不同程度的推廣應(yīng)用。澳大利亞的Daisy Milano金礦與Long Shaft鎳礦采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法；加拿大的多姆金礦和澳大利亞的Bullen金礦采用中深孔落礦分段鑿巖階段出礦的分段空?qǐng)霾傻V法。德國(guó)的累德里希鉛鋅礦和法國(guó)的薩爾西尼金礦采用無(wú)底柱分段崩落法開采急傾斜薄礦脈。因此通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相似礦山的類比分析，在急傾斜薄礦脈條件下，以上三種待選方案技術(shù)上都是可行的，但其各自的優(yōu)缺點(diǎn)不同，匯總比較如表1所示。

對(duì)比三個(gè)方案的技術(shù)指標(biāo)及優(yōu)缺點(diǎn)可以看出，分段鑿巖階段出礦嗣后充填法的千噸采切比最小，分段崩落法其次，分段礦房法最大。但是由于分段崩落法無(wú)需嗣后處理采空區(qū)，崩礦及出礦以每個(gè)步距為最小單位，因此其不受礦體邊界、厚度變化的影響，可以采用無(wú)軌設(shè)備出礦，生產(chǎn)靈活，生產(chǎn)能力較大，同時(shí)礦區(qū)位于山區(qū)，周圍無(wú)村落人家，地表允許崩落，因此其具有空?qǐng)龇o(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)圍巖整體穩(wěn)固性較差，崩落礦石具有一定的粘結(jié)性，要求“快崩快出”，空?qǐng)霾傻V法的綜合優(yōu)勢(shì)不如崩落法，綜合分析比較，推薦采用無(wú)底柱分段崩落法進(jìn)行6#礦脈的開采。

4 結(jié)論

（1）基于礦巖不穩(wěn)固急傾斜薄礦脈開采條件，通過(guò)方案比較分析，提出了無(wú)底柱分段崩落法。

（2）采用無(wú)底柱分段崩落法開采急傾斜薄礦脈具有安全高效的特點(diǎn)。

（3）中深孔控制爆破技術(shù)和損失貧化控制方法是采用無(wú)底柱分段崩落法進(jìn)行薄礦脈開采的關(guān)鍵技術(shù)。

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