童家院礦床難采殘礦安全開采研究

薛迪光

(錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南冷水江市 417500)

1 概述

童家院礦床三中段已探明地質(zhì)儲量總計228.479萬 t，銻金屬量 104644 t，品位 4.58%，該區(qū)域礦體厚度大，品位富集，曾是采選廠的主要生產(chǎn)中段，1976年開始開采，采出礦量159.935萬 t，采出銻金屬量732508 t，損失礦量68.543萬 t，損失銻金屬量 31393.2 t。

該中段礦體根據(jù)各層礦體賦存狀況和品位變化情況分別采用房柱法、桿柱房柱法、人工壁柱房柱法開采，留下了大量的礦柱、礦壁、頂?shù)字⑦吔堑V體。目前，該礦的礦產(chǎn)資源日趨枯竭，礦床中上段富集礦體已基本開采完畢，深部礦體薄、品位低，為了穩(wěn)定礦山生產(chǎn)量，最大限度地回收礦產(chǎn)資源，上部結(jié)束中段的復(fù)雜難采殘礦開采研究對該礦具有重要意義。

2 開采技術(shù)條件

童家院礦床三中段礦體賦存在穩(wěn)固的矽化灰?guī)r中，沿走向長約1200 m，傾斜長100 m左右，礦體分為三層，第一層礦體平均厚度2 m，平均傾角15°，品位5.7%，礦體與下盤穩(wěn)定，上盤為厚層頁巖，不穩(wěn)定。第二層礦體平均厚度為8 m，平均傾角15°，品位4.5%，礦體與下盤穩(wěn)定，上盤為薄層頁巖及斷裂帶頁巖，中等穩(wěn)定至不穩(wěn)定。第三層礦體平均厚度2 m，平均傾角10°，品位3.5%，礦體與下盤穩(wěn)定，上盤為薄層頁巖，不穩(wěn)定。

該中段第二層礦體采用人工壁柱房柱法回采，該采礦方法不留礦柱和頂?shù)字?，回采率達到了90%以上。第一層礦體與第三層礦體采用正規(guī)的房柱采礦法或桿柱房柱采礦法開采，即礦體沿走向劃分為盤區(qū)，其長度為80～100 m，盤區(qū)之間留3米寬的礦壁。盤區(qū)中又劃分為礦房和礦柱，礦房寬度8～10 m，礦柱為不連續(xù)的矩形，其規(guī)格為3 m×4 m，間距為5 m。頂?shù)字穸雀鳛? m，礦房斜長40～60 m。采準(zhǔn)切割巷道包括脈外階段平巷、放礦溜井、切割平巷、切割天井、回風(fēng)平巷、電耙絞車硐室。其采礦方法與殘礦分布如圖1所示。

圖1 童家院礦床采礦方法示意

回采工作是在拉開切割平巷的基礎(chǔ)上，以切割天井為自由面，用淺孔落礦方法進行回采。相鄰礦房的回采工作可以同時進行，但應(yīng)保持15～25 m的超前距離。隨著回采工作面的推進，在礦房兩側(cè)留規(guī)劃的不連續(xù)礦柱。當(dāng)頂板局部不穩(wěn)固或遇有較大斷層時，在該處應(yīng)留設(shè)礦柱，以保證回采工作的安全。由于直接頂板為不穩(wěn)固的頁巖，采用桿柱維護頂板。桿柱的參數(shù)長2 m，網(wǎng)度1 m×1 m，每套桿柱實際擔(dān)負的面積為1 m2。

童家院礦床三中段礦體于1990年代中期結(jié)束開采，大部分采場空區(qū)均已采用膠結(jié)充填料與矸石或尾砂充填，但部分采場的上端部尚未完全充填接頂。該中段殘留的礦體有4種類型:頂、底柱;壁柱、房內(nèi)礦柱;邊角礦體;頂板冒落采場積礦。

3 采礦方法

根據(jù)殘礦的不同類型，選擇的采礦方法也不盡相同。

3.1 頂?shù)字夭煞椒?/h3>

頂、底柱厚度各為3 m，回采較為簡單。沿走向布置采場，視礦體走向起伏變化情況在較低的一端從階段平巷中掘放礦溜井，一般采場長60 m左右。為保證回采過程中的安全，采場內(nèi)原放礦溜井和通路口必須用鋼軌混凝土嚴(yán)密封閉。

3.2 壁柱和房間礦柱回采方法

盤區(qū)之間的壁柱，寬度3 m。房間礦柱3 m×4 m，即沿礦體走向?qū)挾葹? m，逆礦體傾向?qū)挾? m，兩個礦柱的間距為5 m。壁柱和房間礦柱回采是殘礦回采的研究重點。

他們兩個一瘸一拐地，吃力地走下河岸，有一次，走在前面的那個還在亂石中間失足搖晃了一下。他們又累又乏，因為長期忍受苦難，臉上都帶著愁眉苦臉、咬牙苦熬的表情。他們肩上捆著用毯子包起來的沉重包袱?？偹隳菞l勒在額頭上的皮帶還得力，幫著吊住了包袱。他們每人拿著一支來復(fù)槍。他們彎著腰走路，肩膀沖向前面，而腦袋沖得更前，眼睛總是瞅著地面。

回采壁柱和房間礦柱前，先把壁柱或房間礦柱一側(cè)充填料扒空，其寬度為2～3 m，直至貫穿上部回風(fēng)平巷，以做為通風(fēng)和礦體回采自由面之用。在原電耙絞車硐室安裝28～30 kW的電耙絞車耙礦，利用原放礦溜井裝設(shè)漏斗出礦?；夭蓵r，利用原切割槽做為自由面，用淺孔落礦方法落礦，淺孔深度2 m左右，分層高度2.5～3 m。其采礦方法如圖2所示。

圖2 壁柱和房間礦柱采礦法示意

為了保證回采過程中的頂板安全，采場回采至不穩(wěn)固頁巖層時，設(shè)計采用桿柱維護頂板。考慮礦壁或礦柱兩側(cè)的充填體是松散體，且局部未充填接頂，礦柱破壞后，不能充分承壓。為了保證回采過處程中頂板不變形冒落，在充填體被耙空的采場頂板和采空的礦壁與礦柱頂板下設(shè)計采用水壓支柱支撐頂板?；夭山Y(jié)束后，盡快撤除水壓支柱，充填采空區(qū)。

3.3 邊、角礦體的回采方法

邊、角礦體的回采方法與礦壁、礦柱回采的方法相同，即從礦體一側(cè)把充填料扒空，直至回風(fēng)巷，用作自由面并供通風(fēng)用。如果邊、角礦體寬度較大，則需要再掏切割槽，延伸回風(fēng)巷。

在回采邊、角礦體過程中，如果新發(fā)現(xiàn)礦體沿走向延伸較大時，則需要在切割槽位置沿走向掘轉(zhuǎn)礦道采用壁式充填法回采。采場回采跨度大于10 m時，必須逆傾向預(yù)留2 m寬的空區(qū)，砌筑塊石混凝土密閉，充填8 m寬的空區(qū)后，再繼續(xù)沿走向回采。其采礦方法如圖3所示。

圖3 邊、角礦采礦法示意

4 采場頂板支護

為了保證回采、充填過程中采場頂板不產(chǎn)生變形與下沉冒落，在設(shè)計過程中，考慮采用水泥卷錨桿和水壓支柱支護采場頂板。

水泥卷錨桿支護與采礦同時進行，錨桿長2.0 m，安裝網(wǎng)度1.0 m×1.0 m。爆破前距離工作面允許1 m長不支護錨桿，爆破后距離工作面允許3 m長不安裝錨桿。

為了承載殘礦兩側(cè)采場頂板壓力，在安裝錨桿保護開采區(qū)頂板的同時，再安裝水壓支柱支護開采區(qū)兩側(cè)的頂板。水壓支柱采用SYZ型外注式支柱，它由缸體、活塞、活塞桿、安全閥、單向閥、缸座、活塞桿座及增壓塊等零部件構(gòu)成。支柱高度設(shè)計2～3.5 m，支柱排距2～3 m，間距1.5 m。為了防止爆破時礦石沖擊水壓支柱，水壓支柱距爆破面應(yīng)保持5 m。工作程序為架設(shè)水壓支柱、安裝錨桿—鑿巖—爆破—通風(fēng)—處理頂板與工作面松石—出礦。架設(shè)水壓支柱由風(fēng)鉆工操作，采場開采高度小于3 m時，水壓支柱安裝需3人操作，開采高度大于3 m時需4人操作。

5 空區(qū)處理

殘礦回采后，必須對空區(qū)進行處理，以防止空場時間過久而引起頂板下沉冒落而發(fā)生地壓活動。

選廠的全尾砂自流至尾砂分級站，分級后的溢流尾砂放至尾砂庫儲存，沉砂進入攪拌桶，分級尾砂與水泥漿經(jīng)攪拌后用3/2C－AH渣漿泵經(jīng)4"鋼管從主充填平巷自流至采場回風(fēng)平巷，再進入采場充填。充填時，采場要預(yù)留好通路和自由面，用塊石混凝土砌筑密閉墻，空區(qū)裂隙與溶洞發(fā)育的地方要用混凝土封堵，以防止漏砂，污染井下環(huán)境。尾砂充填與膠結(jié)充填同用一套系統(tǒng)，不同之處是尾礦充填時不加水泥漿。

6 安全措施

(1)嚴(yán)格按照設(shè)計施工。施工過程中，地質(zhì)、測量、采礦、安全技術(shù)人員要及時深入現(xiàn)場指導(dǎo)，不得見礦采礦，隨意施工。

(2)嚴(yán)格按照設(shè)計開采順序施工，以免大面積回采原生礦柱而引起地壓活動。

(3)對殘礦采準(zhǔn)切割要做到循序漸進，如果發(fā)現(xiàn)要利用的通路、放礦溜井、通風(fēng)平巷、切割平巷頂板變形破壞，要及時進行支護，不能盲目冒進。

(4)實行強采、強出、強充。

(5)加強充填技術(shù)管理，確保膠結(jié)充填體標(biāo)號和質(zhì)量，采空區(qū)膠結(jié)充填體與尾砂充填體均要求充分接頂。

(6)加強頂板管理，回采過程中及時按設(shè)計安裝水泥卷錨桿和水壓支柱支護頂板，作業(yè)過程中安排專人處理松石和檢查頂板。

(7)礦壁、礦柱、頂?shù)字夭珊?，采區(qū)已不存在原生礦柱，為了預(yù)防采空區(qū)矸石與尾砂充填體承壓強度不夠而引起采空區(qū)頂板大面積下沉變形，盤區(qū)礦壁、頂、底柱采空區(qū)必須采用膠結(jié)充填料充填，其余采空區(qū)可采用尾砂充填。

(8)嚴(yán)格進行巖移監(jiān)測，及時預(yù)測預(yù)報地壓活動，一旦發(fā)生頂板松動下沉的現(xiàn)象，要立即停止回采作業(yè)，對采場頂板進行支護加固。

7 結(jié)論

(1)該項目的實施過程中，嚴(yán)格按工程設(shè)計施工，避免盲目冒進，回采過程中及時支護頂板，回采結(jié)束后及時充填處理采空區(qū)，大面積頂板下沉而造成地表較大的沉降移動的可能性很小。

(2)及時回采殘礦，可以改變多中段分散作業(yè)的弊端，提高設(shè)備利用率，降低風(fēng)、水、電等能源消耗，提高勞動生產(chǎn)率，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

(3)該項目的實施可緩解礦山資源危機，穩(wěn)定礦山現(xiàn)有生產(chǎn)水平，為該礦其他中段殘礦開采積累經(jīng)驗。

［1］王運敏.現(xiàn)代采礦手冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2012.

［2］王運敏.中國采礦設(shè)備手冊［M］.北京:科學(xué)出版社，2007.

［3］趙天從.銻［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1987.