復(fù)雜難采金礦無(wú)間柱階梯式連續(xù)開采技術(shù)研究

程國(guó)江

(中國(guó)黃金集團(tuán)公司， 北京 100011)

0 引 言

河南某金礦主礦體為1#礦體和3#礦體。1#礦體位于礦區(qū)上部，主要賦存在-20～-630 m標(biāo)高，主要采用機(jī)械化盤區(qū)上向分層充填法開采；3#礦體為盲礦體，位于-430～-732 m標(biāo)高。隨著礦體開采深度的增加，與礦山上部1#礦體比較，3#礦體的地質(zhì)成因與開采技術(shù)條件發(fā)生了重大改變，該礦體具有深井開采特征，礦石品位中等偏高，平均品位為3.5 g/t，是復(fù)雜的、有多重開采困難和不利因素的、開采價(jià)值中等偏高的緩傾斜破碎厚礦體，是國(guó)內(nèi)外開采難度最大的礦床類型。如何解決3#礦體開采安全、礦石貧損率低、采場(chǎng)生產(chǎn)能力大、成本低等技術(shù)難題，亟需對(duì)3#礦體采礦方法進(jìn)行深入研究。

1 礦體賦存和開采技術(shù)條件

礦山開采的采礦方法取決于礦體的賦存條件、開采技術(shù)條件和生產(chǎn)能力的要求。3#礦體埋藏深，主要礦體分布在距地表500～900 m以下；礦體傾角較緩，平均40°，礦體存在分支復(fù)合現(xiàn)象，且礦巖界限不清；礦體厚度大，最大水平厚度達(dá)到120 m以上，但礦體走向長(zhǎng)度短，僅為160～180 m，可供布置的采場(chǎng)數(shù)量有限。同時(shí)，礦山要求生產(chǎn)能力大，即單位面積內(nèi)礦體的回采強(qiáng)度大，從而導(dǎo)致礦床開采年平均下降速度快，高出正常礦山近1倍。

3#礦體的礦化極不均勻，高品位礦石賦存于節(jié)理裂隙發(fā)育處，而低品位礦石則賦存于相對(duì)穩(wěn)定的礦巖中；礦石爆破后易成粉礦，落于充填體中易造成較大的貧化損失。礦體上盤為斷裂帶，有局部地段緊貼礦體，斷裂帶巖層破碎，很不穩(wěn)固，揭露后極易垮落和失穩(wěn)。礦體及下盤圍巖穩(wěn)固性也差，F(xiàn)系數(shù)為6～8，頂板與側(cè)幫暴露面積小。同時(shí)，礦體上部為肥沃的農(nóng)田和人口稠密的村落，并有國(guó)道穿過(guò)，地表不允許塌陷和發(fā)生大的位移和變形。

由此可見，該礦3#礦體的賦存條件和開采技術(shù)條件較差，為典型的復(fù)雜難采型礦體。

2 采礦方法初選

采礦方法的選擇取決于技術(shù)與經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面，其中技術(shù)方面受制于礦體賦存條件和安全要求，而經(jīng)濟(jì)方面則取決于開采成本和開采能力。根據(jù)該礦的礦體賦存特點(diǎn)和開采技術(shù)條件，結(jié)合所選采礦方法的技術(shù)要求，初步選擇上向分層下向分段膠結(jié)充填采礦法(方案1)、鑲嵌式無(wú)筋下向分段膠結(jié)充填采礦法(方案2)和盤區(qū)階梯式無(wú)間柱連續(xù)充填采礦法(方案3)等3種采礦方法作為可采用的采礦方法，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以便確定最優(yōu)的采礦方法。

對(duì)上述3種初選采礦方法進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，確定出各采礦方法的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了比較，其結(jié)果見表1。

從表1可知，3種采礦方法均有各自的優(yōu)點(diǎn)與技術(shù)特色，在使用條件與技術(shù)工藝上均適合3#礦體地質(zhì)情況、巖層穩(wěn)固情況與開采技術(shù)特點(diǎn)，回采的作業(yè)安全性好，生產(chǎn)能力相對(duì)較高，回采貧損率低，效率高等。但生產(chǎn)實(shí)際中，通過(guò)與礦山工程技術(shù)人員的交流與反復(fù)協(xié)商，考慮到生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性與技術(shù)難度等問(wèn)題，最終確定選用盤區(qū)階梯式無(wú)間柱連續(xù)充填采礦法作為3#礦體初選方案(見圖1)。

表1 充填采礦方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與優(yōu)缺點(diǎn)

圖1 盤區(qū)階梯式無(wú)間柱連續(xù)充填采礦法

3 進(jìn)路布置方式優(yōu)化

經(jīng)沿坐標(biāo)線布置進(jìn)路、沿礦體走向布置進(jìn)路、沿礦體垂直方向布置進(jìn)路3個(gè)方案的對(duì)比研究，最終確定沿礦體走向劃分盤區(qū)，在礦體的中厚位置設(shè)立上下盤區(qū)。盤區(qū)內(nèi)劃分進(jìn)路，進(jìn)路的方向與礦體的走向方向垂直；為加大礦塊生產(chǎn)能力，上下盤區(qū)需要同時(shí)作業(yè)且互不影響，因此，上盤區(qū)工作面通常高出下盤區(qū)作業(yè)面，形成階梯狀，確保礦體工作面同時(shí)作業(yè)。進(jìn)路垂直礦體走向布置方式見圖2。

通過(guò)盤區(qū)劃分，進(jìn)路的長(zhǎng)度大多只有40～60 m左右，最長(zhǎng)不超過(guò)60 m，不僅進(jìn)路長(zhǎng)度適中，通風(fēng)、充填等問(wèn)題得到解決，而且礦體的盤區(qū)數(shù)量增加了一倍，充填澆面層的平整度也提高，礦塊的貧損率下降、生產(chǎn)能力得到提高。

圖2 進(jìn)路垂直礦體走向布置方式

礦體的上盤(即I、II、III盤區(qū))是礦塊最先開采的盤區(qū)，待其開采3個(gè)分層后，回采礦體的下盤盤區(qū)(即Ⅳ、V盤區(qū))的第1分層，并依次開采。這樣，在整個(gè)礦體開采期間，3#礦體上下盤的盤區(qū)在空間上形成不同平臺(tái)，礦體最厚大部位靠上盤處最先回采，實(shí)現(xiàn)先難后易的原則，確保礦體開采安全和多盤區(qū)階梯式無(wú)間柱連續(xù)開采。

盤區(qū)沿走向劃分，每個(gè)盤區(qū)長(zhǎng)40 m，中段高50 m，分段高16 m，進(jìn)路高4.5 m，進(jìn)路寬5 m。主要采準(zhǔn)切割工程量見表2。

表2 單個(gè)盤區(qū)主要采準(zhǔn)工程量

4 現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)

3#礦體盤區(qū)階梯式無(wú)間柱連續(xù)充填采礦法試驗(yàn)自2010年8月～2012年8月，工業(yè)試驗(yàn)主要在-530m至-480 m階段進(jìn)行。在充分利用礦山先進(jìn)的無(wú)軌采礦設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)近兩年的試驗(yàn)，證明該采礦方法機(jī)動(dòng)靈活，作業(yè)安全性好，盤區(qū)生產(chǎn)能力大，施工簡(jiǎn)便可靠，適合于該金礦深部礦巖破碎穩(wěn)固性差、礦體形狀變化大等開采技術(shù)條件。

試驗(yàn)礦塊劃分多個(gè)盤區(qū)，盤區(qū)又劃分多條進(jìn)路，分一步采和二步采，其中：一步采場(chǎng)進(jìn)路規(guī)格為(7～5)m×4.5 m；二步采場(chǎng)進(jìn)路規(guī)格為5 m×4.5 m。先采的一步采場(chǎng)先打3 m×2.8 m的進(jìn)路，然后涮幫壓頂至設(shè)計(jì)斷面，整個(gè)開采過(guò)程中，塊體被完全采掉，沒(méi)有留下礦柱。

采場(chǎng)作業(yè)時(shí)，每天3班作業(yè)，每班由采礦工灑水沖洗工作面頂幫及礦堆降塵，并處理凈頂幫浮石后由鏟運(yùn)機(jī)出礦，然后進(jìn)行錨桿支護(hù)、鑿巖、爆破。利用換班時(shí)間噴霧降塵、通風(fēng)排煙，等待下班次作業(yè)。主要回采工序?yàn)椋?/p>

鑿巖：第1步，采用桶形掏槽，用液壓鑿巖臺(tái)車或7655鑿巖機(jī)進(jìn)行巷道掘進(jìn)式回采，其掘進(jìn)斷面尺寸為3.0 m×2.8 m。第2步，以小斷面進(jìn)路為自由面刷幫壓頂，將斷面擴(kuò)大到設(shè)計(jì)斷面(7～5.0) m×4.5 m。

爆破：采用2#巖石乳化炸藥，毫秒差非電導(dǎo)爆雷管起爆系統(tǒng)。

出礦：采場(chǎng)礦石用ST-2D、JXCY-2A、ST-3.5或ST-6C柴油鏟運(yùn)機(jī)鏟裝至分段巷道一側(cè)的礦石溜井，通過(guò)溜井底部的振動(dòng)放礦機(jī)將礦石裝入坑內(nèi)卡車(MT-413或ASJK-12)，由坑內(nèi)卡車經(jīng)溜井聯(lián)絡(luò)道、中(分)段巷，直接倒至礦山主溜井。

充填：采場(chǎng)回采結(jié)束，驗(yàn)收合格后，由充填架管工架設(shè)充填管路，封閉擋墻、并與專職充填工一起看護(hù)充填，確保充填質(zhì)量。采場(chǎng)充填結(jié)束后，養(yǎng)護(hù)5～7 d后，繼續(xù)下一分層(進(jìn)路)回采。

通風(fēng)：采場(chǎng)爆破后，借助全礦主風(fēng)壓進(jìn)行通風(fēng)。新鮮風(fēng)流通過(guò)分段平巷進(jìn)入分層聯(lián)絡(luò)道，清洗采場(chǎng)進(jìn)路后，通過(guò)充填通風(fēng)天井，到達(dá)上中段回風(fēng)道。對(duì)于通風(fēng)困難的進(jìn)路或工作面，則采用局扇進(jìn)行通風(fēng)。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，工業(yè)試驗(yàn)采場(chǎng)共出礦50余萬(wàn)t；開采回采率由原來(lái)的92.6%提高到95.5%；貧化率則從7%下降到5.6%；礦塊生產(chǎn)能力提高1倍。

5 結(jié) 論

本試驗(yàn)研究表明，盤區(qū)階梯式無(wú)間柱連續(xù)充填采礦法在該金礦3#復(fù)雜難采礦體的應(yīng)用是成功的，開采回采率由原來(lái)的92.6%提高到95.5%；貧化率則從7%下降到5.6%，試驗(yàn)采場(chǎng)出礦50余萬(wàn)t；礦塊生產(chǎn)能力提高1倍。該試驗(yàn)的成功不僅實(shí)現(xiàn)了井下無(wú)礦柱連續(xù)開采，降低了損失率和貧化率，大大提高了礦塊生產(chǎn)能力，而且確保了礦山穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

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