斜坡道開拓與斜坡道全面采礦法的應(yīng)用

龐欣榮 ，萬慶安，伍福然

(廣西冶金研究院， 廣西 南寧 530023)

近年來，隨著我國(guó)礦山無軌采掘設(shè)備迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，地下開采使用斜坡道開拓越來越普遍。采用斜坡道開拓及其以斜坡道為主的采礦方法，與采用斜井或豎井開拓與傳統(tǒng)的采礦方法相比，其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化，生產(chǎn)能力大幅提高，可以有效地節(jié)省工程量和投資、加快礦山建設(shè)速度、縮短礦山建設(shè)時(shí)間、提高礦山開采安全性等，真正實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠的辦礦原則。筆者改進(jìn)的斜坡道開拓與斜坡道全面采礦法，在某礦山的應(yīng)用是較成功的，下面以此為例進(jìn)行介紹。

1 礦山地形地質(zhì)及礦床開采技術(shù)條件

礦區(qū)處在東西寬約10 km，南北長(zhǎng)約15 km的巖溶平原，標(biāo)高一般為39～41 m。礦區(qū)西北為海拔500～600 m的中低山所環(huán)繞，東西、南面及中低山之前緣則為低山丘陵所盤踞。

礦區(qū)地勢(shì)低洼，每逢暴雨后礦區(qū)外圍的地表水大量流入礦區(qū)，整個(gè)礦區(qū)被水淹沒，礦山只能在大氣降雨少的季節(jié)(旱季)，即每年9月至次年5月份進(jìn)行開采。

礦區(qū)地層為泥盆系中統(tǒng)東崗嶺組(D2d)，根據(jù)該組巖性特征分為二個(gè)巖性段：即上段(D2d2)灰?guī)r，下段(D2d)白云巖，白云巖為含礦層，厚度大于200 m。地表絕大部分為第四系覆蓋。

礦床成因類型屬噴流沉積型礦床。礦石類型為硫化鉛鋅礦石，按構(gòu)造分為塊狀礦石、浸染狀礦石。

礦區(qū)內(nèi)共計(jì)有9個(gè)礦體，其中以①、②、③、⑤和⑥等5個(gè)礦體規(guī)模較大，④、⑦、⑧、⑨礦體規(guī)模較小。礦體主要分布在背斜接近軸部及兩翼，其產(chǎn)狀與兩翼巖層產(chǎn)狀基本一致。傾角除個(gè)別大于30°外，一般在20°左右，大多數(shù)礦體較平緩；礦體厚度一般為2～5 m，局部達(dá)到8 m；礦體走向與背斜走向一致。分布在南東翼者傾向南東，礦體在平面上由南西至北東，從地質(zhì)勘探線0線至23線長(zhǎng)度達(dá)1200多米，由西向東，礦體平行排列分布寬度達(dá)800多米。在垂直方向上，分布最淺者出露地表， 90%以上的礦體分布于地表以下70 m范圍內(nèi)，個(gè)別礦體埋藏最深達(dá)200多米。礦體呈層狀、似層狀，透鏡狀產(chǎn)出。礦體賦存于(D2d1)白云巖中，具體部位一般位于白云巖頂部往下8.00 m以下。

礦體頂板、底板均為白云巖，頂板巖石大多比較破碎，且頂?shù)装鍘r溶洞穴較發(fā)育，井巷圍巖穩(wěn)定性條件較差，潛在片幫、冒頂?shù)裙こ痰刭|(zhì)問題及災(zāi)害，礦區(qū)工程地質(zhì)條件具中等復(fù)雜性。

受老窿積水、鉆孔均未封孔及潛在的底板溶洞突水等因素的影響，礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，為頂?shù)装逯苯映渌膸r溶裂隙溶洞型充水礦床。

礦區(qū)地下水埋藏淺，疏干排水及新老采空區(qū)都將產(chǎn)生一定的環(huán)境地質(zhì)問題，礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件具中等復(fù)雜性。

2 礦山現(xiàn)狀與存在問題

礦山在1958年后有數(shù)十人在礦區(qū)北部開采黃鐵礦，后因涌水量大，產(chǎn)量低而停工。

1998年后斷斷續(xù)續(xù)有個(gè)體老板在旱季期間進(jìn)行開采，先以多個(gè)小凹陷露天開采，后隨著礦體的延伸，改用多個(gè)小斜井、小豎井開拓方式與全面采礦法采礦，主要開采地表出露礦體及地表以下30～60 m之間的鉛鋅礦體，其生產(chǎn)能力不足1000 t/d。

2009年10月，某公司對(duì)該礦山進(jìn)行了整體規(guī)劃，加大開發(fā)力度，要求對(duì)其開拓系統(tǒng)與采礦方法進(jìn)行全面改造，使其采礦生產(chǎn)能力達(dá)到3000 t/d。

由于多個(gè)小斜井、小豎井開拓，存在著“采礦工藝復(fù)雜、采出礦點(diǎn)多、管理難度大、環(huán)境破壞嚴(yán)重，而且建設(shè)期長(zhǎng)、生產(chǎn)能力低、新置設(shè)備多(原露采設(shè)備不可用)、礦石多次轉(zhuǎn)運(yùn)等”問題。根據(jù)該礦山“埋藏較淺的中厚以上緩傾斜連續(xù)礦體”的特點(diǎn)與礦山現(xiàn)狀，對(duì)其開拓方式與采礦方法進(jìn)行了改進(jìn)，采用了斜坡道開拓與斜坡道全面采礦法。

3 斜坡道開拓方案

該礦區(qū)位于廣西群山環(huán)抱的凹地處,周邊均為耕地良田。根據(jù)礦床賦存特點(diǎn)、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)、礦床勘探程度、礦石儲(chǔ)存量等，結(jié)合地表地形條件、場(chǎng)區(qū)內(nèi)外部運(yùn)輸系統(tǒng)、工業(yè)場(chǎng)區(qū)布置等關(guān)系，以及礦山不能進(jìn)行常年開采的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)在斜井開拓、豎井開拓、斜坡道開拓這3個(gè)地下開采的開拓方案中，選擇斜坡道開拓作為最佳方案。

在礦區(qū)走向北東30°的背斜二翼各布置一條直線式斜坡道。東翼斜坡道從地質(zhì)勘探線0線處設(shè)為該斜坡道的南出入口，到地質(zhì)勘探線11線處設(shè)為該主斜坡道的北出入口。長(zhǎng)499.74 m，坑內(nèi)設(shè)支線斜坡道至各水平采場(chǎng)工作面，長(zhǎng)880.99 m，總長(zhǎng)為1084.34 m。南出入口標(biāo)高+27 m，北出入口標(biāo)高+31 m，以100 m的長(zhǎng)度為一標(biāo)段，確定該標(biāo)段斜坡道坡度，一般根據(jù)在該段兩端勘探線所控制的礦體底板標(biāo)高而定。斜坡道標(biāo)段的最大坡度為20.4%，最小的坡度為0.96%。斜坡道在井下最低標(biāo)段標(biāo)高為-40 m，與北出入口標(biāo)高差71 m，該斜坡道用于開拓①、③號(hào)礦體，①號(hào)礦體平均厚5．69 m,資源量占礦山資源量的25%，③號(hào)礦體平均厚度2.70 m，資源量占礦山資源量的8%。

西翼斜坡道從地質(zhì)勘探線9線處設(shè)斜坡道的南出入口，到地質(zhì)勘探線19線處設(shè)主斜坡道的北出入口，長(zhǎng)493 m，坑內(nèi)設(shè)至各水平采場(chǎng)的支斜坡道，長(zhǎng)797.65 m，總長(zhǎng)1290.5 m。南出入口標(biāo)高+42 m，北出入口標(biāo)高+25 m，斜坡道坡度同東翼斜坡道一樣，也是以100 m的長(zhǎng)度為一標(biāo)段，標(biāo)段坡度按礦體的兩端底板標(biāo)高而定，標(biāo)段最大坡度為21%，最小坡度為1%。斜坡道在井下最低標(biāo)段為-20 m，與南出入口標(biāo)高差為62 m。該斜坡道用于開拓②、⑤號(hào)礦體，②號(hào)礦體平均厚5．03 m資源量占礦山資源量的52%，⑤號(hào)礦體平均厚度2.82 m，資源量占礦山資源量的11%。

通過東西兩翼斜坡道可以開拓的資源量為礦山保有資源量的96%，完全達(dá)到了礦山開采的要求和目的。斜坡道布置在被開拓的主要礦體寬度方向的中間部位，順脈(沿走向)并在脈內(nèi)緊貼礦體底板，因而在斜坡道掘進(jìn)的同時(shí)就已回采了礦石既起到了探礦作用，又為采礦形成了工作面，為強(qiáng)化開采提供了便利條件。

東西兩翼斜坡道斷面均為30 m2，一側(cè)設(shè)人行道，寬1.2 m，另一側(cè)懸掛布置電、風(fēng)、水管線，占寬度1.5 m，此側(cè)設(shè)寬250～300 mm簡(jiǎn)易水溝。無軌運(yùn)輸設(shè)備通行的道寬大于3 m，轉(zhuǎn)彎半徑大于10 m，變坡點(diǎn)部位，采用平滑豎曲線作為變坡點(diǎn)的連接曲線，以減少車輛的顛簸。

主斜坡道采用碎石路面，路面厚為350 mm，采用小于150 mm的碎石做路基，上層用粒徑50 mm以下的碎石做路面，厚150 mm，各層均用1 m3柴油液壓挖掘機(jī)壓平壓實(shí)，并經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)、修理。不設(shè)專門錯(cuò)車道，錯(cuò)車均利用主(支)斜坡道交叉點(diǎn)和采區(qū)運(yùn)輸?shù)肋M(jìn)行。

主斜坡道支護(hù)采用80～100 mm厚噴射混凝土支護(hù)，局部頂板圍巖穩(wěn)固性較差時(shí)，采用50 mm噴射混凝土和錨桿支護(hù)，錨桿長(zhǎng)1.5～2.5 m。

4 斜坡道全面采礦法

礦山礦巖運(yùn)輸車輛為載重4 t的自卸式卡車，鏟裝礦巖的設(shè)備使用斗容1 m3的柴油液壓挖掘機(jī)，為了充分發(fā)揮、利用這些無軌設(shè)備的能力，采礦方法采用改進(jìn)后的斜坡道全面采礦法，采場(chǎng)以斜坡道為軸線，沿礦體走向順脈布置。

(1) 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)：采場(chǎng)長(zhǎng)度為礦體走向長(zhǎng)(一般水平長(zhǎng)度為100～120 m)、高度為下方斜坡道至上方斜坡道(一般垂直高度為25～30 m)，厚度為礦體厚度。采場(chǎng)內(nèi)根據(jù)上盤巖石穩(wěn)固情況和礦石品位留不規(guī)則礦柱，礦柱直徑約為3 m，間距約為8～15 m。不留頂?shù)字?，采空區(qū)隨后膠結(jié)充填。

(2) 采準(zhǔn)切割工程：以下方開拓的斜坡道為主運(yùn)輸?shù)?，在礦體兩端(或100～120 m間)沿礦脈傾向(一般在20°以下)向上掘進(jìn)支斜坡道并連通上方開拓的斜坡道，完成礦塊的采準(zhǔn)工作；在礦塊兩端支斜坡道間以下方開拓斜坡道為起點(diǎn)沿礦脈傾斜向上掘進(jìn)裝礦進(jìn)路，裝礦進(jìn)路斜長(zhǎng)約8 m，間距約12 m，在裝礦進(jìn)路頂部掘進(jìn)切割橫巷并與兩端支斜坡道連通，完成礦塊的切割工作(見圖1)。支斜坡道與裝礦進(jìn)路的寬度大于4 m，高為礦體厚度，但應(yīng)不低于3.5 m。

圖1

(3) 回采工作：礦房回采從礦塊切割橫巷開始，從礦塊一端支斜坡道向另一端支斜坡道推進(jìn)，使回采工作面沿走向呈階梯狀。一般來說，礦房?jī)?nèi)會(huì)形成5～6個(gè)梯段，梯段長(zhǎng)15～20 m，鑿巖和出礦工序間隔一個(gè)梯段，能平行進(jìn)行，避免作業(yè)間相互干擾，從而提高工作效率。

(4)鑿巖落礦：采場(chǎng)鑿巖設(shè)備為YG40導(dǎo)軌式氣動(dòng)鑿巖機(jī)、中深孔落礦，孔徑一般為45～50 mm，孔深5～20 m，孔距0.8～1.2 m，排距1.2～1.4 m，鑿巖時(shí)鉆孔不宜突破圍巖，以保護(hù)采場(chǎng)頂板安全和降低貧化率。安全生產(chǎn)方面的敲幫問頂工作，一般在爆破后由安全員指揮液壓挖掘機(jī)進(jìn)行，以減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證其安全。

(5) 采場(chǎng)出礦：采場(chǎng)裝載設(shè)備為斗容1 m3的柴油液壓挖掘機(jī)，運(yùn)礦設(shè)備為載重4 t的自卸式卡車。挖掘機(jī)在裝礦進(jìn)路內(nèi)挖掘礦石并裝入停放在主斜坡道處的自卸式卡車內(nèi)。礦房爆破落礦后，大部分礦石會(huì)借助爆力順坡自溜到裝礦進(jìn)路處，少量礦石可用挖掘機(jī)從支斜坡道進(jìn)入采場(chǎng)內(nèi)扒運(yùn)礦石使之溜到裝礦進(jìn)路。

(6) 采場(chǎng)通風(fēng)：新鮮風(fēng)流從斜坡道北入口進(jìn)入，從采場(chǎng)下方主斜坡道由局扇經(jīng)一端支斜坡道壓至采場(chǎng)工作面，污風(fēng)由另一端支斜坡道局扇抽至采場(chǎng)上方主斜坡道，由安置在主斜坡道串聯(lián)設(shè)置的輔助風(fēng)機(jī)送到回風(fēng)井并排出地表。

(7) 礦柱及其回采：采場(chǎng)留不規(guī)則礦柱，一般為圓形或方形，規(guī)格一般為￠3 m或3 m×3 m，間距8～15 m。由于礦山開采不允許地表陷落，所以對(duì)地下采空區(qū)進(jìn)行了膠結(jié)充填。膠結(jié)充填與礦柱回采均采用后退式，即膠結(jié)充填一個(gè)區(qū)域(四根礦柱圍成的范圍)，待其凝固后即開始回收充填體周邊的礦柱；以此類推，直到完成礦柱回采工作。

5 結(jié) 論

通過收集該礦山兩年來的生產(chǎn)實(shí)際資料，斜坡道開拓與斜坡道全面采礦法具有以下優(yōu)越性。

(1) 采用沿脈斜坡道開拓，完成開拓系統(tǒng)的同時(shí)所圈定礦量占礦山總資源量的90%以上，基建時(shí)間短，掘進(jìn)副產(chǎn)礦量多，甚至能做到采、掘同步進(jìn)行，使企業(yè)提前進(jìn)入了投產(chǎn)達(dá)產(chǎn)階段。

(2) 斜坡道開拓工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備大型化，有利于提高礦山生產(chǎn)能力；每條斜坡道都設(shè)有兩個(gè)出入口通往地表，這對(duì)優(yōu)化礦山的通風(fēng)、排水和運(yùn)輸?shù)雀飨到y(tǒng)都非常有利，對(duì)礦山安全高效生產(chǎn)起著重要作用。

(3) 由于采用斜坡道開拓、無軌運(yùn)輸設(shè)備，在生產(chǎn)季節(jié)啟動(dòng)和結(jié)束時(shí)，井下有關(guān)設(shè)施的安裝、撤遷都可利用斜坡道汽車運(yùn)輸，縮短了啟動(dòng)安裝和結(jié)束撤遷時(shí)間，提高了礦山年產(chǎn)量，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

(4) 使用斜坡道全面采礦法，其采準(zhǔn)切割工程均利用主斜坡道與支斜坡道來完成，將無軌運(yùn)輸設(shè)備應(yīng)用到采場(chǎng)中，確保了采裝運(yùn)設(shè)備與礦山開拓設(shè)備一致性，真正實(shí)現(xiàn)了礦山開拓與礦山生產(chǎn)設(shè)備的完美統(tǒng)一。

采空區(qū)至地表每年有半年時(shí)間被水淹沒，在水的充填、托浮等作用下，圍巖變化破壞相應(yīng)要小些，巖石應(yīng)力會(huì)有所重新分布，但是一旦保安礦柱被毀壞，可能造成大面積地壓災(zāi)害。所以，在礦山生產(chǎn)過程中，除了合理安排開采順序、加強(qiáng)對(duì)巖層的監(jiān)測(cè)監(jiān)控外，要及時(shí)膠結(jié)充填采空區(qū)，最關(guān)鍵的問題是合理確定礦柱的布置，包括礦柱的尺寸和間距。在頂板圍巖穩(wěn)固性較差時(shí)，適當(dāng)采用噴錨支護(hù)技術(shù)加固圍巖也很有必要。

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