龍橋鐵礦緩傾斜中厚礦體崩落采礦法覆蓋層研究

邱曉東，丁 銘

(1.金建工程設(shè)計有限公司， 山東 煙臺市 264670； 2.華煤集團(tuán)有限公司，吉林 長春 130012； 3.廬江龍橋礦業(yè)有限公司， 安徽 合肥 231500)

龍橋鐵礦床屬層控沉積-熱液迭加改造型礦床，礦床的工業(yè)類型屬隱伏的大型含銅高硫磁鐵礦床。礦體走向290°，傾向南，傾角15°～30°，礦體長2188 m，平均寬512 m，厚一般20～40 m，最厚63.58 m，最薄2.61 m，平均厚27.07 m。埋藏于-268.07～-507.41 m，礦床巖體質(zhì)量總體屬良好型。

1 礦床構(gòu)造地質(zhì)特征

龍橋鐵礦床范圍內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，在勘探地質(zhì)階段共查明斷層12條。有些斷層切割較深，破碎帶寬度達(dá)到6 m。在礦山基建及生產(chǎn)初期通過坑道工程,進(jìn)一步揭露了其地質(zhì)信息，8線以東共有斷層13條，由于這些斷裂構(gòu)造作用使礦體頂板巖石的整體性受到破壞。礦床內(nèi)節(jié)理發(fā)育，主要走向為NNE、NE、NWW、NNW向，其中NNE、NE向最發(fā)育。

根據(jù)斷層的產(chǎn)狀和特征，將東區(qū)斷層分為北北東、北東和北西向3組：

(1)北北東向斷層組：包括走向15°～30°的斷層。東區(qū)有6條,即F106、F102、F107、F111、F113、F6，均為正斷層，其中F106、F107、F111、F6規(guī)模較大。斷層傾向南東東，傾角較陡，60°～90°。

(2)北東向斷層組：包括走向30°～65°的斷層。東區(qū)有4條即F110、F108、F104、F103，均為正斷層，其中F103規(guī)模較大。斷層傾向南東，傾角57°～85°。F110 、F104與銅礦化關(guān)系密切，特別是F110，在-332.5 m分層6～8線南斷層內(nèi)見20～30 cm厚黃銅礦方解石脈，含銅品位高達(dá)26%，在-342.5 m分層，斷層兩側(cè)泥質(zhì)粉砂巖及磁鐵礦體中含銅平均品位為0.71%，視厚度達(dá)32.9 m。

(3)北西向斷層組：包括走向320°～335°的斷層。東區(qū)有3條即F101、F105、F109，斷層規(guī)模相對較小，F(xiàn)109明顯錯動了北東向斷層。斷層傾向南西，傾角69°～81°。

走向北北東向斷層為東區(qū)主要斷層，次為北東向斷層。通過地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查得知：雖然龍橋鐵礦床頂板巖石RQD值較高，一般大于75%，巖體質(zhì)量屬于良好類型，但礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，對礦體及圍巖破壞作用較大，使巖體穩(wěn)定性變差。隨著空區(qū)面積的增大，在拉應(yīng)力作用下，采空區(qū)頂板可能會首先在斷裂面處冒落。因此,龍橋鐵礦空區(qū)頂板在達(dá)到一定暴露面積條件下具備自然冒落的地質(zhì)條件。

2 采礦方法及工藝

龍橋鐵礦在厚大礦體部分采用無底柱分段崩落法采礦，對于礦巖均較穩(wěn)固的礦山，在圍巖不能及時冒落時，通常應(yīng)采用工程或爆破方式進(jìn)行強(qiáng)制放頂，以滿足崩落法工藝要求的覆巖下出礦條件，但龍橋鐵礦為緩傾斜礦床，空區(qū)水平面積巨大，如采用人工放頂，放頂工程本身存在較大的安全隱患，工期較長，施工難度大，且在生產(chǎn)中會造成較大的礦量損失，因此龍橋鐵礦聯(lián)合設(shè)計單位、科研院所，經(jīng)分析礦床地質(zhì)構(gòu)造特征，采用了預(yù)留礦石作為覆蓋層進(jìn)行正常生產(chǎn)，當(dāng)采空區(qū)暴露到一定面積時空區(qū)頂板巖石會自然冒落形成巖石覆蓋層，再回收預(yù)留礦石的生產(chǎn)工藝。

龍橋鐵礦目前共有兩個生產(chǎn)中段，分別為-320 m中段與-370 m中段，中段高度50 m，分段高度12.5 m，進(jìn)路間距15 m，上下分層進(jìn)路呈菱形布置。生產(chǎn)中，無底柱分段崩落法采場沿走向布置采礦進(jìn)路，每200 m進(jìn)路長度劃分為一個礦塊，中間進(jìn)行切割向兩端退采。

礦山采礦采用暫留礦石作覆蓋層和頂板巖石自然冒落相結(jié)合的工藝方法(見圖1)，生產(chǎn)中具體實施是第一分層崩落礦石量的70%～80%暫留在空區(qū)，第二分層崩落礦石量的40%～50%留在空區(qū)，經(jīng)計算，兩個分層后空區(qū)留礦的厚度已達(dá)24 m，滿足安全規(guī)程與設(shè)計規(guī)范最小20 m的覆蓋巖層的高度要求，第一分層開始出礦時，控制每條出礦進(jìn)路的眉線處不與空區(qū)相通，已形成的空區(qū)與其它工程的通道進(jìn)行封閉以防止空區(qū)中可能出現(xiàn)的較大面積冒落產(chǎn)生沖擊氣流危害。自第三分層開始就可以進(jìn)行正常的放礦。當(dāng)?shù)V體采礦結(jié)束時因采空區(qū)的暴露面積擴(kuò)大，崩落時間增長，冒落巖石的厚度已滿足墊層的要求，最后放出存在空區(qū)里的礦石。

龍橋鐵礦從投產(chǎn)以來的生產(chǎn)實踐表明,主要采礦方法無底柱分段崩落法的貧化率控制在15%左右,預(yù)留礦石作為覆蓋層在保證生產(chǎn)安全、降低貧化率、滿足礦山生產(chǎn)進(jìn)度、提高礦山經(jīng)濟(jì)效益等方面取得了良好的效果。

圖1 采礦工藝

3 采空區(qū)頂板冒落監(jiān)測

龍橋鐵礦從礦山投產(chǎn)開始，自2007年2月就進(jìn)行了采空區(qū)頂板巖層監(jiān)控技術(shù)研究，測試了龍橋鐵礦的基礎(chǔ)巖石力學(xué)數(shù)據(jù)；2008年起與相關(guān)高校和設(shè)計院組成了采空區(qū)監(jiān)測及巖石冒落規(guī)律研究課題組，開展了大量的監(jiān)測研究工作。

在采空區(qū)管理方面，除采礦工藝所規(guī)定的控制放礦保證采空區(qū)中礦石、巖石墊層的厚度符合礦山安全規(guī)程的要求外，目前-355 m分層以上各分層通往采空區(qū)的所有通道均采用壓渣方式和澆注砼墻方式進(jìn)行了封閉。

為了查明采空區(qū)頂板圍巖冒落情況，在地表施工監(jiān)測鉆孔通過儀器測量，獲取巖層冒落高度數(shù)據(jù)，為采空區(qū)管理、采礦方法研究、放礦管理、損失貧化管理提供依據(jù)。自2008年3月起，共施工6個監(jiān)測鉆孔進(jìn)行監(jiān)測。

從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看,截止到2013年3月,6個監(jiān)測孔中除2號孔因位于淺采區(qū)只產(chǎn)生巖石位移尚未冒落外,其他監(jiān)測孔平均頂板巖石冒落高度達(dá)16 m,形成的松散體覆蓋巖層厚度達(dá)25.6 m,完全滿足安全規(guī)程及設(shè)計規(guī)范的要求。

4 結(jié) 論

龍橋鐵礦自投產(chǎn)到目前為止，東區(qū)8線～7線從-320 m分層開始首采，已經(jīng)下降到-355 m分層。從對過去所積累的工程及生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出以下結(jié)論：

(1)利用勘探地質(zhì)工作成果和巷道工程揭露的地質(zhì)數(shù)據(jù),確認(rèn)礦床頂板巖石因斷裂構(gòu)造破壞了巖體的整體穩(wěn)定性，當(dāng)采空區(qū)面積擴(kuò)大到一定程度時頂板巖石能夠發(fā)生自然冒落的認(rèn)識經(jīng)過生產(chǎn)得到了驗證。

(2)龍橋鐵礦無底柱分段崩落法采礦用暫留礦石結(jié)合頂板巖石自然冒落形成覆蓋層符合礦山安全規(guī)程要求，保證了采礦作業(yè)的安全，有效地降低貧化率至5%左右，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。

(3)針對龍橋鐵礦緩傾斜礦體的特點(diǎn)，采用預(yù)留礦石作為覆蓋層，不僅節(jié)省了強(qiáng)制放頂工程的費(fèi)用，而且為礦山連續(xù)生產(chǎn)提供了保證，為類似礦山的采礦工作提供了借鑒。

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