對銅礦采礦方法設(shè)計(jì)與實(shí)踐的探討

裘煜灼

摘要：本文是筆者在銅礦開采設(shè)計(jì)工作實(shí)踐中遇到的幾個(gè)問題提出來進(jìn)行探討，尋求一種正確的采礦設(shè)計(jì)方法，切實(shí)解決該礦山開采方法中出現(xiàn)的問題，讓設(shè)計(jì)更準(zhǔn)確、運(yùn)用更合理、生產(chǎn)更安全。

關(guān)鍵詞：采礦方法；采礦方法適應(yīng)性論證；采礦步驟

一、礦山概況

該礦區(qū)位于新安江水庫的邊上，礦區(qū)中心點(diǎn)地理坐標(biāo)：東經(jīng)119°19′04″，北緯29°32′40″。

1、礦床地質(zhì)及成因

礦體系斷裂充填的含銅黃鐵礦脈，走向北東東60°，傾向南東120°～160°，傾角50°～86°，地表已氧化為含銅鐵帽。礦床為一典型的中低溫?zé)嵋撼涮畹V床，圍巖蝕變主要為絹云母化、硅化，組成礦石的基礎(chǔ)礦物為黃鐵礦、黃銅礦，脈石礦物以石英、絹云母和方解石、白云母為主，有用礦物的賦存狀態(tài)以細(xì)脈狀充填的形式為主。根據(jù)構(gòu)造對礦體的控制、礦化與圍巖的關(guān)系以及區(qū)域礦點(diǎn)分布特點(diǎn)和礦化與巖體的關(guān)系等因素判斷，礦床主要受區(qū)域斷裂構(gòu)造的控制，屬中溫?zé)嵋撼涮畹V床。

2、礦山儲量及礦體參數(shù)

礦山核算的保有資源儲量為：銅礦石量為61313噸，褐鐵礦礦石量為1137200噸，根據(jù)礦床類型及開采情況，按60%的可信度折算后作為利用的資源儲量，銅礦石量36787 噸，褐鐵礦礦石量682320 噸。其中+500米以上資源儲量占總資源儲量的30%，其中銅礦石量11036 噸，褐鐵礦礦石量204696噸。

+500米以上礦體走向長度約670米，礦體厚度為12米～26米，平均厚度16.5米。+500米以上礦體的傾角為85°，傾向長度20米～60米，平均長度40米。

3、礦山開采的技術(shù)條件及礦體頂、地板條件

1）水文地質(zhì)條件

礦區(qū)地下水位低，地表在+450米標(biāo)高以上無大的水體，地下水完全受大氣降水補(bǔ)給，地面地形陡峻，非常利于自然排水。礦區(qū)開采水文地質(zhì)條件簡單。

2）工程地質(zhì)條件

礦體賦存于+300米以上，鐵帽出露于+520～+560米，礦體氧化深度大，在+415米以上礦石松軟，礦體傾角陡，特別是在+450米以上，礦山在施工沿脈巷道時(shí)出現(xiàn)了礦石冒落、坍塌現(xiàn)象，礦體分化嚴(yán)重，部分礦體成砂狀且極易冒落。開采技術(shù)條件較復(fù)雜。依據(jù)礦床賦存條件，宜于地下開采。

3）礦體頂、地板

礦體底板為粉質(zhì)砂葉巖、頂板白云巖。

4、礦山現(xiàn)狀

該礦是一個(gè)將要投入生產(chǎn)的地下開采礦井，曾在2007年5月編制了該礦地下開采的《礦產(chǎn)資源開發(fā)利用方案》。以下簡稱方案《方案》。當(dāng)時(shí)《方案》對+500米以上部份礦石埋藏淺、有的厚度大于20米。計(jì)劃+500米以上可作為露天開采，所以+500米以上《方案》沒有進(jìn)行開拓布置。因?yàn)榈V區(qū)地處新安江庫區(qū)，當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門不允許該礦區(qū)進(jìn)行露天開采。

因此，需要重新編制+500米以上該礦山地下開采的《開發(fā)利用方案》。

5、礦山現(xiàn)有巷道工程

目前在+450米標(biāo)高以下銅礦體有三條平硐，分別為：+282米、+332米、+411米平硐，其中 +282米、+332米 為運(yùn)輸平硐，+411米為主回風(fēng)平硐；各平硐之間采用盲斜井、天井聯(lián)接形成系統(tǒng)。共形成開拓平巷3979米，采準(zhǔn)工程938米，通風(fēng)井250米。

二、采礦方法分析與選擇

原《開發(fā)利用方案》依據(jù)該礦區(qū)的地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、礦床賦存及構(gòu)造地質(zhì)條件等；選擇了分段空場采礦法及淺孔留礦空場采礦法作為該礦山的采礦方法；淺孔留礦空場采礦法的參數(shù)；工作面的高度1.8～2.5米。礦房沿走向布置，當(dāng)?shù)V體厚度大于15米時(shí)；階段高度取40米，礦塊長度取48米，分段高5～6米，底柱高11米，頂柱高6米，間柱寬8米，漏斗間距6米。但是在+450米以上施工實(shí)施的過程中，由于礦石出現(xiàn)冒落現(xiàn)象，淺孔留礦法開采，從現(xiàn)場情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)；47線至54線礦床氧化帶，塊狀硫化物的氧化鐵帽；其形狀如散砂，其厚度12米～24米，傾角85°。

特別是接近地表的礦體分化嚴(yán)重，部分礦體成砂狀且極易冒落。存在嚴(yán)重的安全隱患。因此，+500米以上的礦體必須重新選擇合適的采礦方法。

針對+500米以上的礦體松散如砂、極易冒落現(xiàn)象，根據(jù)該礦頂、底板為粉質(zhì)砂葉巖、白云巖，其圍巖整體性好、抗壓強(qiáng)度大的特點(diǎn)。+500米以上的采礦方法設(shè)計(jì)推薦無底柱水平深孔階段礦房采礦法，把階段運(yùn)輸巷布置在脈外的頂、底板圍巖內(nèi)。炮孔作業(yè)天井也布置在頂、底板圍巖之中。炮孔作業(yè)天井之間的間距，要從礦體厚度，炮孔作業(yè)天井硐室的布置，水平深孔鉆機(jī)的能力等參數(shù)來考慮。設(shè)計(jì)水平深孔長度不大于20米。炮孔作業(yè)天井距離可控制在20米～40米左右。在頂、底板圍巖布置的炮孔作業(yè)天井與礦體之間的間距為3米～5米。水平深孔的平面布置為扇形布置。最小抵抗線為4米。礦體厚度大于12米，采用頂、底板雙運(yùn)輸巷道布置。

上述采礦方法與省內(nèi)幾位資深采礦專家進(jìn)行了研究探討，認(rèn)為上述采礦方法比較接近該礦區(qū)+500米以上礦床賦存的實(shí)際情況及開采條件，設(shè)計(jì)確定；在+500米以上采礦推薦；無底柱水平深孔階段礦房法開采。階段運(yùn)輸平巷布置在脈外的頂、底板圍巖內(nèi)設(shè)置天井進(jìn)行礦體炮孔作業(yè)-采用無底柱水平深孔階段礦房法開采-蟹爪式扒巖機(jī)在底部石門出礦的采礦方法。在+500米以下根據(jù)礦體的風(fēng)化程度仍可采用淺孔留礦法開采。

三、采礦方法的內(nèi)容及步驟

1、該采礦方法的內(nèi)容

在礦體的頂板或地板，距頂板或地板3米～5米的巖體中設(shè)置天井，天井與天井之間的間距為20米～40米，人員在天井里由下而上向礦體進(jìn)行炮孔作業(yè)、裝藥、爆破等。當(dāng)?shù)V體爆落之后，由蟹爪式扒巖機(jī)在石門與礦脈底部連接處進(jìn)行扒礦作業(yè)。

2、該采礦方法的特點(diǎn)

1）在礦體極易冒落的條件下，人員無需在礦體中間、下面進(jìn)行作業(yè)，安全生產(chǎn)作業(yè)有保障。

2）不設(shè)置底柱、間柱，只需設(shè)置階段礦柱。

3、該采礦方法的注意事項(xiàng)

該采礦方法的底部出礦是在不設(shè)置底柱、間柱的情況下出礦的，因此礦體的傾角必須在80°以上。為了防止頂、底板冒落出礦后不能留有明顯的空間。出礦數(shù)量參考該礦體的松散系數(shù)，不能超過其松散系數(shù)的增加數(shù)量。

4、礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)

中段沿走向劃分為礦房。礦體中礦房長一般為50米。由于本礦礦體局部地段受條件限制，個(gè)別礦體礦房長度可略有增減。

+500米至露頭不設(shè)置頂柱，因?yàn)樵摰V體露頭；一是厚度大（12米～26米），二是傾角大85°，三是風(fēng)化嚴(yán)重已成砂狀且極易冒落。同時(shí)根據(jù)特殊采礦方法不需要設(shè)置底柱及間柱。

+500米與450米的階段礦柱的寬度，按礦體1.5倍的厚度作為礦柱的寬度。

5、采準(zhǔn)及切割

采切工程：由階段運(yùn)輸平巷（+500米巖石運(yùn)輸平巷）上掘石門、頂、底板內(nèi)采準(zhǔn)天井。石門（斷面2.2米×2米），天井（斷面2米×1.4米），沿+500米巖石運(yùn)輸平巷每隔25米～50米設(shè)置一個(gè)采準(zhǔn)天井、每隔10米～15米設(shè)置一個(gè)石門。礦體內(nèi)緊貼地板掘拉底平巷（斷面2米×2米）。礦體爆破崩落，便于蟹爪式扒巖機(jī)進(jìn)行出礦。

礦房采準(zhǔn)工程量見下表，采準(zhǔn)、切割工程量自然米為360米，體積1260立方米，

折合為標(biāo)準(zhǔn)米為300米。該礦塊可采礦量約45000噸，則萬噸采切比為66米。

6、鑿巖和爆破

礦塊采準(zhǔn)切割工作完成后，即可進(jìn)行回采作業(yè)，自采準(zhǔn)天井向上回采，回采使用Yz-90型鑿巖機(jī)鑿巖，水平，放射形或扇形傾斜炮孔，Q-100型裝藥器裝藥，孔徑50毫米～80毫米，孔深10米～25米，最小抵抗線2.1米～2.0米，孔底距2.1米～3.2米。裝藥長度為孔深的55%～65%。

爆破采用2號巖石炸藥，導(dǎo)爆管微差爆破系統(tǒng)，高聚能起爆器起爆。

7、裝礦及運(yùn)礦

主要通過蟹爪式扒巖機(jī)進(jìn)行出礦，把礦石放入0.55立方米翻斗式礦車（或手推車）。最后由PD500平硐出礦井。

8、采空區(qū)處理

礦房回采過程中一般不支護(hù)，當(dāng)爆落的礦體大回放結(jié)束時(shí)，利用已施工的頂、底板天井采準(zhǔn)系統(tǒng)，崩落頂、底板，消除地壓。

四、技術(shù)措施

1、無底柱水平深孔階段礦房法技術(shù)措施

1）為了防止頂、底板冒落出礦后不能留有明顯的空間。出礦數(shù)量參考該礦體的松散系數(shù)，不能超過其松散系數(shù)的增加數(shù)量。

2）當(dāng)爆落的礦體大回放結(jié)束時(shí)，要進(jìn)行強(qiáng)制放頂。

3）無底柱水平深孔階段礦房法在回采局部放礦及大回放時(shí)，出礦人員不允許進(jìn)入采場內(nèi)，只允許蟹爪式扒巖機(jī)機(jī)頭進(jìn)入采場內(nèi)進(jìn)行扒礦作業(yè)。

2、天井、溜井掘進(jìn)技術(shù)措施

1）每班作業(yè)前，先檢查通風(fēng)設(shè)施，進(jìn)行局部通風(fēng)，確認(rèn)安全后，方可進(jìn)入工作面。上、下人要先打招呼，限一人一梯行走。上、下拿工具、材料時(shí)要取得聯(lián)系、要穩(wěn)當(dāng)，嚴(yán)防墜落。

2）撐木間距不大于0.8米。撐木直徑不小于12厘米，要有撐木窩，深度視巖石硬度而定，但最淺不得小于4厘米。

3）人梯須有交錯(cuò)布置牢固可靠。

4）掘進(jìn)高度大于7米時(shí)，應(yīng)裝梯子間、碴子間等設(shè)施，梯子間和碴子間應(yīng)用隔板隔開，如無梯子間應(yīng)設(shè)上部有安全棚的梯子。撐木必須牢固，隔墻保持直線，裝訂嚴(yán)密。

3、地表塌陷技術(shù)措施

1）對采礦后地表塌陷區(qū)應(yīng)設(shè)置警示標(biāo)識，并對塌落物進(jìn)行降坡處理，防止二次滑坡。

2）對采礦后定期對地表塌陷區(qū)進(jìn)行觀測，如發(fā)現(xiàn)有塌陷的征兆時(shí)，應(yīng)進(jìn)行及時(shí)處理。

五 結(jié)語

對于厚度達(dá)20米以上、傾角在80都以上的淺部含銅黃鐵礦，熟稱含銅鐵帽采用無底柱水平深孔階段礦房采礦法進(jìn)行開采，從理論上解決了礦體松散如砂、極易冒落工人不能進(jìn)入工作面的采礦難題，為類似礦體的開采總結(jié)出一種較為成功的采礦方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》（GB16423-2006）

[2]《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）

[3]《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》（GB12719-91）

[4]《金屬非金屬地下礦山通風(fēng)技術(shù)規(guī)范》（AQ 2013.1-2008）