吳集鐵礦-200 m中段礦柱安全回采試驗*

劉慶喜 朱國濤 曹 勇

(五礦邯邢礦業(yè)安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司)

吳集鐵礦-200 m中段礦柱安全回采試驗*

劉慶喜 朱國濤 曹 勇

(五礦邯邢礦業(yè)安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司)

吳集鐵礦-200 m中段以上一步驟采場基本回采完畢，正在進行充填，為了保證生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)銜接和積累二步驟礦柱回采經(jīng)驗，急需開展-200 m中段礦柱回采試驗。結(jié)合賦存條件、礦柱特征，采用分段鑿巖階段空場嗣后充填法，順利實現(xiàn)安全高效回采，為其他中段礦柱回采提供技術(shù)參考。

礦柱回采 分段鑿巖階段空場嗣后充填法 充填體強度

吳集鐵礦(北段)礦體為大型隱伏沉積礦床，主礦體為Fe2，其余為零星小礦體，南起16線，北至48線，沿走向南北長3 000多m，東西寬150～300 m，礦體一般厚25～50 m，上覆巖體為160 m左右第四系，其中第四系流沙層含有豐富裂隙承壓水，礦區(qū)地表為農(nóng)田、村莊、溝渠、河流等，由于礦山開采不允許地表塌陷和移動，因此，采用階段空場充填采礦方法。-200 m中段礦體為豎井開拓，設計采礦生產(chǎn)能力為99萬/a，采用分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法，將礦塊劃分為礦房、礦柱，中間不留間柱，分兩步驟回采，先采礦房，充填后再采礦柱。采用分段鑿巖全階段一次爆破，采場回采結(jié)束后，全階段一次充填。開采礦體為-150～-200 m中段礦體，采場階段高度為50 m，寬16～20 m，25～30 m，由于-150 m 中段采用淺孔留礦階段空場嗣后充填采礦法，-200與-150 m中段礦房、礦柱相對應，造成-200 m 中段礦房、礦柱劃分不等，采場長為礦體水平厚度(35～40 m)，在-150～-200 m中段留4 m厚的頂柱，即-200 m中段采場從-193m水平采至-154 m水平，采高為39 m。-150 m中段為充填回風水平,-163，-183 m為鑿巖水平,-193 m水平為塹溝底部結(jié)構(gòu),-200 m水平為有軌運輸水平。

1 礦柱回采要求

1.1 回采原則

(1)地表不允許塌陷，需要保護，同時礦體上覆厚大第四系含有流砂層，開采頂板不允許有較大的變形或垮塌。

(2)礦柱回采方法安全可靠，工藝簡單，爆破震動小，對充填體破壞小。

(3)充分利用已有設備、工程，新增工程量少，投資最低。

(4)礦柱礦量一般占礦塊的20%～50%，除永久損失外，應盡量及時回采，延長礦山服務年限，增加經(jīng)濟和社會效益[1]。

1.2 一步驟采場充填體強度要求

-200 m中段礦柱比較適宜采用充填法。而二步驟礦柱回采只能靠一步驟采場充填體、采場頂?shù)装搴蜕舷卤P圍巖支撐，一步驟采場充填體強度大小及穩(wěn)定性直接影響二步驟礦柱安全高效回采。

根據(jù)國內(nèi)外充填體強度研究成果和設計經(jīng)驗，通常只要求充填體能夠自立即可。充填體強度關(guān)系到礦山開采安全和充填成本，為了選擇合適充填體強度，采用常見的Thomas計算法、蔡嗣經(jīng)經(jīng)驗公式法和巖石力學覆巖承重計算法等[2]。

根據(jù)回采工藝和采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，Thomas計算法計算礦山開采所需要充填體強度值為0.25～0.41 MPa；蔡嗣經(jīng)經(jīng)驗公式法計算礦山開采所需要充填體強度值為0.5 MPa；巖石力學覆巖承重計算法計算礦山開采所需要充填體強度值為0.63～0.65 MPa，為了保證礦柱回采充填體的穩(wěn)定以及爆破影響，充填體強度設計安全系數(shù)取2.0。綜合上述分析，充填體強度設計值為0.5～1.3 MPa。但是充填體所需要的強度與其所處的應力環(huán)境有關(guān)，考慮相鄰中段充填體之間的應力傳遞，此時，維系充填體穩(wěn)定需要的強度必有較大幅度提高，根據(jù)長沙礦山研究院對李樓-吳集鐵礦井下大型采場開采過程中穩(wěn)定性參數(shù)研究成果，綜合以上因素，充填體設計強度合理值確定為2 MPa，即充填灰砂比為(1∶4)～(1∶8)，二步驟礦柱就能夠滿足安全回采技術(shù)要求。

二步驟采場礦柱兩側(cè)B10和B14采場充填灰砂比為(1∶4)～(1∶8)，B10采場充填體28 d平均抗壓強度值為1.51～2.99 MPa，60 d平均抗壓強度值為1.75～3.43 MPa，充填體取芯測試平均抗壓強度值3.21～4.80 MPa；B14采場充填體28 d 平均抗壓強度值為1.26～2.40 MPa，60 d平均抗壓強度值為1.49～2.63 MPa，充填體取芯測試平均抗壓強度值為2.19～5.24 MPa。

綜上所述，實際充填體壓力測試強度值遠超過設計強度指標，二步驟礦柱可以安全回采。

2 回采方法選擇

-200 m中段一步驟礦房采用分段鑿巖階段空場嗣后充填法，-193 m水平集中出礦，采用雙側(cè)出礦平底塹溝結(jié)構(gòu)，其他水平布置鑿巖巷。結(jié)合現(xiàn)有工程、已有設備、礦柱特征等綜合因素考慮，確定-200 m 中段二步驟礦柱宜采用分段鑿巖階段空場嗣后充填法，采場結(jié)構(gòu)參數(shù)與一步驟采場相同，但二步驟采場兩側(cè)是充填體，為了確?；夭砂踩裱羧梢坏脑瓌t回采，采礦方法示意見圖1。

圖1 -200 m中段礦柱采礦方法示意

3 礦柱回采試驗

3.1 試驗采場概況及結(jié)構(gòu)參數(shù)

本次選擇-200 m中段B12采場為二步驟試驗采場，B12采場兩側(cè)為B10、B14采場的充填體，采場寬20 m，高43 m，下部為7 m底柱，上部為4 m頂柱，頂柱上部為-150 m中段B8和B6采場之間的12 m間柱及B6采場的充填體。礦體呈似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀較陡，傾角為71°～87°，向西傾斜。礦體在-193 m水平厚度為33 m，在-150 m水平厚度為47 m，平均厚41 m，平均品位為27.76%。采用平行剖面法計算，-193～-150 m水平總礦量為9.2萬t，金屬量為25 539.2 t，其中采場頂板留4 m頂柱，礦量為1.29萬t，底部結(jié)構(gòu)礦量為1.37萬t，合計2.66萬t，金屬量為7 384.16 t，頂柱和底部結(jié)構(gòu)礦量占采場總礦量的28.92%。

3.2 采切工程布置

-200 m中段礦柱主要采準工程包括高、低溜井，進回風井，-193 m水平為出礦水平，采用平底溝出礦結(jié)構(gòu)，包括出礦進路、出礦橫巷、受礦巷、下盤沿脈巷，以及其他分段下盤沿脈巷、鑿巖巷、切割巷、切割井、回風巷等工程[3]，大部分工程在一步驟礦房回采已經(jīng)形成，二步驟礦柱回采需要施工-193 m水平平底塹溝出礦結(jié)構(gòu)的受礦巷、出礦進路、分段鑿巖巷、切割巷、切割井。

3.3 回采工作

二步驟礦柱回采的關(guān)鍵是對一步驟充填體礦柱保護，減少充填體垮塌和混入，控制采場大塊率。因而合理確定爆破參數(shù)、礦柱回采護壁留取厚度起到至關(guān)作用。采用正交試驗法對影響二步驟回采效果和充填體穩(wěn)定的主要因素進行了現(xiàn)場工業(yè)試驗。

在分段鑿巖進路內(nèi)，利用YGZ-90型鑿巖機配φ60 mm鉆頭鑿垂直上向扇形炮孔，孔網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化為排距1.5 m，孔底距1.7～2.5 m，邊孔角40°～50°，上下分段孔間距0.5 m。炮孔孔底至充填體之間預留0.5～1.5 m間柱，根據(jù)試驗要求,每個分段需試驗爆破27排。

采用BQF-100型裝藥器裝藥，粒狀粘性乳化銨油炸藥，起爆裝置放入孔底，孔口不裝藥，炮泥堵塞。采用非電雷管排間微差爆破，自-163 m分段切割橫巷開始，以切割天井為自由面擴槽爆破，切割槽形成后再爆破鑿巖進路。整個采場應遵循自上而下的爆破順序，上分段進路爆破應超前下分段。崩礦步距為2～3排，即3 m，必要時可為4～5排。炮孔崩礦量為6～7 t/m，采場崩礦量1 100 t/次，炸藥單耗為0.32 kg/t，采場大塊率為5.6%。B12采場爆破參數(shù)通過正交試驗法優(yōu)化，孔徑為60 mm，排距為1.5 m，孔底距為2.3 m，炮孔至充填體間距為0.5～0.7 m，一次崩礦2排。采場采用2 m3電鏟出礦，單班效率可以達到200 t/臺班，采場綜合生產(chǎn)能力為328 t/d。

3.4 充填工作

充填工程布置在-150 m中段水平，由-150 m中段至上盤巷經(jīng)充填聯(lián)巷通過充填井進入B12采場的空場。由于二步驟采場兩側(cè)都為充填體，為保證充填聯(lián)巷和充填鉆孔施工安全，必須在B12采場回采爆破前，提前施工完充填聯(lián)巷和充填井[4]。二步驟采場充填體所需要的強度理論上比一步驟強度低，灰砂比可以較小，一般采用低強度的膠結(jié)充填體即可，要求充填體28 d強度不小于0.8 MPa，即充填料配比為(1∶10)～(1∶12)。

采場礦石出完后，對進路、各分層鑿巖巷澆筑堵墻封堵，雙層鋼筋澆筑混凝土，厚500 mm，擋墻位置需距采空區(qū)邊界4 m以上，充填擋墻預留一口，方便對擋墻內(nèi)側(cè)素噴50 m密封，擋墻底部每上1 m布置2個臨時脫水管兼觀察管，在采場內(nèi)敷設2條適當直徑的波紋脫水塑料管排水。在采場頂部進行多點下料充填，保證充填料充分接頂。充填作業(yè)開始階段，一次充填高度控制在1.3 m以內(nèi)，保證充填擋墻的穩(wěn)定，待充填體凝固后，方可繼續(xù)充填。充填面超過充填擋墻最高點后，一次充填高度在2 m以內(nèi)，但以充填體表面無積水為原則。

3.5 試驗結(jié)果

首次爆破試驗取得較好效果，采場爆堆基本沒有大塊，充填體基本沒有垮塌和混入，從而提高出礦效率，降低采礦成本，達到預期目標。證明分段鑿巖階段空場嗣后充填法實現(xiàn)吳集鐵礦-200 m中段礦柱安全高效回采。

4 結(jié) 語

(1)B12采場回采過程中，未出現(xiàn)充填體大面積垮塌，護壁比較完整，礦柱回采參數(shù)合理可行，達到預期效果。B12采場地質(zhì)礦量7.91萬t，底柱礦量1.32萬t，順利采出礦石5.64萬t，礦石回采率為71.3%，貧化率為6.09%。分段鑿巖階段空場嗣后充填法在吳集鐵礦-200 m中段礦柱回采試驗獲得成功。

(2)B12采場回采結(jié)束已超過9個月，未發(fā)現(xiàn)采場兩側(cè)充填體及圍巖大面積冒落和垮塌。通過采場采空區(qū)三維激光掃描，2014年6月—2015年3月，空場體積增大800 m3，基本沒有太大的變化。

(3)吳集鐵礦-200 m中段B12采場試驗獲得成功，為-400 m中段大結(jié)構(gòu)采場二步驟礦柱回采提供了強有力的技術(shù)和經(jīng)驗支撐。

[1] 汪旭光．爆破設計與施工[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2013．

[2] 于亞倫．工程爆破理論與技術(shù)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2004．

[3] 劉殿中．工程爆破實用手冊[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1999.

[4] 朱紅兵．空氣間隔裝藥爆破機理及應用研究[D]．武漢：武漢大學，2006．

[5] 張志呈，王成端．裝藥結(jié)構(gòu)影響爆破效果的試驗分析[J]．爆破，1991,8(2):1-4.

Safety Stoping Test of the Pillar of -200 m Section in Wuji Iron Mine

Liu Qingxi Zhu Guotao Cao Yong

(Anhui Mining Development Branch, Minmetals HanXing Mining Co. ,Ltd.)

The first step stope above the -200 m section in Wuji iron was finished basically, the filling work is conducted now. In order to ensure the production stable and accumulate the stoping experience of the second step pillar, it is necessary to conduct the stoping test of -200 m section pillar. Combing with the occurrence conditions and pillar characteristics, the sublevel drilling open stoping in stage with subsequent filling method is adopted, therefore, the object of safety mining with high efficiency is realized, it can provide technical reference for stoping the other section pillars.

Pillar stoping, Sublevel drilling open stoping in stage with subsequent filling method, Strength of filling body

“十二五”國家科技支撐計劃項目(編號:2013BAB02B04)。

2015-08-05)

劉慶喜(1972—)，男，助理工程師，237262 安徽省六安市。