丁明福，周王貞

（1.安徽省銅陵縣牛山礦業(yè)有限責任公司，安徽銅陵244151；2.江蘇省南京明達礦業(yè)有限公司，南京210005）

無底柱分段崩落法在羊耳山鐵銅礦的應用

丁明福1，周王貞2

（1.安徽省銅陵縣牛山礦業(yè)有限責任公司，安徽銅陵244151；2.江蘇省南京明達礦業(yè)有限公司，南京210005）

為提高開采效率，降低生產(chǎn)成本，增加礦山經(jīng)濟效益，在詳細分析羊耳山鐵銅礦礦體開采技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，采用無底柱分段崩落法作為其礦體開采的主要方法。詳細論述了該采礦方法適用性、回采工藝參數(shù)及現(xiàn)場管理相關(guān)經(jīng)驗。通過實踐證明，在羊耳山鐵銅礦礦體開采中，無底柱分段崩落法在技術(shù)上是可行的，在經(jīng)濟上是合理的。

無底柱分段崩落法；賦存特征；結(jié)構(gòu)參數(shù)；采礦工藝；經(jīng)濟效益

自20世紀60年代我國引入無底柱分段崩落法以來，因其開采強度大、機械化程度高、作業(yè)效率大、生產(chǎn)成本低、安全系數(shù)高、采礦方法簡單、對礦體形態(tài)適應性強等優(yōu)勢，在我國金屬礦山得到了大范圍推廣，尤其在鐵礦山的應用更加廣泛，我國70%的地下鐵礦山采用無底柱分段崩落法采礦［1－3］。

無底柱分段崩落法一般是在地表允許陷落的前提下使用，在每個分段的下部布置出礦巷道，鑿巖、爆破、松散覆蓋巖層下出礦等工作均在回采巷道中進行［4］。國內(nèi)外的專家、學者對該方法進行了大量的研究，尤其在崩落礦巖的移動規(guī)律、爆破參數(shù)、回采工藝、結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化等方面［5］，取得了不少成果。這些成果應用于礦山開采中，為礦山企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益。羊耳山鐵銅礦為提高采礦效率和資源回收率，降低生產(chǎn)成本，根據(jù)礦山現(xiàn)狀采用無底柱分段崩落法進行回采，取得了良好的效果。

1 礦山概述

銅陵羊耳山鐵銅礦采用下盤豎井開拓法，通風方式為單翼對角式。羊耳山鐵銅礦礦體為隱伏硅卡巖型礦床，礦體主要賦存于石炭系上統(tǒng)船山組及二疊系下統(tǒng)棲霞組和茅口組層位中。礦床由七個礦體組成，其中①號礦體為主礦體，呈層狀，沿走向長400m，傾向最大延伸495m，最厚處46.87m。礦體走向49°，傾向319°，傾角30°～70°，往深部傾角變陡。礦體埋藏標高＋25～－250m，距地表深度80～350m。①號礦體賦存于石炭系上統(tǒng)船山組中，共分為三層，其頂、底板多為硅卡巖或硅卡巖化灰?guī)r，局部為頁巖。硅卡巖成分以透閃石、陽起石及黑柱石為主，含少量硅質(zhì)及碳酸巖成分。

礦巖大部分穩(wěn)固，巷道一般不需要支護，局部和近地表處節(jié)理發(fā)育，穩(wěn)固性差，巷道需要支護，礦巖f＝6～10，均屬中等穩(wěn)固，能自行崩落。礦區(qū)自然排水條件較好，地下水富水性中等，補給條件一般，因此礦區(qū)為水文地質(zhì)條件中等的礦床。

2 無底柱分段崩落法的回采試驗

無底柱分段崩落法對礦體形態(tài)有良好的適應性，總體來說適用于急傾斜的厚礦體或緩傾斜、極厚、礦石中等以上穩(wěn)固、回采巷道不需要大量支護、下盤圍巖中等穩(wěn)固以上的礦體。羊耳山鐵銅礦屬于傾斜—急傾斜厚大礦體，礦巖穩(wěn)固性良好，因此采用無底柱分段崩落法具有明顯的優(yōu)勢，為解決礦山采礦效率低下、降低生產(chǎn)成本提供了新途徑。羊耳山鐵銅礦無底柱分段崩落法采礦方案圖見圖1。

圖1 無底柱分段崩落法方案圖Fig.1 Plan diagram of sublevel caving without sill pillar

每個中段布置階段運輸平巷（如圖1、2所示），根據(jù)工藝需要將階段劃分多個分段。每個分段之間的回采順序是自上而下，爆破回采的礦石由溜井下放到本中段的階段運輸平巷，最后通過礦車等設(shè)備將礦石運走［6］。

為方便同分段設(shè)備的運行與人員的聯(lián)系，在每個分段布置運輸聯(lián)絡(luò)道（圖1中6所示），并在分段運輸聯(lián)絡(luò)道與設(shè)備井之間掘進聯(lián)絡(luò)道以方便設(shè)備、人員、材料進入采場。礦石回采是在回采巷道中進行，由聯(lián)絡(luò)道每隔一定距離掘進回采巷道，上下分段回采巷道的布置格局為菱形，交錯布置。為了在回采爆破時提供自由面，需要開掘切割槽，切割槽的形成是在回采巷道的末端沿礦體走向掘進切割平巷，并在切割平巷中每隔回采巷道的間隔距離掘進切割天井［7－8］?；夭蓵r，采用鑿巖臺車在回采巷道中鉆鑿上向扇形孔，為了避免出礦和鑿巖等工序之間的干擾，需要一次性鉆鑿完所有炮孔再進行爆破作業(yè)。爆破完成后，在回采巷道中使用裝巖機將礦石運至附近溜井。由于無底柱分段崩落法的局限性，回采巷道的端部會被礦石封堵，為加強通風，改善工人勞作環(huán)境，需要在回采巷道中安設(shè)局扇。

2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)與采準巷道布置

羊耳山鐵銅礦無底柱分段崩落法采礦工藝將礦塊沿走向布置，礦房長度為40m，寬度為礦體厚度。階段高度的確定需要綜合考慮，階段高度愈大，其開拓和采準的工程量就會小，但設(shè)備井、溜井和通風井的長度也會增大，掘進難度增大。經(jīng)研究分析確定階段高度為50m，分段高度為10m。

階段運輸沿脈平巷、天井、溜井、設(shè)備井布置在下盤圍巖中。沿礦體走向每200m布置設(shè)備天井和人行天井各一條。每分段在下盤沿走向布置一條運輸聯(lián)絡(luò)巷道。天井和放礦溜井均與運輸聯(lián)絡(luò)巷道相通。切割巷道沿上盤礦巖接觸線布置，并每隔40 m掘進一條切割天井。

回采巷道間距對礦石的損失貧化及采準工作量有較大影響，根據(jù)充分回收礦石的要求，確定其間距為10m?；夭上锏赖臄嗝娉叽缛Q于回采設(shè)備的尺寸，羊耳山鐵銅礦采用東風－2型電動裝巖機，回采巷道的尺寸設(shè)計為2.8m×3m，上下分段的回采巷道保持交錯布置，使回采巷道間分布成菱形，以便將上分段回采巷道間的脊部殘礦石盡量回收。而同一分段內(nèi)的回采巷道平行布置。

溜井的間距主要根據(jù)裝運設(shè)備的類型而定，羊耳山鐵銅礦采用東風－2型電動裝巖機，確定溜井的間距為40m。如果需要分級或者剔除礦石中夾石時可在適當位置增設(shè)溜井。

2.2 采準切割

為了在回采爆破時提供自由面以及爆破補償空間，需要在回采巷道的末端開掘切割槽，羊耳山鐵銅礦切割工作采用切割平巷和切割天井聯(lián)合拉槽法，該拉槽法是在回采巷道的末端沿礦體上盤邊界掘進切割平巷，并在切割平巷中每隔回采巷道的間隔距離掘進切割天井，以切割天井為自由面，兩側(cè)逐排爆破炮孔形成切割槽。這種拉槽法比較簡單，切割槽質(zhì)量容易保證。具體見圖2。

圖2 切割平巷和切割天井聯(lián)合拉槽法Fig.2 Joint groove method by cutting roadway and cutting patio

2.3 回采工作

羊耳山鐵銅礦回采由上向下按分段順序進行，由上盤向下盤按步距退采。同時作業(yè)的分段3～5個，其中回采分段1～2個，鑿巖分段1個，采準分段1～2個。每年同時生產(chǎn)的礦塊數(shù)8～10個。

回采工作主要包括落礦、出礦、通風。

礦山鑿巖采用CZZ－700型采礦鉆車配YG－80和YGZ－90重型鑿巖機鉆鑿上向扇形中深孔。為延遲上部廢石細塊提前滲入，炮孔扇面采用前傾布置，排面前傾80°；合適的邊孔角以放礦漏斗邊壁角為限，根據(jù)多年的工業(yè)試驗探索，邊孔角定為45°為宜。鑿巖機鉆頭直徑為51mm，最小抵抗線為1.5 m，孔底距等于最小抵抗線的1.0～1.2倍，每排9～10個炮孔，總孔深76～81m，平均孔深8.2m。

無底柱分段崩落法的工藝特點決定了其爆破補償空間狹小的特性，屬于擠壓爆破的范疇。然而爆破塊度對礦山企業(yè)的生產(chǎn)有著重要的影響，它與裝運設(shè)備的效率以及二次破碎工作量有著緊密的關(guān)系。提高爆破效果的措施有多種，為了充分利用炮孔，提高爆破質(zhì)量，可采用提高炮孔裝藥密度的方法，使用裝藥器是提高裝藥密度的有效措施［9］。羊耳山鐵銅礦采用ANOL－150型氣動裝藥器及抗靜電聚乙烯輸藥管裝藥。裝藥時，在2＃巖石炸藥中拌以2%的柴油，以減少返粉。每米炮孔崩礦量6.3～6.6t，每排炮孔崩礦量506t。炮孔裝藥密度0.93 g/cm3。每次爆破一排炮孔，用導爆索及導爆管起爆。

爆破完成后，在松散覆蓋巖層下采用東風－2型電動裝巖機將回采巷道端部的礦石運至溜井進行卸礦。每個礦塊配備一臺，平均運距40～60m，平均臺班效率達90t左右。在出礦過程中要對出礦進行嚴格管理，以便獲得較優(yōu)的損失貧化指標。羊耳山鐵銅礦的礦石損失貧化管理由地質(zhì)人員、采礦隊和出礦工人共同負責，當?shù)V堆中廢石的混入量占50%以上時，即停止出礦。

無底柱分段崩落法回采工作面為獨頭巷道，無法形成貫穿風流，風路復雜，風流調(diào)節(jié)困難?；夭晒ぷ髅鎿?jù)通風需要在適當?shù)攸c設(shè)局扇和輔扇進行多級通風。新鮮風從入風井經(jīng)石門、平巷、天井進入采場，污風由分段回采巷道經(jīng)脈外回風井進入階段回風平巷、石門，再從出風井排出。

2.4 覆蓋層及地壓管理

為了形成無底柱分段崩落法正?；夭蓷l件和防止圍巖大量崩落而造成安全事故，必須將巖石層覆蓋在崩落礦石層上［10］。羊耳山鐵銅礦采用邊回采邊放頂，靠人工強制崩落圍巖形成覆蓋巖層，必要時還運用預留崩落礦石作為覆蓋層的過渡手段，待頂板圍巖崩落后或者開采結(jié)束時再放出覆蓋礦石層。覆蓋層厚度一般為15～20m。隨著開采深度的增加，使大部分采區(qū)強制形成足夠厚的廢石覆蓋層。

2.5 技術(shù)經(jīng)濟指標

羊耳山鐵銅礦無底柱分段崩落法的主要技術(shù)經(jīng)濟指標見表1。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟指標表Table 1 Maintechnical－economic indicators

3 無底柱分段崩落法應用評價

羊耳山鐵銅礦礦體由于走向不長，礦塊布置數(shù)量有限，要達到年生產(chǎn)能力20萬t，必須要采用高效率的采礦工藝。無底柱分段崩落法配備機械化設(shè)備為企業(yè)規(guī)?；l(fā)展創(chuàng)造了有利條件，機械化設(shè)備的應用使工人的勞動強度降低，礦山勞動生產(chǎn)率大幅提高，經(jīng)濟效益大幅提升?；夭勺鳂I(yè)均在回采巷道內(nèi)，暴露面積小，頂板穩(wěn)定性好，安全系數(shù)高。

無底柱分段崩落法已經(jīng)全面應用在羊耳山鐵銅礦－50m路段生產(chǎn)作業(yè)過程中。經(jīng)實踐證明，無底柱分段崩落法的采礦工藝在羊耳山鐵銅礦的應用技術(shù)上是可行的、經(jīng)濟上是合理的、安全上是有保障的。它的回采率為80%～85%，貧化率約為15%，單班礦塊生產(chǎn)能力為180～250t，經(jīng)濟技術(shù)指標明顯。

無底柱分段崩落法在回采中還應該注意幾個問題：1）由于是獨頭作業(yè)，應加強通風管理，確保新鮮風量供給。2）若礦石不穩(wěn)固，回采巷道維護困難，要注意回采安全崩距。3）傾角小和礦體薄，礦石損失貧化將增大，注意控制礦石的貧化損失。

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Application of sublevel caving without sill pillar in Yang’ershan Fe－Cu Mine

DING Mingfu1，ZHOU Wangzhen2
（1.Tongling Niushan Mining Co.，Ltd.，Anhui Province，Tongling Anhui 244151，China；2.Nanjing Mingda Mining Co.，Ltd.，Nanjing 210005，China）

In order to improve mining efficiency，reduce production costs and increase economic benefits，based on a detailed analysis of mining conditions in Yang’ershan Fe－Cu Mine，sublevel caving without sill pillar method is adopted as the main method.This paper discusses the applicability of this mining method，mining processing parameters and site management experience.Practice has proved that sublevel caving without sill pillar method used in Yang’ershan Fe－Cu Mine is technically feasible and economically reasonable.

sublevel caving without sill pillar；occurrence characteristics；structural parameters；mining technology；economic benefit

TD853.36

A

1671－4172（2015）05－0014－03

丁明福（1973－），男，工程師，采礦工程專業(yè)。

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.05.004