礦巖穩(wěn)定性對緩傾斜中厚礦體采礦方法選擇的影響

趙興寬，郭 蕊

(中色非洲礦業(yè)有限公司， 北京 100083)

礦巖穩(wěn)定性對緩傾斜中厚礦體采礦方法選擇的影響

趙興寬，郭 蕊

(中色非洲礦業(yè)有限公司， 北京 100083)

緩傾斜中厚礦體是采礦界公認的難采礦體，如何減少采切工程量、簡化回采工序、提高機械化回采強度，從而提高生產(chǎn)能力和降低生產(chǎn)成本一直是緩傾斜中厚礦體開采的重要研究方向。通過對比分條連續(xù)回采充填法和盤區(qū)連續(xù)回采充填法2種采礦方法，說明不同的礦巖穩(wěn)定性對于采礦方法選取的重要作用。在礦巖穩(wěn)定性較好的情況下，選擇盤區(qū)連續(xù)回采充填法，通過劃分“大盤區(qū)、小分段”，盡可能將采切工程布置在脈內(nèi)，可以大量減少采切工程量，顯著提高生產(chǎn)能力。

緩傾斜中厚礦體；分條連續(xù)回采；盤區(qū)連續(xù)回采；充填法

1 概 述

緩傾斜中厚礦體一般指厚度為5～20m，傾角為5～30°的礦體，是采礦界公認的難采礦體[1]，至今仍存在大量未解決的理論和技術(shù)難題[2]。主要表現(xiàn)在:礦體傾角緩，礦石無法自溜，需要采用機械搬運或人工扒運；采場空頂高度較高，頂板管理困難[3]；采準工程量大，采切比高，導(dǎo)致生產(chǎn)能力較小，開采成本較高。此外，該類礦體的礦巖穩(wěn)固性、礦石價值、礦體尺寸和傾角大小，直接關(guān)系生產(chǎn)安全性、開采強度、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率及礦石的貧損指標及采準工程量大小[4]。

2 謙比希銅礦東南礦體介紹

謙比希銅礦東南礦區(qū)位于非洲贊比亞銅帶省，東南礦區(qū)主要開采的N1礦體，該礦體賦存在一套淺變質(zhì)的泥質(zhì)、砂質(zhì)板巖中，呈層狀產(chǎn)出，礦體與圍巖一起經(jīng)受褶皺作用，總體走向北西，基本與褶皺構(gòu)造軸向一致，傾向北東。N1礦體沿走向長2700m，沿傾向?qū)?69～1237m，礦體沿走向、傾向延伸較穩(wěn)定。在水平方向上，礦體平面投影形態(tài)呈不規(guī)則條帶狀連續(xù)分布，在垂直方向上，礦體形態(tài)呈層狀，礦體埋深506～1067m，傾角5°～20°，見圖1。礦體平均厚度9.63m，TCu平均品位2.31%，Co平均品位0.117%。礦石為單一硫化礦類型，屬原生礦。

礦體上盤圍巖主要為一套以泥質(zhì)石英巖為主夾少量泥質(zhì)巖的淺變質(zhì)巖層，巖石結(jié)構(gòu)較致密、堅硬、穩(wěn)定、完整。礦體下盤圍巖為礫巖和石英巖，下盤巖石均堅硬、穩(wěn)定、完整。礦石硬度系數(shù):f＝6～8，圍巖硬度系數(shù):f＝10～12。礦體本身穩(wěn)固性中等。

東南礦區(qū)N1礦體目前正處于基建階段，設(shè)計生產(chǎn)能力為10000 t/d，礦山預(yù)計2017年底建成投產(chǎn)。

針對該礦體的賦存條件，正在進行采礦方法研究，目前暫定的2種采礦方法為分條連續(xù)回采充填法和盤區(qū)連續(xù)回采充填法。下面就這2種采礦方法的回采工藝分別進行簡述和對比。

3 分條連續(xù)回采充填法

3.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

采場沿走向布置，采場長度60m，階段高度100m，各階段沿傾向方向劃分分段，分段高度12m，若礦體傾角為15°，則一個分段可劃分為4個分條進行回采，分條寬度為12m(見圖2)。采場之間沿走向預(yù)留間柱，不留傾向間柱。為了提高礦塊利用率，在礦體傾向上采用“階梯交替”自下而上間隔回采的方式。在實際生產(chǎn)中，可根據(jù)礦體傾角變化情況調(diào)整分段高度、分條寬度及數(shù)量。

3.2 采準切割工程布置

沿盤區(qū)礦體下盤施工脈外斜坡道，在斜坡道上每隔12m高沿走向施工一條分段平巷，從分段平巷向采場兩側(cè)分別施工采場聯(lián)絡(luò)道和充填平巷。每條采場聯(lián)絡(luò)道和充填平巷服務(wù)相鄰2個采場，其中本中段的充填巷道作為下分段的頂部充填巷道使用。沿礦體下盤布置沿脈鑿巖巷道，鑿巖巷道之間施工出礦進路，采場中間施工切割天井(見圖3)。采場

回采完畢及時充填，防止采場回采結(jié)束后采空區(qū)大面積冒落。

圖1 N1礦體形態(tài)及東南礦體開拓系統(tǒng)

圖2 分條連續(xù)回采充填法

圖3 分條連續(xù)回采充填法三維視圖

3.3 鑿巖爆破

以采場中央切割天井為自由面爆破形成切割槽，施工上向扇形中深孔，以切割槽為自由面，實行分排多次爆破。

3.4 采場通風

新鮮風流從脈外斜坡道進入分段平巷，經(jīng)采場聯(lián)絡(luò)道進入采場，清洗完工作面后污風回至上分段充填回風平巷，經(jīng)上分段平巷排至回風井。

3.5 采場出礦及充填

出礦選用4m3鏟運機，從出礦進路口進行裝礦，通過采場聯(lián)絡(luò)道，分段運輸巷道運至分段溜井。對于采場中遺留殘礦可考慮采用遙控鏟運機清理，避免人員直接進入采場作業(yè)。

采場每一步驟回采完畢應(yīng)及時充填，充填管路從頂部充填巷道引入采場，在出礦進路、受礦鑿巖巷道端部設(shè)置擋墻，防止跑砂，采空區(qū)全部采用灰砂比為1∶20的膠結(jié)充填，自立性可滿足生產(chǎn)要求，這樣實現(xiàn)了礦體回收最大化，但膠結(jié)充填成本相對較高。

4 盤區(qū)連續(xù)回采充填法

4.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

沿走向布置礦房，在不加大礦房跨度的前提下增加了礦房數(shù)量，對提高采區(qū)生產(chǎn)能力是十分有利的。為此對緩傾斜中厚礦體提出了“大盤區(qū)、小分段”的設(shè)計理念，具體而言，盤區(qū)長度在500～800m，中段高度為80～100m，分段高度為12～16m。

4.2 采準工程布置

針對N1礦體而言，在盤區(qū)中央位置布置一條脈外折返式采準斜坡道連接上下2個中段，在采準斜坡道每隔16m垂高開口施工分段聯(lián)絡(luò)道與脈內(nèi)分段平巷連接，分段平巷長度為120m左右，然后根據(jù)礦體傾角，分別在該分段平巷的兩端按10%～15%坡度施工沿脈偽傾斜上山至盤區(qū)邊界。在偽傾斜上山每隔8m垂高往兩側(cè)開口施工脈內(nèi)鑿巖巷道，最終形成寬度16m，高度為礦體鉛垂厚度，長度為60m的采場(見圖4)。

分段礦石溜井布置在分段平巷端部一側(cè)，充填回風巷位于盤區(qū)端部服務(wù)于相鄰盤區(qū)。

圖4 盤區(qū)連續(xù)回采充填法

4.3 爆破及出礦

采場端部拉槽后，采用扇形中深孔分排后退式爆破，鏟運機直接進入采場出礦，當出礦點到礦石溜井的距離大于鏟運機合理運距150m時，采用鏟運機倒卡車的運輸方式，否則鏟運機出礦直接倒溜井即可。礦石在中段底部再次轉(zhuǎn)運至主礦石溜井。

4.4 采場通風

新鮮風流從盤區(qū)采準斜坡道進入分段平巷，再通過偽傾斜上山，采場聯(lián)絡(luò)道進入采場，清洗工作面后，污風通過端部的充填回風井排至上中段充填回風平巷。

4.5 充 填

整體而言，盤區(qū)回采和充填順序都是自下而上的，首先封閉采場聯(lián)絡(luò)道，通過敷設(shè)在上部充填回風平巷和充填回風井的管路將充填料輸送至采場，由于沿著礦體的傾向進行充填，因此通過重力的作用，充填料能較好地流動，有利于充填密實和接頂，從而提高充填強度。

5 采礦方法對比

5.1 分條連續(xù)回采充填法優(yōu)缺點

該方法的優(yōu)點是爆破后形成塹溝底部結(jié)構(gòu)，進路出礦，出礦效率高，作業(yè)安全。采場間不留傾向礦柱，采場采用膠結(jié)充填，可最大程度的回收走向間柱，礦石損失率小，并實現(xiàn)了采場的連續(xù)回采和充填。

由于分條連續(xù)回采充填法絕大部分采切工程均布置在圍巖內(nèi)，造成副產(chǎn)礦石量少。且該方法采準工程量大，采場形成所需時間長，難以保證三級礦量的平衡。

5.2 盤區(qū)連續(xù)回采充填法優(yōu)缺點

該方法的優(yōu)點是采準工程量少，采切比低，形成采場所需時間短，盤區(qū)采準一旦形成，可同時生產(chǎn)采場數(shù)量多，生產(chǎn)能力大[5]。另外，除盤區(qū)采準斜坡道和溜井外，其余采準工程均布置在脈內(nèi)，副產(chǎn)礦量多，礦山容易達產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。

但該采礦方法能否順利實現(xiàn)的關(guān)鍵取決于礦體的穩(wěn)定性。礦體穩(wěn)定性對該采礦方法的影響主要表現(xiàn)在2方面[6]，首先該采礦方法絕大部分采準工程均布置在脈內(nèi)且服務(wù)時間較長，如分段平巷及偽傾斜上山服務(wù)于一個分段的生產(chǎn)；其次，鏟運機直接進入采場空區(qū)出礦，采場空區(qū)最大暴露空間可達近1000m2，如采用傳統(tǒng)人員操縱鏟運機進入礦區(qū)，將存在較大安全風險。對此，可采用視頻控制遙控鏟運機進入采場出礦，人員在安全區(qū)域進行操作，可以從根本上保證操作人員的安全[7]。

因此，如果礦體及圍巖的穩(wěn)定性差，將不能保證各脈內(nèi)采準工程在服務(wù)期內(nèi)的安全性，即使采用遙控鏟運機，鏟運機本身也將面臨巨大風險，該采礦方法將難以施行。

6 結(jié) 語

盤區(qū)連續(xù)回采充填法需要留設(shè)的礦柱有盤區(qū)沿走向頂柱、分段平巷及偽傾斜上山保護礦柱及采場點柱，礦柱所占礦量較大。因此，如何安全、合理地回收這些礦房(柱)，最大限度地回收這部分礦產(chǎn)資源，是生產(chǎn)中面臨的一個課題[8]。因此，將在基建階段揭露礦體時，選擇有代表性的地段盡早開展采礦方法的研究工作，前期為測試礦體的穩(wěn)定性，可以在礦體內(nèi)爆破出等同于設(shè)計采場尺寸大小的暴露空間，在不支護的情況下，觀察并記錄采場隨時間的冒落情況，為采礦方法的選擇及設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

[1]楊 殿.金屬礦山地下開采[M].長沙:中南工業(yè)大學出版社，1999.

[2]余 健，黃興益，吳東旭，等.緩傾斜中厚礦體機械化采礦理論與技術(shù)[J].中南大學學報(自然科學版)，2005，36(6):1107-1111.

[3]黃勝生.國內(nèi)外緩傾斜中厚礦體采礦方法現(xiàn)狀[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2001，21(4):21-24.

[4]尹升華，吳愛祥.緩傾斜中厚礦體采礦方法現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].金屬礦山，2007(12):10-13.?

[5]古德生，李夕兵.現(xiàn)代金屬礦床開采科學技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2006.

[6]周君才.中穩(wěn)礦巖緩傾斜中厚礦體采礦方法的改進途徑[J].有色金屬(礦山部分)，1990(1):8-12.

[7]陳俊彥.地下礦山無軌開采技術(shù)及設(shè)備[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1986.

[8]郭忠林，臧士勇，唐天國，等.緩傾斜礦體礦柱回采實驗研究[J].云南冶金，2001，30(4):1-7.

2015-04-02)

趙興寬(1989－)，男，貴州平塘人，本科，主要從事金屬礦開采方面的研究；Email:gzptzhao＠126.com。