上向分層干式充填采礦法在鈾礦床開采的應(yīng)用

賈京林

(陜西世紀(jì)崇山建設(shè)工程有限公司， 陜西西安 710000)

上向分層干式充填采礦法在鈾礦床開采的應(yīng)用

賈京林

(陜西世紀(jì)崇山建設(shè)工程有限公司， 陜西西安 710000)

簡介了鈾礦床的特點(diǎn)及地質(zhì)條件。介紹了上向分層干式充填采礦法在鈾礦床開采的應(yīng)用，包括采場布置，采切工程設(shè)計(jì)和回采工藝。指出該采礦法具有安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)的特點(diǎn)。

上向分層干式充填采礦法；采場布置；采切工程；回采工藝

目前我國黃金礦山中充填法的比重已占31%；有色礦山中充填法的比重達(dá)到29%，在鈾礦地下開采中僅上向分層干式充填采礦法占的比例就高達(dá)58%。在國外充填法應(yīng)用更廣，特別是礦業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)，如加拿大金屬礦山地下開采礦石中，用充填法的比重為35%～40%；澳大利亞的地下有色金屬礦石多用充填法開采；瑞典的布利登(Boliden)有色金屬公司70%的礦石是用充填法開采出來的。日本金屬礦山使用充填法的早在1982年就高達(dá)43%[1]。本文參照南方某鈾礦地下開采中使用充填采礦法產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保及安全效應(yīng)，討論此類采礦方法的應(yīng)用。

1 鈾礦床的特點(diǎn)及地質(zhì)條件

鈾礦床的特點(diǎn)是:礦床類型較多，可分為8個大類，22個亞類，但是以花崗巖型(占34%)，火山巖型(22%)，碳硅泥巖(占20%)，砂巖型(占15%)為主，這4類合計(jì)占90%以上；成礦年代跨度大，從古生代、中生代、到新生代都有；礦床規(guī)模一般較小，埋藏不深；鈾礦石具有放射性[2]。

礦體形態(tài)復(fù)雜，有透鏡狀、團(tuán)塊狀等，個別除緩傾斜外一般為急傾斜礦體，傾角在60°～80°之間。礦體厚度變化大，在1～20m之間，其中厚4～10m的占總量的46%，其余大部為2～3m之間，礦體有膨脹及分支復(fù)合等現(xiàn)象，沿走向變化較大，礦體和圍巖為花崗巖和龍山群的砂巖、千枚巖、板巖，屬較堅(jiān)硬的巖石，頂?shù)装遢^穩(wěn)定，冒頂和塌落現(xiàn)象較少，除了局部破碎需支護(hù)外，一般不需要支護(hù)。

礦體沿走向長一般為40～60m，最長為100m，礦體厚度沿走向、傾向變化較大，可由幾十厘米到10m以上。礦石品位沿走向、傾向的變化都無一定規(guī)律。

針對鈾礦床的這些特點(diǎn)，選擇以充填采礦法為主，特別是上向分層干式充填采礦法，不但回采工藝靈活，適應(yīng)性較強(qiáng)，而且從開采到采場二次勘探圈礦也極其方便安全。

2 采場布置原則[3]

(1)礦塊布置方式。礦塊布置方式分為沿走向和垂直走向兩種:若礦石與圍巖比較穩(wěn)固，且礦體厚度不超過10～15m，采用沿走向布置；礦體厚度＞10 ～15m時，用垂直走向布置。

(2)礦房長度[4]。礦房的長一般宜控制在50m以內(nèi)。如果礦體厚度超過50m，則在垂直礦體走向的方向上布置兩排礦房，在兩排礦房之間留沿走向的縱向礦柱。

(3)階段高度。階段高度一般為30～60m(常用的是35～45m)。階段高度過大，在生產(chǎn)中會產(chǎn)生一些困難，如:當(dāng)?shù)V體厚度不大，而礦體傾角變化大時，溜礦井的架設(shè)困難；當(dāng)?shù)V體很厚，出礦量很多時，溜井下部磨損大，維護(hù)困難。

(4)礦柱尺寸。間柱寬度取決于間柱的回采方法和礦巖的穩(wěn)固性以及礦體厚度。用充填法回采間柱時，可留7～10m。當(dāng)?shù)V體很薄時(3～4m的薄礦脈)，也可以不留間柱，此時采用在礦房之間澆灌混凝土隔墻的辦法。當(dāng)上部運(yùn)輸巷道需要保護(hù)時，則應(yīng)當(dāng)根據(jù)礦石的穩(wěn)固性和礦房的大小，保留3～5m厚的頂柱。不留頂柱可以簡化回采步驟，可減小礦石的損失和貧化，但需要建造人工假巷。對于充填采礦法，由于采準(zhǔn)巷道布置簡單，在底柱中的巷道很少，并且不在其中進(jìn)行二次破碎。故礦石底柱的穩(wěn)固性破壞較小，因而底柱高度可以小一些。當(dāng)?shù)V房位于主要運(yùn)輸平巷之上時，必須要留底柱。一般在運(yùn)輸平巷上部留2～3m高的底柱。上向分層干式充填采礦法的典型方案如圖1所示。

3 回采工藝

(1)采準(zhǔn)切割。多利用已有的穿脈、沿脈和天井進(jìn)行采準(zhǔn)工程布置，天井布置在礦塊中部靠近上盤的礦體中，也可考慮利用探礦天井，回采時作為回風(fēng)井和充填井。切割工作從運(yùn)輸巷開始，在礦房范圍內(nèi)，將平巷開幫擴(kuò)大到礦房邊界，再往上挑頂達(dá)5m高左右，將礦石運(yùn)出后，在底層鋪0.5m的鋼筋混凝土底板，在此地板上澆筑高2.5m的沿脈運(yùn)輸巷道，其它空間用充填料充滿，再澆筑0.2m厚的砂漿鋪面，形成1.8～2.0m的拉底空間。

圖1 上向分層干式充填采礦法典型方案

(2)回采順序。主要回采工藝為鑿巖落礦－礦石耙運(yùn)－溜井架設(shè)－廢石充填－澆筑砼底板，采用YSP－45型鑿巖機(jī)向上鑿巖，一個分層集中鑿巖，炮孔深1.9～2.1m，炮孔間距0.7～0.8m，同一分層采用一次爆破或分次爆破，以充填井為自由面崩礦，用2＃巖石炸藥和非電雷管微差爆破，爆破后進(jìn)行敲幫問頂，確保采場作業(yè)面安全后，再用2DPJ－30型電耙絞車耙礦。

(3)物探找邊。每一分層上采(或充填)結(jié)束后，進(jìn)行編錄、圈礦和測量工作，準(zhǔn)確的標(biāo)出礦體界線。

(4)采場充填。分層礦石耙運(yùn)完后架設(shè)順路人行井和礦石溜井，澆筑部分采場之間的隔墻，再進(jìn)行充填作業(yè)，在采場內(nèi)用電耙耙平從充填井下放的廢石，再鋪一層0.1m厚的砂漿鋪面，待強(qiáng)度達(dá)到要求后即可開展下一個回采循環(huán)。

(5)采場通風(fēng)[5]。采場爆破后，主要利用礦井總負(fù)壓通風(fēng)，新風(fēng)由運(yùn)輸巷道穿脈、沿脈、人行天井進(jìn)入采場，污風(fēng)由采場充填井回到上中段回風(fēng)巷。當(dāng)采場通風(fēng)效果不好時，利用局扇進(jìn)行輔助通風(fēng)，以加速采場通風(fēng)排塵。

4 結(jié) 論

上向分層干式充填法不但適用于常規(guī)的金屬非金屬礦礦床，也適用于有毒、有害、有輻射、有自燃的礦床，對圍巖和礦體穩(wěn)固性要求不高，礦體產(chǎn)狀、形態(tài)對這種方法影響也不大，“三下”礦體更合適。在回采過程中通風(fēng)條件較好，人員在采場的安全有保障，同時便于回采過程中礦體的二次圈定及補(bǔ)充勘探。

上向分層干式充填法工序雖然較多，但是可操作性高，采、切工程量小，靈活性大，可對礦巖或不同品位的礦石進(jìn)行選別回采，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較一般采礦法的好，特別是貧化率、損失率低。此外，上向分層干式充填法由于充分利用了開采過程產(chǎn)生的廢石，減少了地表廢石堆放對環(huán)境的污染，也省去了日后采空區(qū)處理和地表復(fù)墾的大部分成本。

[1]解世俊.采礦手冊(第四卷).[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1990:194.

[2]李開文.中國核工業(yè)抓科技進(jìn)步促鈾礦冶發(fā)展[J].中國礦業(yè)，1999(05):34.

[3]解世俊.金屬礦床地下開采[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1986.

[4]張富民.采礦設(shè)計(jì)手冊(第二卷·下冊)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1987:1269－1271.

[5]何德松.淺眼留礦法采場通風(fēng)布置方式的探討[J].冶金安全，1983(04):26-27.

2014-04-11)

賈京林(1973－)，男，陜西周至人，采礦工程師，學(xué)士，長期從事金屬礦山開采與建設(shè)工作，Email：shanxijia＠126.com。