提高大型貧鎳礦體充填采礦生產(chǎn)能力關(guān)鍵技術(shù)研究

王永定

(金川集團(tuán)股份有限公司 龍首礦， 甘肅 金昌市 737100)

提高大型貧鎳礦體充填采礦生產(chǎn)能力關(guān)鍵技術(shù)研究

王永定

(金川集團(tuán)股份有限公司 龍首礦， 甘肅 金昌市 737100)

針對(duì)金川鎳礦Ⅲ礦區(qū)貧礦開發(fā)，開展了提高充填采礦生產(chǎn)能力的關(guān)鍵技術(shù)研究。首先，以應(yīng)用大型采礦設(shè)備為目的，開展大斷面六角形進(jìn)路參數(shù)優(yōu)化選擇和穩(wěn)定性分析。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了進(jìn)路式回采分層道優(yōu)化布置并發(fā)展了大斷面六角形進(jìn)路式采礦方法的回采工藝和爆破參數(shù)優(yōu)化與控制技術(shù)。通過采礦試驗(yàn)和工程應(yīng)用，不僅提高了龍首礦貧礦充填法采礦生產(chǎn)能力，而且保障了采礦安全，由此獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

大型貧礦；充填法開采；采礦生產(chǎn)；六角形進(jìn)路；經(jīng)濟(jì)效益

0 前 言

金川鎳礦是我國(guó)最大的硫化銅鎳礦床，共劃分為4個(gè)礦體。其中Ⅰ、Ⅱ礦體為富礦，Ⅲ、Ⅳ礦體為貧礦。經(jīng)過幾十年的開采，Ⅰ礦體的富礦開采接近尾聲，貧礦成為主要的開采對(duì)象。開采Ⅲ礦貧礦的龍首礦西采區(qū)，貧礦資源儲(chǔ)量占西采區(qū)總量的93%。該礦體屬熔離-貫入型礦體，分布在超基性巖體下盤的二輝橄欖巖和含輝橄欖巖及純橄欖巖中，是地質(zhì)構(gòu)造作用從Ⅰ礦體中錯(cuò)斷推移形成獨(dú)立礦體。礦體呈似層狀，走向320°～330°，傾向南西，傾角60°～85°。礦體長(zhǎng)1100～1300 m，寬10～200 m，厚10～175 m，傾向長(zhǎng)度800 m。礦體地質(zhì)品位為0.55%～0.60%。由于Ⅲ礦體經(jīng)歷了劇烈的地質(zhì)構(gòu)造作用，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，礦巖十分破碎，穩(wěn)定性極差，屬于典型的破碎礦巖的大型貧礦體[1]。

提高貧礦產(chǎn)量，降低采礦成本，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；б媸秦毜V采礦生產(chǎn)的核心問題。為此金川礦山將原設(shè)計(jì)的自然崩落法改為下向分層膠結(jié)充填法開采。

1 充填法開采貧礦存在的問題

(1) 大型鏟裝設(shè)備利用問題。在底寬3.5 m，腰寬7 m，高6 m的大斷面六角形進(jìn)路中，配套設(shè)施不健全：現(xiàn)場(chǎng)未配備檢撬車，進(jìn)路高度達(dá)到6 m后，人工檢撬頂部非常困難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低下；為了便于撬碴和裝藥，現(xiàn)場(chǎng)采用先爆破底部炮孔，然后在礦堆上裝藥再爆破上部炮孔的方法，降低了生產(chǎn)效率且增加了爆破成本；分層道高度為3 m，進(jìn)路開口時(shí)必須人工挑頂，施工效率低，安全性差，不利于鑿巖臺(tái)車效率的發(fā)揮。

(2) 大斷面進(jìn)路形成與穩(wěn)定性控制問題。金川礦山目前采用下向矩形進(jìn)路和六角形進(jìn)路兩種采礦方法。矩形斷面施工簡(jiǎn)單，便于控制，但進(jìn)路受力條件差，不利于進(jìn)路的穩(wěn)定。而六角形進(jìn)路圍巖應(yīng)力分布有利于采場(chǎng)的穩(wěn)定，但進(jìn)路斷面形成給爆破參數(shù)優(yōu)化和控制提出更高要求。因此，對(duì)于礦巖條件極不穩(wěn)固的貧礦開采，大斷面六角形進(jìn)路的形成與穩(wěn)定性控制問題，是貧礦開采所面臨的另一技術(shù)難題。

(3) 充填法采礦持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)問題。提高貧礦充填法開采的生產(chǎn)規(guī)模，必須選擇一種回采效率高，轉(zhuǎn)層速度快，損失貧化率低的采礦方法。傳統(tǒng)的六角形單一采場(chǎng)雖具有小、快、靈的特點(diǎn)，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中存在不足。主要表現(xiàn)在一個(gè)單一采場(chǎng)在回采結(jié)束后，從最后轉(zhuǎn)層準(zhǔn)備、充填實(shí)施到下分層拉開開始出礦，至少需要20 d的時(shí)間。在此期間采場(chǎng)將喪失出礦能力，嚴(yán)重制約著采場(chǎng)生產(chǎn)能力的提高和供礦的均衡性。

針對(duì)龍首礦傳統(tǒng)的六角形進(jìn)路采礦存在的問題，開展了回采工藝研究，包括單分層道回填布置方案、雙分層道布置方案、進(jìn)路斷面參數(shù)、爆破參數(shù)、盤區(qū)規(guī)劃及整合等，從而滿足大型采裝設(shè)備的使用要求和采礦效率，提高進(jìn)路式充填采礦的生產(chǎn)能力。

2 進(jìn)路式回采分層道優(yōu)化布置

針對(duì)六角形進(jìn)路采礦存在的問題，提出了單分層道布置方案和雙分層道方案交替使用布置。

2.1 單分層道布置形式

單分層道是在回采邊緣或小礦體時(shí)采用的一種布置方式，該方案是充填前將分層道回填原高度一半的礦石，下層開采后，在上層分層道下部掘進(jìn)，落下回填層后，形成與進(jìn)路等高的分層道。分層道規(guī)格為矩形斷面；進(jìn)路垂直分層道布置，進(jìn)路規(guī)格為六角形進(jìn)路，采場(chǎng)每分層下降比上分層標(biāo)高低一半的高度開層，開層后回采上分層礦柱，回采結(jié)束后分段充填。單分層道回填布置方案如圖1所示。

圖1 單分層道回填布置方案

設(shè)計(jì)時(shí)布置一條分層道在礦體下盤或礦體中間，進(jìn)路垂直布置，進(jìn)路長(zhǎng)度控制在50 m左右，分層道每層沿用。關(guān)鍵是為了保證分層道和進(jìn)路高度一致，分層道在轉(zhuǎn)層充填前按照下層高度對(duì)分層道進(jìn)行回填，回填高度為2.5 m，開層高度2.5 m，開層后落下回填層后高度達(dá)到5 m。

該布置方案是在傳統(tǒng)的小斷面六角形進(jìn)路回采方案基礎(chǔ)上，通過調(diào)整采場(chǎng)布局方式和采切工程參數(shù)，可以適應(yīng)大型采裝設(shè)備的使用；同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)采場(chǎng)多作業(yè)面同時(shí)回采，擴(kuò)大回采能力；保留了六角形進(jìn)路回采強(qiáng)度大、開層速度快的特點(diǎn)。對(duì)于厚大礦體，將一個(gè)采場(chǎng)再劃分為若干個(gè)回采區(qū)間，在回采過程中對(duì)回采順序進(jìn)行靈活調(diào)整，來實(shí)現(xiàn)多個(gè)作業(yè)面作業(yè)及采場(chǎng)連續(xù)生產(chǎn)，以提高生產(chǎn)能力。

2.2 雙分層道布置形式

雙分層道布置方案是在每個(gè)礦塊布置兩條分層道，每分層只需使用一條，可上下層交替使用，轉(zhuǎn)層時(shí)不需要回填礦石。將每個(gè)盤區(qū)劃分為若干采場(chǎng)，分層道可靈活布置在垂直或沿礦體走向的采場(chǎng)兩端，分層道規(guī)格為矩形斷面；進(jìn)路垂直分層道布置，進(jìn)路規(guī)格為六角形水平進(jìn)路。采場(chǎng)每分層比上分層下降2.5 m開層，開層后回采上分層礦柱，充填時(shí)利用分層道預(yù)留的充填井接入充填管即可完成充填。盤區(qū)雙分層道布置方案如圖2所示。

圖2 雙分層道布置

該回采方案將每個(gè)盤區(qū)(長(zhǎng)度100 m，寬度為礦體厚度)劃分為若干采場(chǎng)(采場(chǎng)長(zhǎng)×寬=50 m×50 m，采用雙分層道布置結(jié)構(gòu))，分層道可靈活布置在垂直或沿礦體走向的采場(chǎng)兩端，分層道規(guī)格為4 m×5 m(寬×高)的矩形斷面；進(jìn)路垂直分層道布置，進(jìn)路規(guī)格為底寬4 m，腰寬6 m，高5 m的六角形水平進(jìn)路。采場(chǎng)每分層比上分層底板標(biāo)高下降2.5 m開層，回采結(jié)束后每2～4條進(jìn)路充填1次，充填時(shí)利用預(yù)留的充填回風(fēng)井接入充填管即可完成充填。第一層回采過程中，必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)控制好進(jìn)路的規(guī)格、方向和長(zhǎng)度，第二層回采時(shí)即可根據(jù)揭露的上層充填體位置回采。進(jìn)路的規(guī)格、方向、長(zhǎng)度都受到上層充填體的控制，可以大大減少進(jìn)路超高、超寬及方向打偏的現(xiàn)象，提高了采場(chǎng)的生產(chǎn)效率。

雙分層道布置方案有采礦方法靈活性高、作業(yè)面多、適合大型采裝設(shè)備使用等優(yōu)點(diǎn)，保留了傳統(tǒng)六角形進(jìn)路回采強(qiáng)度大、在不規(guī)則礦體中易布置采場(chǎng)、施工方便，開層速度快的優(yōu)點(diǎn)。

3 六角形進(jìn)路參數(shù)選擇與穩(wěn)定性分析

3.1 大斷面六角形進(jìn)路參數(shù)選擇

3.1.1 六角形進(jìn)路兩幫坡角

六角形斷面的合理性主要是分析幫坡角對(duì)頂板度的寬度影響程度。在進(jìn)路間距L固定的情況下，幫坡角越小頂板寬度就越小，頂板就更安全。幫坡角最小坡度應(yīng)確定為礦石的自然安全息角42°，因?yàn)閹推陆切∮谧匀话蚕⒔蔷蜁?huì)給進(jìn)路回采的礦石運(yùn)搬帶來難度。在此情況下進(jìn)路頂板寬度最小，進(jìn)路充填體的鑲嵌結(jié)構(gòu)最為明顯，進(jìn)路頂板就最安全。但是此時(shí)使得進(jìn)路上半部充填體幫坡角也最小，如果接近頂板坡度0°，可視同為幫變頂，頂幫安全性或礦柱承載能力最差。當(dāng)幫坡角達(dá)到最大90°時(shí)，進(jìn)路為矩形斷面，進(jìn)路頂板寬度為最大，存在拉應(yīng)力區(qū)，容易出現(xiàn)脫層，頂幫轉(zhuǎn)角應(yīng)力集中區(qū)系數(shù)大，進(jìn)路兩幫容易出現(xiàn)拉應(yīng)力破壞片幫傷人，巷道穩(wěn)定性較差。

綜上所述，合理幫坡角應(yīng)在45°～90°兩種極限角度之間，在此區(qū)間有一特殊角即等邊六角形，對(duì)應(yīng)的幫坡角是60°。等邊六角形斷面在靜水應(yīng)力場(chǎng)中是最佳斷面，但在進(jìn)路式采場(chǎng)中的次生應(yīng)力場(chǎng)中進(jìn)路承受的是垂直應(yīng)力，只有在邊緣進(jìn)路的邊緣幫同時(shí)在承受水平和垂直應(yīng)用。為了提高礦柱承受垂直應(yīng)力的能力，應(yīng)盡量增大礦柱的厚度，即增大幫坡角角度。因此，進(jìn)路幫坡角應(yīng)大于60°?？紤]到充填體形成鑲嵌結(jié)構(gòu)，增加充填體自身承載能力，幫坡角不應(yīng)大于70°，所以幫坡角應(yīng)選擇在60°～70°之間。

3.1.2 六角形進(jìn)路斷面高度

龍首礦六角形進(jìn)路高度，在普采采場(chǎng)中由于不受采礦設(shè)備的限制，其高度主要是考慮施工方便程度和人工檢撬的合理高度以及采礦效率的發(fā)揮，選擇4 m的進(jìn)路高度比較合理。但在機(jī)采盤區(qū)進(jìn)路高度選擇6 m，主要是為了保證采礦設(shè)備在分層道順利通過。6 m高的進(jìn)路給施工、撬碴帶來了不便。因此機(jī)采采場(chǎng)的進(jìn)路高度應(yīng)選擇4～5 m為宜，采場(chǎng)在布置形式上采用“雙分層道布置方案”和“單分層道回填方案”，使分層道高度與進(jìn)路一致，可方便大型設(shè)備的使用。

3.1.3 六角形進(jìn)路斷面寬度

進(jìn)路寬度就是進(jìn)路間距，如果間距愈小，進(jìn)路寬度就愈小，當(dāng)進(jìn)路寬度小于高度時(shí)，其內(nèi)切(或外切)橢圓的長(zhǎng)軸方向與垂直應(yīng)力方向一致，有利于承受垂直應(yīng)力，使得進(jìn)路頂板穩(wěn)定狀況較好，但此狀況礦柱太薄弱，不利于分解頂板垂直應(yīng)力的轉(zhuǎn)移。如果間距愈大，進(jìn)路寬度就愈大，當(dāng)進(jìn)路寬度大于高度時(shí)，其內(nèi)切(或外切)橢圓的長(zhǎng)軸方向與垂直應(yīng)力方向垂直，不利于承受垂直應(yīng)力，增加頂板拉應(yīng)力區(qū)，造成不安全隱患。因此，應(yīng)選擇進(jìn)路間距等于或近似等于進(jìn)路高度，這樣進(jìn)路內(nèi)切(或外切)橢圓就近似于圓，對(duì)承受地壓最為有利(見圖3)。同時(shí)，進(jìn)路寬度的選擇還應(yīng)滿足采場(chǎng)運(yùn)搬設(shè)備要求。采場(chǎng)設(shè)備以鏟運(yùn)機(jī)對(duì)進(jìn)路寬度要求最為重要，進(jìn)路寬度太小，鏟斗對(duì)進(jìn)路斜幫破壞最大，容易鏟掉底幫，將斜幫變?yōu)橹睅?，使進(jìn)路呈“凸”字形結(jié)構(gòu)。應(yīng)該選擇設(shè)備與進(jìn)路幫的間距接近1m，才能方便設(shè)備的作業(yè)(見圖4)。

綜上所述，在正?；夭汕闆r下，最終選擇的龍首礦西采區(qū)大斷面六角形進(jìn)路參數(shù)為：頂、底寬4 m，腰寬為6 m，高度5 m。選擇的大斷面六角形進(jìn)路不僅滿足采礦設(shè)備的使用要求，而且還有利于進(jìn)路采場(chǎng)的穩(wěn)定。圖5為調(diào)整后的六角形進(jìn)路采場(chǎng)。

圖3 六角形進(jìn)路高度與寬度對(duì)比

圖4 鏟運(yùn)機(jī)與進(jìn)路寬度對(duì)比(單位：mm)

3.2 六角形進(jìn)路穩(wěn)定性分析

為了分析大斷面六角形進(jìn)路的穩(wěn)定性，在礦山工程地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，采用FLAC3D軟件建模，進(jìn)行大斷面采場(chǎng)的穩(wěn)定性分析，由此得到以下結(jié)論。

(1) 六角形斷面合理參數(shù)遵循兩個(gè)比例關(guān)系：一是進(jìn)路高度與進(jìn)路底寬之比為1.5～2.0，并盡可能取小值，以增大進(jìn)路側(cè)邊角，利于礦石自溜，保證鏟運(yùn)機(jī)出礦順利；二是進(jìn)路腰寬與進(jìn)路底寬之比為1.2～1.3，并盡可能取值小于1.25。進(jìn)路高度5 m適用于雙分層道、單分層道墊礦結(jié)構(gòu)。

(2) 當(dāng)六角形進(jìn)路的頂、底寬均為4 m，腰寬為6 m和高度為5 m的大斷面六角形進(jìn)路，圍巖的應(yīng)力集中系數(shù)相對(duì)較小，采場(chǎng)穩(wěn)定性較高，由此可以布置雙分層道采準(zhǔn)形式，提高采場(chǎng)機(jī)械化生產(chǎn)程度。

3.3 六角形斷面進(jìn)路形成

針對(duì)傳統(tǒng)六角形采礦形成假頂周期長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大的弊端。提出了首層采用隔一采一的方式，第二層回采結(jié)束后直接開幫形成六角形的雛形，第三層形成標(biāo)準(zhǔn)六角形斷面的方法。根據(jù)下向六角形進(jìn)路式充填采礦方法工藝特點(diǎn)，并結(jié)合龍首礦地質(zhì)條件的特殊要求，第一層、第二層和第三層的采準(zhǔn)切割和回采工藝各不相同。第一層為中段首采分層，承載較大的地應(yīng)力，頂部是原巖，采用半圓拱形斷面加強(qiáng)支護(hù)；第二層是過渡層，負(fù)責(zé)銜接首分層和標(biāo)準(zhǔn)的六角形斷面進(jìn)路；第三層形成全面人工假頂，進(jìn)入正常有假頂六角形斷面回采階段。

3.3.1 首層進(jìn)路回采布置

首層開采進(jìn)路斷面規(guī)格為5.0 m×4.0 m(寬×高)，斷面形狀為直墻半圓拱形，分層道斷面規(guī)格為4.0 m×4.0 m(寬×高)，斷面形狀為直墻半圓拱形。分層道采用全斷面雙層噴錨網(wǎng)支護(hù)，噴層厚度200 mm；進(jìn)路采用單層噴錨網(wǎng)。錨桿采用Φ18螺紋鋼，長(zhǎng)1.8 m，排間距1 m，網(wǎng)片采用Ф6.5 mm的圓鋼點(diǎn)焊而成，網(wǎng)度150 mm×150 mm，墊板為200 mm×200 mm×10 mm的鋼板，噴射混凝土厚度為200 mm，強(qiáng)度C20。

3.3.2 第二層進(jìn)路回采布置

第二層下降層高2.5 m，穿脈分層道斷面規(guī)格為5.0 m×4.5 m(寬×高)，進(jìn)路斷面規(guī)格為4.0 m×4.0 m(寬×高)，斷面形狀均為直墻半圓拱形。進(jìn)路充填前對(duì)兩邦礦柱進(jìn)行開幫，開幫位置在首層充填體以下，開幫深度1.0 m，形成底寬4.0 m，腰寬6.0 m的倒梯形(見圖6)。沿脈分層道規(guī)格為4.0 m×4.0 m(寬×高)，斷面形狀為矩形，由于充填前進(jìn)行了礦石回填，開層后要徹底處理頂板的粘夾礦。

穿脈分層道采用全斷面雙層噴錨網(wǎng)支護(hù)；沿脈分層道掘進(jìn)時(shí)對(duì)2.5 m以下原巖邦進(jìn)行單層噴錨網(wǎng)支護(hù)，2.5 m以上由于在上分層已進(jìn)行噴錨網(wǎng)支護(hù)，素噴加強(qiáng)支護(hù)；進(jìn)路開口至5 m段位置及相鄰柱礦進(jìn)行單層噴錨網(wǎng)支護(hù)，5 m以后拱頂部分采用單層噴錨網(wǎng)支護(hù)。在作業(yè)過程中對(duì)錨桿注漿和噴射混凝土施工質(zhì)量及安全狀況加強(qiáng)檢查，若發(fā)現(xiàn)混凝土裂縫或脫層及時(shí)采用金屬拱架或架設(shè)抬棚支護(hù)。錨桿采用Φ18螺紋鋼彎勾錨桿，長(zhǎng)1.8 m(含彎勾)，排間距為1 m,網(wǎng)片采用Ф6.5 mm的圓鋼點(diǎn)焊而成，網(wǎng)度150 mm×150 mm，噴射混凝土厚度為素噴50 mm；單噴100 mm；雙噴200 mm，強(qiáng)度C20。

圖6 第二層進(jìn)路

3.3.3 第三層進(jìn)路回采布置

穿脈分層道斷面規(guī)格為頂、底寬4 m，腰寬6 m，高5 m的六角形斷面，兩幫原巖采用素噴支護(hù)。進(jìn)路規(guī)格為頂、底寬4.0 m，腰寬6.0 m，高5.0 m的六角形斷面(見圖7)。鑿巖時(shí)按設(shè)計(jì)好的眼位布置畫好輪廓線、標(biāo)定眼位，鏟礦時(shí)嚴(yán)禁破壞進(jìn)路兩幫，確保規(guī)格。進(jìn)路開口5 m后，對(duì)相鄰進(jìn)路之間礦柱及進(jìn)路開口5 m段原巖幫采用單層噴錨網(wǎng)支護(hù)，錨噴支護(hù)參數(shù)同上。

圖7 第三層進(jìn)路

人工假頂形成過程中，第二分層回采是形成進(jìn)路規(guī)格質(zhì)量的關(guān)鍵。第二分層充填體是第三分層進(jìn)路的上側(cè)灰?guī)?，第三分層進(jìn)路回采時(shí)易根據(jù)灰?guī)投ǚ较颍?dāng)?shù)诙臃较蛴衅?，超挖欠挖時(shí)，勢(shì)必影響第三分層進(jìn)路規(guī)格質(zhì)量。

通過該方法，第一層施工時(shí)為純無假頂作業(yè)，第二層施工時(shí)只有頂部需要噴錨網(wǎng)支護(hù)，作業(yè)效率已經(jīng)大幅度提高，第三層轉(zhuǎn)入正常有假頂進(jìn)路回采，假頂形成時(shí)間只有傳統(tǒng)方法的一半，為采場(chǎng)的提前達(dá)產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

4 六角形進(jìn)路爆破控制技術(shù)

傳統(tǒng)六角形采礦方法中，進(jìn)路高度為6 m，由于配套設(shè)施的不健全，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，全掌子一次裝藥爆破非常困難，通常分上下兩次鑿巖爆破，先爆下部，后在礦堆上對(duì)上部進(jìn)行鑿巖爆破，多一次通風(fēng)除塵時(shí)間和輔助作業(yè)時(shí)間，降低了作業(yè)效率，增加了爆破成本。為此開展了六角形進(jìn)路爆破參數(shù)優(yōu)化和控制爆破技術(shù)研究。

進(jìn)路式回采落礦類似于巷道掘進(jìn)，只有一個(gè)自由面，受圍巖夾制力大，單循環(huán)爆破進(jìn)尺小，落礦少，作業(yè)效率低。遇硬巖難爆礦體，爆破效果進(jìn)一步惡化，循環(huán)進(jìn)尺甚至不足1.5 m，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，增加生產(chǎn)成本。爆破落礦作業(yè)中，鑿巖輔助工作時(shí)間基本不變，若增加單循環(huán)進(jìn)尺，則邊際效益非常明顯，因此提高單循環(huán)進(jìn)尺，提高單循環(huán)落礦量，是高效采礦的重要保證。

根據(jù)西采區(qū)實(shí)際情況，針對(duì)礦體可爆性，制定不同參數(shù)的爆破試驗(yàn)，根據(jù)礦體可爆性簡(jiǎn)要分為難爆礦體與易爆礦體試驗(yàn)。

(1) 方案1(見圖8)。2個(gè)傾斜孔和8個(gè)孔楔形復(fù)式掏槽。

1#炮孔向上、2#炮孔向下傾斜，與工作面角度為65°～75°，孔口距0.4 m，作為第一步起爆掏槽眼，拋出少量碎礦，主要起松動(dòng)礦石作用，為楔形掏槽創(chuàng)造有利爆破條件，采用一段雷管；由于從上往下，受夾制力越來越大，越難以起爆，楔形掏槽眼水平距離由大變小。3-10#楔形掏槽眼水平朝中間傾斜，與工作面角度65°～75°，3#、7#炮眼水平距離1.4 m，6#、10#炮孔水平距離為1.0 m，3#～10#眼為第二步起爆掏槽眼，形成槽腔，為后繼起爆創(chuàng)造自由面，采用三段雷管；輔助眼采用五段雷管，周邊眼采用七段雷管；底眼距底0.2 m，頂眼距頂0.4 m，上側(cè)周邊眼距邊界0.3 m，下側(cè)周邊眼距邊界0.2 m。輔助眼眼距0.6～0.8 m。

圖8 方案1布眼示意

(2) 方案2。8個(gè)孔楔形掏槽方案。方案2比方案1少中間兩個(gè)掏槽眼，其他參數(shù)一樣。

(3) 方案3。6個(gè)孔楔形掏槽方案。方案3在方案2基礎(chǔ)上減少兩個(gè)掏槽眼，輔助眼與周邊眼數(shù)目不變，輔助眼位置稍作調(diào)整，使之分布均勻。

根據(jù)3個(gè)試驗(yàn)方案的試驗(yàn)結(jié)果表明，在硬巖礦體中，方案1最優(yōu)；在軟巖礦體中，方案3最優(yōu)。根據(jù)實(shí)際礦巖條件采用優(yōu)化爆破方案，炸藥單耗降低14.6%，循環(huán)進(jìn)尺提高21.1%。

5 結(jié) 論

(1) 發(fā)展新的分層道布置形式，使回采工藝更加靈活。研究提出了單分層道回填布置方案和雙分層交錯(cuò)布置方案，改變了以往采場(chǎng)分層道只能布置在穿脈方向，采場(chǎng)必須采用后退式回采的問題。通過切割工程的多向布置，將采場(chǎng)劃分為若干個(gè)回采區(qū)間，實(shí)現(xiàn)了采場(chǎng)回采區(qū)、備采區(qū)和充填區(qū)的分離，使作業(yè)方式更加靈活，一個(gè)采場(chǎng)內(nèi)可同時(shí)作業(yè)的工作面大幅度增加，為提高生產(chǎn)能力創(chuàng)造了有利條件。同時(shí)，將穿脈分層道規(guī)格調(diào)整為與進(jìn)路相同規(guī)格參數(shù)，當(dāng)穿脈分層道頂板出現(xiàn)異常情況時(shí)，可對(duì)穿脈分層道充填后將相鄰進(jìn)路作為分層道，解決了傳統(tǒng)方法分層道位置無法改變的問題。

(2) 實(shí)現(xiàn)進(jìn)路與分層道等高，采礦生產(chǎn)更加安全高效。實(shí)現(xiàn)分層道和進(jìn)路等高，避免了進(jìn)路開口必須使用手動(dòng)鑿巖機(jī)挑頂?shù)谋锥?，減少了作業(yè)環(huán)節(jié)，提高了作業(yè)安全性，便于鑿巖臺(tái)車連續(xù)作業(yè)，可充分發(fā)揮大型設(shè)備的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)也有效解決了傳統(tǒng)方法炮煙在進(jìn)路上半部分聚集，自然通風(fēng)無法排出進(jìn)路上半部分炮煙，經(jīng)常需要用高壓風(fēng)吹炮煙的問題。

(3) 通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)優(yōu)選斷面參數(shù)。通過數(shù)值分析，選擇六角形進(jìn)路斷面參數(shù)為頂、底寬4 m，腰寬6 m，高5 m。該進(jìn)路參數(shù)與機(jī)采設(shè)備配套，施工效率高，安全性好。

(4) 快速形成人工假頂，縮短了采礦時(shí)間，采取產(chǎn)能穩(wěn)步提高。根據(jù)下向六角形進(jìn)路式充填采礦方法工藝特點(diǎn)，并結(jié)合龍首礦地質(zhì)條件的特殊要求，回采第一層、第二層和第三層的采準(zhǔn)切割和回采工藝各不相同。通過本次研究，第一層施工時(shí)為純無假頂作業(yè)，第二層施工時(shí)只有頂部需要噴錨網(wǎng)支護(hù)，作業(yè)效率已經(jīng)大幅度提高，第三層轉(zhuǎn)入正常有假頂進(jìn)路回采，假頂形成時(shí)間只有傳統(tǒng)方法的一半，為采場(chǎng)的提前達(dá)產(chǎn)、提高效益奠定了基礎(chǔ)。

(5) 大幅度提升采礦安全標(biāo)準(zhǔn)化水平。進(jìn)路與分層道的等高布置減少了進(jìn)路開口的挑頂環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了臺(tái)車連續(xù)作業(yè)，避免了挑頂造成破壞充填體或形成粘夾礦帶來的安全隱患。切割工程的多向布置，將采場(chǎng)劃分為若干個(gè)回采區(qū)間，實(shí)現(xiàn)了采場(chǎng)回采區(qū)、備采區(qū)和充填區(qū)的分離，減少了充填作業(yè)和回采工作的相互干擾，為采區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化的提升創(chuàng)造了良好的條件。

(6) 降低采準(zhǔn)切割工程，提高貧礦經(jīng)濟(jì)效益。直接利用現(xiàn)有系統(tǒng)工程，每隔垂高20 m不再掘進(jìn)充填回風(fēng)道，直接利用充填回風(fēng)井接充填管進(jìn)行充填，減少了大量掘進(jìn)量，縮短了層回采周期。傳統(tǒng)方法分層道斷面小，掘進(jìn)炸藥單耗高于進(jìn)路回采單耗，分層道和進(jìn)路等高后，施工條件相同，炸藥單耗也相應(yīng)降低。西采區(qū)合計(jì)每分層可減少掘進(jìn)量900 m/5200 m3，節(jié)省采礦成本380萬元；降低萬噸切采比15 m/萬t，降低26%。按設(shè)計(jì)產(chǎn)能165萬t/a計(jì)算，每年回采2.8層，可節(jié)省采礦成本達(dá)到1064萬元/年。

[1]楊 震.金川公司龍首礦西采區(qū)貧礦開采地質(zhì)資源研究[J].湖南有色金屬2007，23(2):5-6.

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(SS2012AA062405).

2014-06-09)

王永定(1964-)，男,大學(xué)本科，工程師，甘肅秦安人，主要從事充填采礦技術(shù)與管理工作，Email：1205453179@qq.com。