采充技術(shù)并行 推進(jìn)礦山安全長(zhǎng)效

鄭榮祥

(紹興銅都礦業(yè)有限責(zé)任公司)

一、礦山現(xiàn)狀

紹興銅都礦業(yè)有限責(zé)任公司是一個(gè)年處理20萬(wàn)噸的中型礦山企業(yè),自1970年建成投產(chǎn)至今已有近45年的歷史,采礦方法主要為有底柱分段礦房法,嗣后矸石充填。現(xiàn)開(kāi)采的三期工程自-385m至-625m水平,設(shè)計(jì)的中段高度由原來(lái)的50米提高到了60米,共四個(gè)中段；現(xiàn)-445m為生產(chǎn)中段、-505m為采切回采并行中段、-565m為開(kāi)拓進(jìn)行中段、-625m為后續(xù)開(kāi)拓中段。到2014年末,現(xiàn)可開(kāi)采各中段礦量分別為-445m22.6萬(wàn)噸、-505m118萬(wàn)噸、-565m124.8萬(wàn)噸、-625m135.1萬(wàn)噸。目前,繼續(xù)沿用階段礦房分段采礦法開(kāi)采,形成采空區(qū)的充填采用有限掘進(jìn)廢石,無(wú)法達(dá)到廢石充填采空區(qū)的穩(wěn)定效果,制約著礦山安全生產(chǎn)。2014年初,公司與長(zhǎng)沙礦山研究院合作,進(jìn)行尾砂膠結(jié)充填采空區(qū)工程項(xiàng)目建設(shè)。為此,對(duì)礦山深部中段如何安全開(kāi)采,如何采礦與充填技術(shù)并行,有效提高采礦回采率,實(shí)現(xiàn)資源最大利用成為一個(gè)緊迫性的課題。

二、礦山開(kāi)采存在問(wèn)題和困境

一是采空區(qū)不穩(wěn)定影響礦山正常安全生產(chǎn)。分段階段礦房采礦法的重要特點(diǎn)之一是依靠合理地選擇分段高度和臨時(shí)礦柱的結(jié)構(gòu)參數(shù),有效地控制回采時(shí)頂板和上盤圍巖的暴露面積,因而能用于開(kāi)采礦石和圍巖中等穩(wěn)固以上的礦體,但采用該方法回采后留下的礦柱和采空區(qū),隨著回采工作的推進(jìn),空區(qū)體積越來(lái)越大,暴露時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng),同時(shí)開(kāi)采深度也越來(lái)越大,其地壓將隨著不斷增加,必然出現(xiàn)空區(qū)局部冒落、礦柱變形破壞,使相鄰采場(chǎng)維護(hù)困難等地壓現(xiàn)象,有可能從高應(yīng)力(特別是拉應(yīng)力)部位或工程地質(zhì)條件較差(如軟弱夾層、破碎帶)的部位為突破口,發(fā)生大面積突發(fā)性冒落和構(gòu)造性結(jié)構(gòu)巖移。從平銅井下地下活動(dòng)規(guī)律分析也證實(shí)了這點(diǎn)。

二是回采率低影響礦山的長(zhǎng)遠(yuǎn)生產(chǎn)。平銅從-35m中段始開(kāi)采下延到現(xiàn)-505m中段水平,由于受采礦方法限制,為了保證回采安全,支承采空區(qū),礦柱尺寸逐步增大,實(shí)際回采率從一期85%——二期72%——現(xiàn)有三期50%左右。中段開(kāi)采下降速度變快,影響到礦山總體服務(wù)年限。

三是干式廢石充填空區(qū)難以達(dá)到科學(xué)治理空區(qū)的目的。1992年礦山為了控制采空區(qū)冒落,委托湖南長(zhǎng)沙有色金屬研究所進(jìn)行采礦的改進(jìn)、空區(qū)治理項(xiàng)目研究,采礦方法由小分段空?qǐng)龇ㄗ優(yōu)榉侄慰請(qǐng)霾傻V嗣后干式廢石充填,此方法的改進(jìn),一時(shí)解決了當(dāng)時(shí)空區(qū)的暫時(shí)穩(wěn)定,解決了廢石地面堆場(chǎng)問(wèn)題,環(huán)保廢渣不出坑的要求,但隨著開(kāi)采深度的增加,廢石回充空區(qū)有利有弊的問(wèn)題顯現(xiàn),空區(qū)充填后難以維穩(wěn),一些構(gòu)造性的地壓現(xiàn)象在不同區(qū)域多次顯現(xiàn),使采場(chǎng)多個(gè)坍塌。

四是深部安全開(kāi)采的各項(xiàng)成本大幅上升。由于近幾年采場(chǎng)的頂板冒落和回采礦房的坍塌,為了確保生產(chǎn)平衡,生產(chǎn)投入的中深孔、掘進(jìn)工程量明顯增加,其中,中深孔2012年為59000m,2014年為120000m,凈增61000m；地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、巖性破碎,支護(hù)工序由事后變?yōu)槭虑?使采場(chǎng)回采準(zhǔn)周期延長(zhǎng),巷道維護(hù)費(fèi)用增加,其中,支護(hù)的工程量成倍增加,2012年僅噴、錨、網(wǎng)支護(hù)為5979m2,2013年為10579m2,2014年1月到9月為8562m2,同比增加4600m2；深部開(kāi)采生產(chǎn)下移,多中段接力排水、通風(fēng)等系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用等也隨著增加。

五是提升瓶頸制約深部生產(chǎn)穩(wěn)定?；旌闲偷膯我回Q井提升,隨著提升高度的增加,加上設(shè)備逐年老化,給穩(wěn)定安全生產(chǎn)、確?？煽刻嵘岢隽烁咭蟆?/p>

六是作業(yè)人員不穩(wěn)定,作業(yè)技能人員出現(xiàn)緊缺狀況。由于礦山行業(yè)的特殊性,崗位人員流失較多；崗位風(fēng)險(xiǎn)程度高的、技能操作要求高的、勞動(dòng)強(qiáng)度較強(qiáng)的人員,如機(jī)動(dòng)、支護(hù)、耙裝等人員缺失較多,給安全生產(chǎn)的穩(wěn)定管理帶來(lái)不利。

以上諸多因素,要穩(wěn)定生產(chǎn)關(guān)鍵在于安全的穩(wěn)定、開(kāi)采的穩(wěn)定、效益的穩(wěn)定。做好開(kāi)采中段的有針對(duì)性措施至關(guān)重要。

三、采取的措施

對(duì)礦山進(jìn)行采礦結(jié)構(gòu)調(diào)整、充填方式轉(zhuǎn)變,從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)采的安全生產(chǎn)穩(wěn)定,需多投入增加采掘工程800標(biāo)米/年和處理空區(qū)5.5萬(wàn)m3(充填成本34.61元/t)的費(fèi)用,兩項(xiàng)估算直接投入費(fèi)用近310萬(wàn)元,使采礦成本大幅上升；如何應(yīng)對(duì)不利,處理好安全與效益、安全與生產(chǎn)、安全與技術(shù)的關(guān)系,推進(jìn)礦山安全長(zhǎng)效,須采取必要的措施。

第一,結(jié)合礦山井下現(xiàn)狀,切斷區(qū)域坍塌活動(dòng)的相互連通,固架筑柱。-385米水平以下的東部和中部作為重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行尾砂膠結(jié)充填,東部為101′采場(chǎng),中部為4′04采場(chǎng)；在縱向上,增強(qiáng)001與604′所預(yù)留的支柱的穩(wěn)定。同時(shí)阻隔東部與上部陷落區(qū)直接連通。

第二,選擇重點(diǎn),進(jìn)行有序充填。對(duì)東部首要是對(duì)-505m101′采場(chǎng)進(jìn)行膠結(jié)充填,后充填-445m101′采場(chǎng),為開(kāi)采-505m1′03采場(chǎng)作前期穩(wěn)固工序；中部控制的重點(diǎn)應(yīng)為4′線至2線,充填實(shí)施可結(jié)合解決生產(chǎn)廢石的部分量進(jìn)行,先對(duì)-445m 4′04采場(chǎng)的采后空區(qū)底部進(jìn)行尾砂膠結(jié),上部進(jìn)行廢石矸式充填；-505m402′采場(chǎng)進(jìn)行全尾砂膠結(jié),以阻斷頂柱坍塌下陷；西部區(qū)域,主要還是要控制8線左右側(cè)的穩(wěn)定,在-445m中段8線兩相鄰逐個(gè)回采結(jié)束時(shí),分別對(duì)間柱兩側(cè)進(jìn)行尾砂膠結(jié),增加間柱穩(wěn)定；在-505m中段的采場(chǎng)實(shí)施分隔膠結(jié)和廢石充填。

第三,有益置換。進(jìn)行全部充填采場(chǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整,掘進(jìn)等相關(guān)工程費(fèi)用會(huì)增加很多,礦山運(yùn)行成本上升,要同時(shí)兼顧安全與企業(yè)效益,不能一概全變。對(duì)品位較好的采場(chǎng)要部分置換,如東部的505m1′03采場(chǎng)和中部的200采場(chǎng)。

第四,采充并行,開(kāi)拓先行,逐步推進(jìn)礦山安全生產(chǎn)。為了能確保采場(chǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整后的生產(chǎn)安全平衡,首要規(guī)劃是把-505m中段作為整個(gè)充填方式改變后的技術(shù)安全轉(zhuǎn)變的鏈接。由此,必須加快-565m中段開(kāi)拓工程和采準(zhǔn)進(jìn)度,使東部采場(chǎng)及早出礦。延長(zhǎng)-445m中段出礦服務(wù)時(shí)間,盡可能組織-505m中段生產(chǎn)出礦。保證生產(chǎn)全線轉(zhuǎn)入-505m以下后生產(chǎn)規(guī)模能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo),持續(xù)礦山安全生產(chǎn)。

第五,繼續(xù)與科研院所合作,進(jìn)行“優(yōu)化充填采礦的結(jié)構(gòu)參數(shù)項(xiàng)目研究”,優(yōu)化調(diào)整礦柱尺寸,消化充填結(jié)構(gòu)調(diào)整后所增加的掘進(jìn)工程,使萬(wàn)噸采準(zhǔn)比保持(或低于)現(xiàn)技術(shù)指標(biāo),切實(shí)提高礦塊回采率。

四、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)后的達(dá)到效果

礦山將空?qǐng)龇ㄞD(zhuǎn)換為充填開(kāi)采,保證礦山安全生產(chǎn),控制地表巖移,提高資源回收率,從而延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限。在從局部地段的嗣后廢石充填改變?yōu)槲采澳z結(jié)充填,逐步達(dá)到采后采場(chǎng)空區(qū)的穩(wěn)定；從柱子加固穩(wěn)定,漸進(jìn)為礦房回采穩(wěn)定,達(dá)到整個(gè)中段開(kāi)采穩(wěn)定,在深部整個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)采礦方法的真正轉(zhuǎn)變。