某礦山古采區(qū)伏槽礦采礦方法優(yōu)化選擇

郭　明,楊新華,程茸榮,黃昌全

(1.江西銅業(yè)股份有限公司永平銅礦，　江西 上饒市　334506； 2.湖南煤田地質(zhì)局油氣資源勘探隊(duì),　湖南 長(zhǎng)沙 　410014； 3.廣東大寶山礦業(yè)公司，　廣東 韶關(guān)市　 512127；4.廣西華錫集團(tuán)股份有限公司銅坑礦，　廣西 河池市　 547200)

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某礦山古采區(qū)伏槽礦采礦方法優(yōu)化選擇

郭明1,楊新華2,程茸榮3,黃昌全4

(1.江西銅業(yè)股份有限公司永平銅礦，江西 上饒市334506； 2.湖南煤田地質(zhì)局油氣資源勘探隊(duì),湖南 長(zhǎng)沙 410014； 3.廣東大寶山礦業(yè)公司，廣東 韶關(guān)市 512127；4.廣西華錫集團(tuán)股份有限公司銅坑礦，廣西 河池市 547200)

摘要：某礦山為提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，延長(zhǎng)礦山壽命，保證礦區(qū)作業(yè)安全，擬進(jìn)行古采空區(qū)伏槽礦等殘礦回采。根據(jù)安全可行性，技術(shù)可靠性，經(jīng)濟(jì)合理性3個(gè)指標(biāo)對(duì)回采方法進(jìn)行優(yōu)化選取。通過(guò)對(duì)比分析各采礦方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于不穩(wěn)定范圍內(nèi)殘礦使用上向進(jìn)路充填法開采，對(duì)于極不穩(wěn)定殘礦選用方框支架充填法開采。

關(guān)鍵詞：伏槽礦；采空區(qū)；充填采礦法；殘礦回采

0礦山概況

某重要鉛鋅礦山礦石品位高，開采歷史悠久，由于開采利用的時(shí)段不一，在井下遺留著古采空區(qū)，近代盜采的民采空區(qū)，及目前開采的新采空區(qū)。礦企開采前期未為對(duì)采空區(qū)進(jìn)行有效處理，受采空區(qū)影響，導(dǎo)致井下采場(chǎng)坍塌，大量礦產(chǎn)資源擠壓在采空區(qū)下不能進(jìn)行開采。隨著計(jì)劃年產(chǎn)量的提高，開采階段的加深，上階段的采空區(qū)對(duì)下階段開采作業(yè)產(chǎn)生了極大的安全隱患[1]。礦企為了生產(chǎn)安全及完成設(shè)計(jì)產(chǎn)量，擬對(duì)采空區(qū)進(jìn)行處理并最大程度開采資源，合理采掘古采區(qū)伏槽礦。根據(jù)安全可行性、技術(shù)可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性要求選擇合適的采礦方法處理采空區(qū)及開采伏槽礦。

1安全可行性

伏槽礦是采空區(qū)的充填體，并與坍塌的采空區(qū)礦柱混為一體，經(jīng)水力、氧化及自壓膠結(jié)成塊，是古礦冶爐渣和硫化礦的混合體殘礦，品位為18%，具有回收利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。礦石松散破碎，極不穩(wěn)固，開采對(duì)地表沉降影響大；部分殘礦上盤賦存黃沙，情況不明，周圍礦巖結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能參數(shù)分布規(guī)律缺乏系統(tǒng)的研究。由于礦石破碎，開采過(guò)程中允許暴露面積非常小，可能產(chǎn)生冒頂；殘礦在采空區(qū)有充填的穩(wěn)定作用，開采可能產(chǎn)生大面積地表陷落；開采過(guò)程中頂板黃砂賦存情況不明，可能產(chǎn)生流沙淹沒(méi)設(shè)備和人員。殘礦周圍存在民采空區(qū)，情況不明，開采可能造成民采區(qū)與貫通的地表水產(chǎn)生淹井事故。

對(duì)采空區(qū)和塌陷區(qū)的危害，文獻(xiàn)

[2]中提出必須先進(jìn)行采礦環(huán)境的重建工作，用人工結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性保證采礦安全的可靠性；回采過(guò)程嚴(yán)格控制暴露面積；回采過(guò)程遇有黃砂時(shí)，可采用注漿方法重建采礦環(huán)境，回采工作面周圍的采空區(qū)應(yīng)預(yù)先進(jìn)行充填保證回采巖巷的穩(wěn)定性。同時(shí)陳慶發(fā)等人提出了采空區(qū)協(xié)同利用機(jī)制[3-5]，區(qū)別于采空區(qū)傳統(tǒng)的充填、崩落、支撐、封閉等處理方法，在維護(hù)采空區(qū)穩(wěn)定的同時(shí)將采空區(qū)加以利用，如作為部位工程巷道，或者堆積礦山固體廢棄物等。

殘礦回采采礦方法的基本要求：建立良好、安全的工作條件；充分、合理、高效的開采地下礦產(chǎn)資源。生產(chǎn)能力大，勞動(dòng)生產(chǎn)率高；生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高。

綜合上述幾點(diǎn)，選擇殘礦的開采方法有以下4種：分層崩落法，上向進(jìn)路充填法，進(jìn)路支架充填法以及下向分層膠結(jié)充填采礦法。本文將對(duì)該4種方法進(jìn)行比較，選擇可開采伏槽礦的合理方法。

2技術(shù)可靠性

2.1分層崩落法與充填法比較

對(duì)于伏槽礦的開采，礦石極不穩(wěn)固，用分層崩落開采方法、下向分層膠結(jié)充填法、上向進(jìn)路充填法與方框支架充填法都能實(shí)現(xiàn)對(duì)破碎松散礦體的開采。分層崩落開采方法是在人工假頂下作業(yè)的，回采自上而下分層進(jìn)行。文獻(xiàn)[6-8]研究了崩落法處理采空區(qū)的實(shí)踐案例，證實(shí)了崩落法對(duì)于一般采空區(qū)的可行性。作業(yè)時(shí)若不預(yù)先處理好采空區(qū)，則人工假頂因?yàn)椴煽諈^(qū)的存在而無(wú)法穩(wěn)定，假頂及其覆蓋層會(huì)掉入采空區(qū)中。因此，開采之前必須先回填采空區(qū)，且回采過(guò)程中需對(duì)假頂及時(shí)支撐。如回填的是干式充填料，當(dāng)回采至采空區(qū)時(shí)，回填料以自然安息角的坡度自然散開，在支撐假頂時(shí)不好控制；此外，由于支撐在松散巖體上，在同一個(gè)分層回采時(shí)難以保證假頂支柱不下沉，從而存在安全隱患。因此，最好使用膠結(jié)充填料來(lái)先處理采空區(qū)。

分層崩落法每個(gè)分層礦石采出之后，上面覆蓋的崩落巖石下移充填采礦區(qū)。對(duì)于該礦山伏槽礦的開采來(lái)說(shuō)，其上部為采空區(qū)和軟弱地層；開采活動(dòng)將加劇采空區(qū)失穩(wěn)和引起地表的塌陷，可能引發(fā)山體大滑坡。因此，從安全的角度出發(fā)，該類殘礦不適合采用分層崩落法。

充填采礦法與分層崩落法一樣，需處理采空區(qū)重建采礦環(huán)境后才能進(jìn)行開采，充填采礦法與分層崩落法相比，其優(yōu)點(diǎn)是有利于采場(chǎng)的安全管理，保護(hù)地表不沉陷，減少了廢石排出地表對(duì)環(huán)境的污染；缺點(diǎn)是生產(chǎn)能力較小，成本相對(duì)較高。

2.23種充填法方案比較

2.2.1下向分層膠結(jié)充填法

下向分層膠結(jié)充填法在整體膠結(jié)充填體頂板(假頂) 下作業(yè)，特別適用于礦石價(jià)值高、礦巖松軟破碎、地面不允許崩落情況下的礦床開采。當(dāng)?shù)V巖極不穩(wěn)固時(shí)，整體穩(wěn)固的頂板提供了安全的作業(yè)條件。假頂依靠膠結(jié)充填料本身的強(qiáng)度及與圍巖的摩擦力來(lái)支撐，如果在開采之前不處理已有采空區(qū)，則假頂在采空區(qū)邊界缺乏支撐而無(wú)法穩(wěn)定。如果對(duì)采空區(qū)預(yù)先回填，則在回采時(shí)可以穿過(guò)采空區(qū)，使假頂穿過(guò)采空區(qū)形成一個(gè)整體，保證假頂?shù)膹?qiáng)度，回填料起到一個(gè)造假頂所需的作業(yè)平臺(tái)的作用。因此，使用下向分層膠結(jié)充填法時(shí)，需預(yù)先回填采空區(qū)。對(duì)于礦山來(lái)說(shuō)，由于目前生產(chǎn)任務(wù)緊迫，不能全部處理采空區(qū)后再回采該部分殘礦，采用該采礦方法從安全角度來(lái)說(shuō)不可??；其次，該采礦方法成本比上向進(jìn)路充填法高。

該法的優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)路的方向、位置及數(shù)量可以根據(jù)地質(zhì)、礦床變化情況進(jìn)行調(diào)整，靈活性大；根據(jù)充填情況好壞，可使上部階段和地表不變形或少變形。缺點(diǎn)：工藝較復(fù)雜，充填成本較高，礦塊單位面積產(chǎn)量較低。

2.2.2上向進(jìn)路充填法與方框支架充填法對(duì)比

上向進(jìn)路充填法的回采工作是在進(jìn)路中進(jìn)行的，暴露面積小，進(jìn)路只進(jìn)行少量支護(hù)，適合于不穩(wěn)固礦體的開采。而方框支架充填法是在方框支架的保護(hù)下進(jìn)行開采的，暴露面積更小，適合于極不穩(wěn)固礦體的開采。但方框支架充填法比上向進(jìn)路充填法生產(chǎn)能力小，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，開采成本高。

2.2.34種采礦方案對(duì)伏槽礦的適用評(píng)價(jià)

(1) 分層崩落法：由于不利于地表保護(hù)，且開采過(guò)程需使用大量木材，可能造成自燃現(xiàn)象，雖然在技術(shù)上可靠，但在安全上不可靠，不宜采用。

(2) 下向膠結(jié)充填采礦法：雖然在技術(shù)上可行，且能有效控制地表沉降，但生產(chǎn)成本較高，且礦山尚未形成充填系統(tǒng)，且上部殘礦情況目前不清楚，不利于邊采邊探，因此，目前也不宜使用，但礦山充填系統(tǒng)形成后也可以考慮使用這種采礦方法。

(3) 上向進(jìn)路充填采礦法：該方法能有效控制地表沉降，生產(chǎn)效率比方框支架充填法高，生產(chǎn)成本比方框支架充填法低，但要求礦石允許有一定的暴露面積，對(duì)于不穩(wěn)定范圍內(nèi)的殘礦，推薦使用上向進(jìn)路充填采礦法開采。

(4) 方框支架充填法：該方法能有效控制地表沉降，對(duì)于極不穩(wěn)固類的殘礦，能保證回采過(guò)程中的安全。

伏槽礦的開采需在采空區(qū)治理采礦環(huán)境重建后進(jìn)行，根據(jù)目前開采條件，對(duì)于極不穩(wěn)固的殘礦，推薦選用方框支架充填法開采；對(duì)于不穩(wěn)固范圍內(nèi)的殘礦，推薦使用上向進(jìn)路充填采礦法開采。管理輸送充填系統(tǒng)形成后，可考慮用下向膠結(jié)充填采礦法回采極不穩(wěn)固的殘礦。

2.3經(jīng)濟(jì)合理性研究

按標(biāo)準(zhǔn)采場(chǎng)(40 m×5 m×20 m)為例計(jì)算，對(duì)上向進(jìn)路充填采礦法和方框支架充填法2種方案進(jìn)行主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)的對(duì)比。根據(jù)采準(zhǔn)工程成本，充填成本，采礦成本，車間成本核算開采成本，比較分析標(biāo)準(zhǔn)采場(chǎng)出礦經(jīng)濟(jì)值與開采成本值，得出上向進(jìn)路充填采礦法和方框支架充填法開采伏槽礦可獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

3結(jié)論

(1) 通過(guò)回采伏槽礦及其他類殘礦，使得礦山資源最大化被利用，同時(shí)礦山能夠獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，彌補(bǔ)重建采礦環(huán)境的費(fèi)用。

(2) 采用充填法可以為回采殘礦及向下延伸開

采創(chuàng)造良好采礦環(huán)境，除去冒頂，礦區(qū)塌陷等安全隱患，保證采礦作業(yè)的安全。

(3) 通過(guò)對(duì)比各種回采方法的安全可行性，技術(shù)可靠性，經(jīng)濟(jì)合理性，對(duì)于不穩(wěn)定范圍內(nèi)殘礦和極不穩(wěn)定殘礦分別選用上向進(jìn)路充填法開采和方框支架充填法開采。

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作者簡(jiǎn)介：郭明(1988-)，男，江西贛州人，助理工程師，主要從事采礦充填工藝，Email:670176748@qq.com。