分層崩落采礦法回采急傾斜破碎中厚富錳礦體

傅 林

（云南省鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司，云南 鶴慶 671500）

采 礦

分層崩落采礦法回采急傾斜破碎中厚富錳礦體

傅 林

（云南省鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司，云南 鶴慶 671500）

主要介紹急傾斜破碎中厚富錳礦體用脈外采準(zhǔn)、金屬網(wǎng)木地梁假頂下向分層崩落采礦法回采時(shí)的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)、采準(zhǔn)切割布置、回采工藝、采場(chǎng)地壓控制技術(shù)、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、材料消耗、評(píng)價(jià)及改進(jìn)意見(jiàn)。

錳礦山；地壓控制；脈外采準(zhǔn)分層崩落法

云南省鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司小天井西區(qū)Ⅲ號(hào)礦體屬急傾斜破碎中厚富氧化錳礦體，經(jīng)多方案論證，在1999年6月至2001年9月用脈外采準(zhǔn)、金屬網(wǎng)木地梁假頂下向分層崩落采礦法進(jìn)行試采研究。之后又在公司2570中段702采、703采，2530中段301采、302采、303采，3510中段401采、402采、403采全面推廣應(yīng)用至今，均取得了滿意的效果，達(dá)到了在安全條件下最大限度地回采富錳礦石的目的。方法主要特點(diǎn)是：下盤設(shè)脈外井、分層聯(lián)絡(luò)平巷、分層聯(lián)絡(luò)小井及分層平巷布置在分層礦體中央的采準(zhǔn)方式，金屬網(wǎng)木地梁假頂護(hù)頂，按分層高自上而下逐層控爆落礦回采至礦石采完出凈。

1 采區(qū)礦體賦存條件

礦體賦存于三迭統(tǒng)松桂組上段（T3sh2-2）灰綠色泥巖與松桂組下段（T3sh2-1）礫灰?guī)r之過(guò)渡帶，屬Ⅲ號(hào)礦體。礦體為二氧化錳礦，品位43.18％ ～ 58.1％，厚度5.2 ～ 10.0 m，傾角45（o） ～ 88（o），礦體不穩(wěn)（f = 4 ～ 6），西高東低，斜長(zhǎng)30 ～ 60 m，走向長(zhǎng)150 m，呈透鏡體產(chǎn)出，體重3.0 t/m3。

礦體頂板為泥巖、破碎灰?guī)r。泥巖磷片狀，遇水泥化，易離層片邦，f = 3 ～ 4。底板為灰?guī)rf = 8 ～10。礦巖界線明顯，接觸面光滑平整，是典型的軟弱結(jié)構(gòu)面。

采區(qū)礦體頂板有F斷層沿礦體上盤時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，F(xiàn)斷層距礦體近時(shí)，礦體上盤為泥巖；F斷層離礦體頂板遠(yuǎn)時(shí)，礦體頂板為破碎灰?guī)r。礦體上盤為F4斷層，斷層面淋水，礦體易隨斷層面發(fā)生泥土狀散體塌落。采區(qū)內(nèi)有多條探井、穿脈和沒(méi)脈平巷，中部有高10 m、長(zhǎng)8 m、寬4 m冒頂空洞，60％的分層回采均在舊巷（或空洞）中。

2 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)及回采

2.1 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)

采場(chǎng)沿走向布置，礦房水平長(zhǎng)度20 ～ 50 m，寬5 ～ 11.5 m，階段高30 ～ 40 m，分層高2.5 ～ 2.8 m，分層平巷（進(jìn)路）上寬2.0 m（1.8 m），下寬2.4 m（2.2 m），采場(chǎng)無(wú)間柱，無(wú)頂柱，如圖1所示。

2.2 采準(zhǔn)切割工程布置［1］

按圖1所示，在采場(chǎng)中部（或礦體厚大部位）距礦體底板5 ～ 6 m，從2570穿脈運(yùn)輸平巷側(cè)邦平行礦體底板上掘采場(chǎng)脈外天井與2610回風(fēng)平巷相通。自首采分層起，自上而下2.5 m劃分分層，并在脈外井內(nèi)按兩個(gè)分層高（5.0 m）布分層聯(lián)絡(luò)平巷及分層聯(lián)絡(luò)小井，分層礦體中央布分層平巷，形成分層人行、通風(fēng)、出礦、進(jìn)料系統(tǒng)。

切割則是垂直分層平巷掘進(jìn)路至礦體上下盤，千噸采掘比為16.2 m/kt。

2.3 回采

回采按分層高2.5 m自上而下逐層進(jìn)行，分層內(nèi)從兩翼向中央退采，每一分層回采作業(yè)包括落礦、支護(hù)、出礦、金屬網(wǎng)木地梁假頂鋪設(shè)、放頂?shù)茸鳂I(yè)工序。

2.3.1 分層高度

分層高度是該法的一個(gè)重要參數(shù)，他影響到采切工程量大小，采場(chǎng)生產(chǎn)能力、勞動(dòng)生產(chǎn)率、貧化率、損失率和采礦成本。結(jié)合采區(qū)礦石穩(wěn)固性、落礦方式、支護(hù)材料供應(yīng)條件及舊有探礦沿脈位置，分層高選定2.5 m進(jìn)行試采（或應(yīng)用），結(jié)果表明分層高2.5 ～ 2.8 m為佳。

圖1 分層崩落采礦法采準(zhǔn)切割工程布置

2.3.2 分層回采

礦體分層回采是把分層平巷布置在分層礦體中央（如圖1示），由分層平巷兩端分別向礦體上下盤掘進(jìn)路到礦體頂?shù)装?。之后，依次進(jìn)路式退采至分層聯(lián)絡(luò)平巷，將分層兩則礦石全部橫采下來(lái)，即分層回采結(jié)束。

2.3.3 鑿巖

鑿巖為正面鑿巖，鑿巖機(jī)選用YT-24型鑿巖機(jī)，一字型鉆頭，直徑為?38 ～ 42 mm ，炮眼根據(jù)礦石軟硬程度布置，如圖2所示，炮眼深度視地梁長(zhǎng)短，一般為1.5 ～ 1.8 m，炮孔崩礦量1.2 t/m，鑿巖臺(tái)班效率30 ～ 35 t/臺(tái)班，鑿巖工效14.5 m/工班。

2.3.4 爆破

爆破采用多段管（12 ～ 14段），限藥量（最大段藥量不超過(guò)0.9 kg） 控制技術(shù)進(jìn)行爆破落礦。炸藥為2號(hào)巖石粉狀銨銻炸藥，直徑?32 mm，長(zhǎng)200 mm，每卷藥量150 g，炮眼填塞長(zhǎng)度 0.3 ～ 0.4 m［2］。裝藥完畢，將各工業(yè)非電秒塑料導(dǎo)爆管腳線拉攏捆成一束，用一發(fā)磁電雷管配子母銅錢連接起爆器起爆，炮眼利用率達(dá)98％以上。

2.3.5 出礦

出礦用人力手推車出礦?；夭蛇M(jìn)路（或分層平巷）采下礦石，用人工裝入手推車內(nèi)，人力推車卸入采場(chǎng)脈外井，經(jīng)放礦閘門放入0.75 m3側(cè)卸式礦車用3 t窄軌電機(jī)車運(yùn)出地表卸入地面礦倉(cāng)，最后用5 t東風(fēng)汽車將礦倉(cāng)礦石倒運(yùn)至人工手選廠選礦、銷售。

2.3.6 支護(hù)

工作面支架是用未暫時(shí)維護(hù)回采工作空間的。回采中工作面支架有木棚子、木立柱、金屬飄桿、木欄、木垛和礦石充填料。

分層平巷一般采用碗口節(jié)木棚子支護(hù)，間距0.6 ～0.8 m，隨分層退采，壓力加大，木棚子間距加密到0.3 ～ 0.4 m或密集支護(hù)。

進(jìn)路也以一梁兩柱木棚子支護(hù)為主，間距0.3 ～0.4 m，隨著二、三進(jìn)路的回采，對(duì)一進(jìn)路（或二進(jìn)路）壓力大的部位加單木立柱或雙木立柱加強(qiáng)支護(hù)，回采中提前暴露的地梁用木立柱先支護(hù)。

分層回采中，在上盤或采場(chǎng)東側(cè)邊角有時(shí)會(huì)殘留三角礦（如圖3所示）為回采殘留三角礦，用金屬飄桿先支護(hù)，后對(duì)分層平巷炮眼（眼深1.0 ～ 1.2 m）爆破落礦，三角礦便從頂板光滑弱面呈粉狀滑落，并同回采分層平巷礦石一起出凈。分層回采上盤（或上下分層接延處）漏（垮）頂時(shí)，用金屬飄桿支護(hù)后再處理漏頂和補(bǔ)假頂工作。還有的分層平巷與舊平沿脈巷相交，舊巷內(nèi)堆有巨塊廢石，分層平巷難于前進(jìn)，更無(wú)法鋪設(shè)金屬網(wǎng)木地梁假頂，為保證下分層回采不漏頂，也在平巷廢石堆下打金屬地飄預(yù)控底（頂）支護(hù)，見(jiàn)圖3。

圖2 軟（a）硬（b）礦層炮孔布置

圖3 金屬飄桿預(yù)控頂布置

采場(chǎng)內(nèi)有舊探井和穿脈。井內(nèi)充滿廢石和礦石，嚴(yán)重影響每一個(gè)分層的回采和金屬網(wǎng)木地梁假頂鋪設(shè)，于是用木欄對(duì)舊天井進(jìn)行側(cè)封，經(jīng)兩個(gè)分層對(duì)舊天井側(cè)封支護(hù)，便可讓舊天井全部消失，實(shí)現(xiàn)分層正?；夭伞Ｅf穿脈用木欄支護(hù)，控制了上盤片邦廢石涌入采區(qū)，避免礦石貧化。

舊巷頂上分層回采中，提前用木支架和木垛支護(hù)舊巷后方能回采。用礦石充填（滿）原舊沿脈巷冒頂空洞（場(chǎng)），隨分層回采下降，在礦石充填體上鋪設(shè)金屬網(wǎng)木地梁假頂，并逐層回收空洞充填礦石。這些特殊支護(hù)措施有效地保證了舊巷頂上分層和采場(chǎng)空洞范圍內(nèi)的安全回采，降低了采場(chǎng)礦石損失貧化率。

2.3.7 人工假頂鋪設(shè)

1） 人工假頂材料

根據(jù)礦區(qū)材料，人工假頂選用金屬網(wǎng)木地梁假頂，假頂由地梁、金屬網(wǎng)（隔絕物）、雜物（緩沖層）和覆巖組成。

地梁小頭直徑?140 ～ 160 mm，長(zhǎng)2.6 ～ 4.0 m栗木。金屬網(wǎng)為汽車廢輪胎鋼絲，鋼絲直徑?1.4 mm，用雙根擰成一股紡織成網(wǎng)，網(wǎng)長(zhǎng)3.0 m，寬1.5 m，網(wǎng)目30 mm×30 mm ～ 40 mm×40 mm，重量5.8 kg/床。緩沖層為劈柴、箱木。覆巖是在首采分層回采中，采用小直徑接桿深孔（3.8 ～ 4.0 m）強(qiáng)制崩落采空區(qū)頂板（或自然冒落）形成，厚度4 ～ 6 m。

2） 金屬網(wǎng)木地梁假頂鋪設(shè)

分層平巷及進(jìn)路回采礦石出凈，接著沿分層平巷（或進(jìn)路）按間距0.3 ～ 0.4 m挖地梁溝，溝深為地梁直徑，溝內(nèi)鋪栗木地梁，地梁間用碎礦石充滿，地梁用搭接形式相接，接頭長(zhǎng)0.4 m，用10號(hào)鉛絲捆扎兩道，把數(shù)根地梁接成一條平直完整的長(zhǎng)地梁至礦體兩端（分層平巷內(nèi)）和礦體上下盤（進(jìn)路內(nèi)）。地梁鋪好，將金屬網(wǎng)交錯(cuò)鋪在地梁上，用3寸釘釘緊，金屬網(wǎng)間達(dá)口深0.2 ～ 0.3 m。礦體上下盤分別加長(zhǎng)、鋪金屬網(wǎng)1.0 m、0.6 m。進(jìn)路間金屬網(wǎng)用10號(hào)鉛絲編接成一整體，過(guò)棚腿時(shí)將網(wǎng)剪開(kāi)包住棚腿編平。鋪好的金屬網(wǎng)一定要（鋪）平、擰緊、不能發(fā)生彎曲和空窩，網(wǎng)上壓大塊廢石，以防錯(cuò)動(dòng)。這樣，地梁是承受崩落巖石的重量，金屬網(wǎng)則是借本身結(jié)構(gòu)將廢石隔于金屬網(wǎng)之上，將整過(guò)崩落區(qū)形成一個(gè)暫時(shí)的整體，而采空區(qū)破壞支柱，在放頂后交錯(cuò)置于金屬網(wǎng)上，形成一個(gè)有利的緩沖層，加上首采分層崩落下來(lái)覆巖層的結(jié)合就形成了完整的假頂。

2.3.8 采場(chǎng)通風(fēng)

采場(chǎng)各分層回采均為獨(dú)頭巷道作業(yè)，為解決通風(fēng)問(wèn)題，采用兩班制作業(yè)，鑿巖爆破機(jī)械通風(fēng)八小時(shí)后，在進(jìn)行支護(hù)、出礦、鋪金屬網(wǎng)木地梁假頂?shù)裙ば蜃鳂I(yè)。這樣，新風(fēng)由脈外井進(jìn)入分層聯(lián)絡(luò)平巷至采場(chǎng)工作面，工作面有毒有害氣體被稀釋沖淡，污風(fēng)靠機(jī)械通風(fēng)經(jīng)分層聯(lián)絡(luò)平巷、脈外井排到2610回風(fēng)平巷至地表。

2.3.9 采場(chǎng)地壓控制技術(shù)［3］

分層回采中，經(jīng)常發(fā)生支架破裂聲、壓彎（裂）或折斷，分層平巷兩側(cè)礦石片邦，隨回采進(jìn)路條數(shù)（暴露面積50 ～ 80 m2）增加，先采進(jìn)路金屬網(wǎng)下垂，假頂沉降0.5 ～ 1.0 m，個(gè)別地段假頂塌落，上盤泥巖片邦、冒頂、或無(wú)假頂而漏頂，回采線上壓力隨回采時(shí)間增加面加劇等等。對(duì)這些采場(chǎng)地壓活動(dòng)，我們采用的采場(chǎng)地壓控制技術(shù)如下。

1） 建造足夠厚度的覆巖

堅(jiān)持首采分層強(qiáng)制崩落頂板方法放頂，確保金屬網(wǎng)木地梁假頂上覆巖層厚度不小于4 ～ 6 m，覆巖塊度0.3 m×0.3 m×0.3 m以內(nèi)，覆巖層內(nèi)無(wú)巨塊央石和空洞。

2） 分層回采堅(jiān)持按“采三、放二、留一”的回采工作面參數(shù)放頂

進(jìn)路回采壓力向進(jìn)路推進(jìn)方向發(fā)展，當(dāng)進(jìn)路采完3條時(shí)（15 d左右。懸頂距6 ～ 7.2 m，放頂距4 ～ 5.2 m，控頂距2.0 m），第一、第二進(jìn)路個(gè)別支架出現(xiàn)傾斜、斷裂和折斷，待采進(jìn)路礦石片邦，分層平巷支架出現(xiàn)破裂。此時(shí)，維護(hù)好第三條進(jìn)路，在第二、第三進(jìn)路（即放頂區(qū)未放頂區(qū)之間）架設(shè)一排密集支柱，同時(shí)回收第一、第二條進(jìn)路可回收的木支架，對(duì)不能回收的在梁、腿（或柱）上捆扎小藥包（0.3 ～ 0.45 kg）崩斷（倒）支架梁腿同時(shí)放頂，使金屬網(wǎng)木地梁假頂失去支撐，均勻規(guī)整地降落在回采分層假頂層上。放頂后壓力能量釋放，待采工作面及分層平巷壓力突然消失，如圖4示。

圖4 有緩沖空間壓力分布情況

3） 堅(jiān)持分層平巷布置于分層礦體中央，由分層平巷兩端分別開(kāi)進(jìn)路上下盤退采至分層聯(lián)絡(luò)平巷的回采順序

這樣，分層平巷在假頂下，壓力小、維護(hù)量小，不會(huì)出現(xiàn)漏頂；而進(jìn)路回采接觸穩(wěn)固性差、壓力大的上下盤時(shí)間短（兩個(gè)班），有利地壓控制。

4） 控制爆破落礦，及時(shí)木支護(hù)采場(chǎng)假頂

爆破落礦均在巷道（分層平巷和進(jìn)路）中進(jìn)行，根據(jù)礦石軟硬程度采用不同的炮眼布置（如圖2所示）和段管（12 ～ 14段）限藥量（最大段藥量0.9 kg）控爆技術(shù)爆破落礦，確保了地梁、金屬網(wǎng)完好，工作面木支架崩不倒（斷）。爆破落礦后金屬網(wǎng)木地梁假頂暴露出來(lái)，及時(shí)用木棚（或木立柱）支護(hù)。每班進(jìn)入采場(chǎng)作業(yè)前，堅(jiān)持對(duì)采場(chǎng)木支架（木立柱）受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、加密和更換，有效地控制了采場(chǎng)地壓活動(dòng)，保證了回采安全。

5） 應(yīng)用金屬飄桿預(yù)控頂技術(shù)控制采場(chǎng)局部地壓活動(dòng)采場(chǎng)回采時(shí)，局部位置會(huì)發(fā)生小范圍地壓活動(dòng)（如漏頂、冒頂或上下分層假頂結(jié)延處垮塌等）用金屬飄桿先進(jìn)行支護(hù)控頂，使局部地壓活動(dòng)得于控制后在進(jìn)行回采作業(yè)。

3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及材料消耗

急傾斜破碎中厚富錳礦體用金屬網(wǎng)木地梁假頂分層崩落采礦法回采工藝已十多年，總采出礦量348 938 t，出礦品位46.3％，取得的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1～2。

對(duì)云南省鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司金屬網(wǎng)地梁假頂分層崩落采礦法的研究與應(yīng)用，其成效主要有以下5個(gè)方面。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表2 主要材料消耗

1） 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)顯著，平均礦石回采率93.45％，廢石混入率3.7％，礦房生產(chǎn)能力42 t/d；

2） 采場(chǎng)地壓活動(dòng)的基本特征是隨進(jìn)路回采出現(xiàn)的重力場(chǎng)頂壓，采用“采三、放二、留一”放頂步距等多種地壓控制手段對(duì)采場(chǎng)地壓進(jìn)行控制，保證了回采安全。

3） 采場(chǎng)落礦是在綜合礦層堅(jiān)固性、礦巖軟弱結(jié)構(gòu)面及3個(gè)自由面下用控制爆破技術(shù)進(jìn)行爆破落礦，爆破效果良好。

4） 該采礦方法采用脈外采準(zhǔn)，兩個(gè)分層布置一條聯(lián)絡(luò)平巷，減少了采準(zhǔn)工程量，下盤分層聯(lián)絡(luò)小井（供人行、出礦、通風(fēng)、材料出入）隨回采逐段形成，不僅取消天井維護(hù)費(fèi)用，而且增加了回采中的安全性。同時(shí)，方法結(jié)構(gòu)及回采工藝靈活，對(duì)形態(tài)多變的礦體適應(yīng)性強(qiáng)，作業(yè)簡(jiǎn)單，易于掌握。

5） 金屬飄桿預(yù)控頂技術(shù)應(yīng)用在上盤殘留礦石的回采、垮頂處理、漏頂補(bǔ)頂和無(wú)假頂條件下的分層回采量是有效的。

4 結(jié) 語(yǔ)

在生產(chǎn)過(guò)程中，有待改進(jìn)的地方主要有：采場(chǎng)出礦勞動(dòng)強(qiáng)度大，應(yīng)用法提高運(yùn)搬工作機(jī)械化程度；采場(chǎng)支護(hù)及造假頂木材耗用大，應(yīng)盡量多回收木材，同時(shí)尋求有效的材料代替木材。

［1］ 解世俊. 金屬礦床地下開(kāi)采［M］. 北京： 冶金工業(yè)出版社， 1992，（7）： 12-14.

［2］ 陶頌霖. 鑿巖爆破［M］. 北京： 冶金工業(yè)出版， 1989，（4）： 11-14.

［3］ 鄭永學(xué). 礦山巖體力學(xué)［M］. 北京， 冶金工業(yè)出版社： 1988，（9）： 13-17.

Experiment and App lication of Downward Slicing and Crumbling M ining M ethod for Steep ly Inclined Broken M edium-sized Rich M anganese Ore Body

FU Lin
（Heqing Manganese Co.，Ltd.， Heqing，Yunnan 671500，China）

The structure of workings， get-ready slicing arrangement， stoping technology， workings' ground pressure control， major technical-econom ical parameters， material consumption， assessment and improving suggestion of downward slicing and crumbling method for steeply-inclined broken medium-sized rich manganese ore body of Heqing Manganese Co.， Ltd are introduced.

Manganese m ine；Ground pressure control；Slicing and crumbling method arranged get-ready slicing project outside the m ine

TD853.391

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.03.012

2016-07-07

傅林（1969-），男，云南鶴慶人，采礦工程師，生產(chǎn)技術(shù)部部長(zhǎng)，研究方向：金屬礦山地下開(kāi)采，手機(jī)：13987247320，E-mail：308903088@qq.com.