探析地下礦山采礦方法及技術(shù)

暢偉峰

摘 要：我國(guó)地下礦產(chǎn)資源豐富，采礦方法及技術(shù)多種多樣。本文根據(jù)筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我國(guó)地下礦山采礦方法及技術(shù)進(jìn)行了概括。全文首先綜述了我國(guó)主要地下礦山采礦方法，然后結(jié)合筆者工作經(jīng)驗(yàn)主要探討上向水平分層尾砂膠結(jié)充填法和無(wú)底柱分段崩落法在實(shí)際工作中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：上向水平分層尾砂膠結(jié)充填法；無(wú)底柱分段崩落法；發(fā)展趨勢(shì)；地下礦山

中圖分類號(hào)：TD853 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）15-0155-01

我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，同時(shí)市場(chǎng)需求量大。隨著市場(chǎng)的發(fā)展，地下采礦行業(yè)日益興盛，但如何降低生產(chǎn)成本、提高效益，面對(duì)不同地質(zhì)、巖層選擇怎樣的施工方法一直是困擾礦產(chǎn)企業(yè)的難題。因此對(duì)當(dāng)前常用的采礦方法進(jìn)行探究和分析就顯得十分必要。

1 我國(guó)地下礦山常見(jiàn)采礦方法

1.1 崩落采礦法

崩落法是我國(guó)地下礦山常用的采礦方法，通過(guò)自然、強(qiáng)制崩落頂板圍巖填充開(kāi)采過(guò)程中的空區(qū)，對(duì)地壓進(jìn)行控制。具有效率高、成本低、工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)在20世紀(jì)60年代逐步推廣應(yīng)用，在20世紀(jì)80年代取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，提高了生產(chǎn)效率，降低了采礦成本。崩落采礦法主要分為無(wú)底柱分段采礦法、有底柱分段崩落法、自然崩落法等。

無(wú)底柱分段崩落法是將礦塊劃分分段，在分段進(jìn)路中進(jìn)行落礦、出礦等作業(yè)，無(wú)需設(shè)置專用的出礦底部結(jié)構(gòu)。分段內(nèi)劃分為上下兩段，上段設(shè)置鑿巖通風(fēng)進(jìn)路，下段設(shè)置鑿巖出礦進(jìn)路。段間設(shè)置為棱形布置，按分段落礦、出礦，通過(guò)進(jìn)路端部崩落的空隙起到通風(fēng)作用。有底柱崩落法指的是將礦體自上而下分為若干段，礦石自下而上的逐層回采或按一定順序用強(qiáng)制崩礦或利用地壓與礦石自重落礦，單步驟連續(xù)回采。二次破碎、放礦、搬運(yùn)等步驟均在底柱開(kāi)槽的專門巷道中完成，底柱隨下一分段一起采出[1]。圍巖在回采過(guò)程中自然或強(qiáng)制崩落，在崩落的覆巖下放礦；自然崩落法指的是將礦體分為高差較大的階段并形成一定的傾角，在下盤巖石中放礦漏斗，沿礦體走向中深孔拉底，利用礦體本身結(jié)構(gòu)固有的分布特征和低強(qiáng)度特性在礦塊底部設(shè)置崩落區(qū)。崩落區(qū)側(cè)部和上盤邊界設(shè)置切割幫槽。如礦石崩落面達(dá)到下盤漏斗標(biāo)高，則下盤漏斗底層開(kāi)始拉底，使崩落繼續(xù)向上。

1.2 空?qǐng)霾傻V法

空?qǐng)霾傻V法是我國(guó)應(yīng)用最早，技術(shù)發(fā)展最成熟的采礦方法，具有成本低、生產(chǎn)效率高、用時(shí)短、布置容易等優(yōu)點(diǎn)。在近幾年的發(fā)展中，空?qǐng)霾傻V法結(jié)構(gòu)趨向于簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，支護(hù)手段更為全面，與充填法組合應(yīng)用，參數(shù)不斷增大，生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。其主要方法有房柱采礦法、全面采礦法、分段空?qǐng)龇?、階段空?qǐng)龇ǖ取?/p>

房柱采礦法指的是采用片石砌筑人工礦拄或自然礦拄與礦房交替布置，采用階梯式落礦，由下向上推進(jìn)回采。近年來(lái)這一方法發(fā)展迅速，良山鐵礦采用了錨桿預(yù)控頂中深孔房柱法進(jìn)行了回采。首先利用淺孔切頂將礦房頂部全部拉開(kāi)，按頂板圍巖破壞情況進(jìn)行錨桿支護(hù)，做預(yù)控頂板，然后在鑿巖上山利用中深孔落礦進(jìn)行回采；全面采礦法指的是根據(jù)采場(chǎng)地壓，利用礦石礦拄控制頂板圍巖的暴露面積。一般應(yīng)用于礦體厚度在5～7米的水平或緩傾斜礦體，要求礦體傾角在30°以下；分段空?qǐng)龇ㄖ傅氖欠旨?jí)鑿巖及分段巷道進(jìn)行端部出礦。第一分段進(jìn)行爆破落礦，做成礦石墊層，其他分段進(jìn)行爆破落礦和出礦。從回采進(jìn)路端部切割立槽打垂直扇形中深孔，逐步崩落礦石，利用裝載機(jī)在礦石墊層覆蓋的空?qǐng)鰲l件下出礦。每個(gè)步距崩下的礦石到達(dá)操作位置眉線，眉線以外的礦石在下一階段回收；階段空?qǐng)龇ㄊ欠侄慰請(qǐng)龇òl(fā)展而來(lái)，采用大直徑深孔采礦技術(shù)，以高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)鑿巖，高威力乳化炸藥崩礦，以高階段深孔落礦技術(shù)進(jìn)行階梯段爆破。在運(yùn)輸?shù)确矫媾c分段空?qǐng)龇ɑ鞠嗤琜2]。

1.3 充填法

充填采礦法是由廢石充填采空區(qū)的干式充填法發(fā)展而來(lái)，分為上向進(jìn)路充填采礦法、上向水平分層充填采礦法、下向分層進(jìn)路充填采礦法、階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ǖ?。充填采礦法屬于人工支護(hù)采礦法，隨采礦工作的進(jìn)行不斷向采空區(qū)填入材料，控制圍巖崩落、地表移動(dòng)、地壓異常，在充填體上或在其保護(hù)下作業(yè)。這一方法多用于圍巖不穩(wěn)定、開(kāi)采條件復(fù)雜及深部開(kāi)采等高難度作業(yè)。

上向進(jìn)路充填法一般不劃分礦房和礦柱，自下而上的分層回采，每一層均在掘進(jìn)分層聯(lián)絡(luò)道后回采。進(jìn)路一般為垂直走向或分層全高沿走向。第一批進(jìn)路回采結(jié)束后立即充填接頂，再回采、充填另一批進(jìn)路。在整個(gè)分層回采、充填完成后進(jìn)路回采上一層。這一方法作業(yè)安全，效率高但工藝較為復(fù)雜；上向水平分層充填采礦法是將礦房垂直或傾斜的劃分為不同層級(jí)，由下而上的回采，每層采完后即進(jìn)行充填并構(gòu)筑礦溜井和行人天井。礦塊中預(yù)留天井，進(jìn)行運(yùn)輸、通風(fēng)及人員行走。鑿巖、出礦、充填等均是回采的一部分；下向分層充填法是自上而下的逐層回采、充填。當(dāng)10°～15°的傾角時(shí)，在礦塊中布置礦石溜井、行人天井等。礦石沿溜井運(yùn)至下階段運(yùn)輸巷道，充填料從上部階段運(yùn)至巷道由充填井進(jìn)入采場(chǎng)?；夭煞謱訒r(shí)切割巷道，用進(jìn)路或長(zhǎng)臂工作面回采礦石。這一方法主要用于圍巖穩(wěn)定性差的礦體，也可回采礦拄；階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄖ傅氖强請(qǐng)霾傻V法和充填采礦法相結(jié)合的采礦方法，先按照空?qǐng)霾傻V法進(jìn)行開(kāi)采，階段結(jié)束后再進(jìn)行充填。

2 無(wú)底柱分段崩落法和上向水平分層尾砂膠結(jié)充填法

2.1 無(wú)底柱分段崩落法實(shí)例

以黃石市某地下礦山開(kāi)采為例，其平均厚度為11.4米，水平厚度在6～30米之間，礦體傾角在20°～65°之間，主要成分為磁鐵礦、黃銅礦等。礦體結(jié)構(gòu)受接觸構(gòu)造控制，以似層狀為主。因礦山礦體為緩坡中厚礦體，各分段起始位置在上段未崩落區(qū)，無(wú)上部覆巖。因分段上盤開(kāi)始區(qū)段具有崩落圍巖和放頂釋放地壓的功能，為確保采場(chǎng)穩(wěn)定性將邊孔角進(jìn)行了一定的縮小，崩礦炮排設(shè)置為矩形排面，進(jìn)行了分段開(kāi)采，組合方框等方法。在中間位置和分段上盤的出礦方式上，設(shè)計(jì)了垂直分區(qū)，根據(jù)礦體傾角厚度不同，人造2個(gè)及以上的垂直放礦分段，起到轉(zhuǎn)移礦量、殘留礦石的作用，降低了礦山礦石的貧化[3]。

2.2 上向水平分層尾砂膠結(jié)充填法實(shí)例

山東昌邑鄭家坡鐵礦礦山開(kāi)采技術(shù)條件為總體傾角10°～36°，因含水層、地表良田不允許崩落，礦體厚度在2～20米之間，夾層厚度2～15米，圍巖中等穩(wěn)固，巖體條件復(fù)雜，設(shè)計(jì)方案為上向水平分層尾砂膠結(jié)充填法和階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?。上向水平分層尾砂膠結(jié)充填法，采場(chǎng)先采切，兩端做天井和采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道。礦山設(shè)置充填孔，中段設(shè)充填管道。采區(qū)內(nèi)在高度上錯(cuò)開(kāi)回采，采場(chǎng)自下而上進(jìn)行回采，回采后進(jìn)行充填。充填料由管道至各采場(chǎng)作業(yè)點(diǎn)充填。充填擋墻的厚度、砼澆筑等可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)減少，預(yù)留泄水孔，溢流泄水[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

地下礦山開(kāi)采是我國(guó)礦產(chǎn)開(kāi)采的重要組成部分，開(kāi)采方法、技術(shù)是影響效益的主要因素，需要我們?cè)诜桨傅倪x擇中予以重視，熟知各種方法的優(yōu)劣。隨著科技社會(huì)發(fā)展，環(huán)保低碳理念在開(kāi)采中進(jìn)一步發(fā)展，充填法的應(yīng)用會(huì)更為廣泛。近幾年，人工智能發(fā)展迅速，為機(jī)械化、自動(dòng)化的開(kāi)采提供了可能。在機(jī)械日新月異的發(fā)展下，傳統(tǒng)開(kāi)采技術(shù)必將迎來(lái)新一輪的革新；我們要改進(jìn)舊技術(shù)，開(kāi)發(fā)科技含量更高的新技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]閔元波.非煤地下礦山采礦工藝在環(huán)境保護(hù)方面的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2016，（7）：144-145.

[2]劉允秋，王廣文.地下礦山極堅(jiān)硬礦巖中深孔采礦降低大塊率措施[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015，（12）：04-07.

[3]閔元波.非煤地下礦山采礦施工安全控制管理探討[J].中國(guó)科技縱橫，2016，（6）：162-163.

[4]侯志明，王新喬，侯志超，等.下向分層膠結(jié)充填采礦法在我國(guó)巖金地下礦山的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016，（5）：81.endprint