北衙鐵金礦區(qū)露天轉(zhuǎn)地下聯(lián)合開采技術(shù)探析

張 寧

（鶴慶縣鶴慶北衙礦業(yè)有限公司，云南 大理 671507）

隨著時代的不斷發(fā)展，對于礦區(qū)露天轉(zhuǎn)地下聯(lián)合開采技術(shù)的要求也在不斷提高，為了能夠更好的分析開采技術(shù)，本文以北衙鐵金礦區(qū)為例，對具體的開采技術(shù)進(jìn)行分析，希望可以滿足開采的要求。

1 北衙鐵金礦區(qū)簡介

北衙鐵金礦區(qū)位于滇西北鶴慶縣城南部172°方向，平距47.5km，隸屬大理白族自治州鶴慶縣西邑鎮(zhèn)北衙村公所轄區(qū)。地理坐標(biāo)：東經(jīng)100°11′15″-100° 13′ 00″，北緯26°07′30″-26°10′30″，礦區(qū)交通方便。

2 北衙鐵金礦區(qū)露天轉(zhuǎn)地下聯(lián)合開采技術(shù)

2.1 礦床開采方式

2.1.1 開采方式的選擇

萬硐山礦段原為露天開采，其圍巖主要為三疊系中統(tǒng)北衙組（T2b）碳酸鹽巖、矽卡巖、石英正長斑巖、三疊系下統(tǒng)青天堡組（T1q）碎屑巖，并見有溶蝕現(xiàn)象；主要礦體賦存于破碎帶中，巖體破碎，穩(wěn)定性差；礦體頂板厚度不穩(wěn)定且屬軟弱層[1]。

2.1.2 露天轉(zhuǎn)坑下過渡方案的確定

露天采場2014年～2016年進(jìn)行三年技改擴(kuò)建,2017年～2029年為單一的露天開采，單一露天生產(chǎn)13年（不含3年技改期），2024年露天生產(chǎn)的同時并開始地下工程一期基本建設(shè)，地下工程一期建設(shè)六年，中段主要建設(shè)1350m中段、1700m中段和1500m中段部分工程，于2030年坑下形成可以達(dá)到出礦要求和安全要求的采礦系統(tǒng)并可以初步投產(chǎn)。

2.2 采礦方法

2.2.1 采礦方法選擇

（1）礦體賦存特點與影響采礦方法選擇的因素

本礦為金、鐵、銅多金屬礦床，礦石價值高；礦體頂板厚度不穩(wěn)定且屬軟弱層。礦區(qū)工程地質(zhì)屬以可溶鹽巖類半堅硬巖石為主的、工程地質(zhì)條件中等偏復(fù)雜類型的礦床。礦體及圍巖穩(wěn)固性極差，穩(wěn)固性系數(shù)f＜5，平均f=3,RQD值極低。經(jīng)過分析，其結(jié)果見表1。

表1 穩(wěn)固系數(shù)值

礦區(qū)地下涌水量十分大，開采1350m中段時正常涌水量達(dá)到31620m3/d，最大涌水量達(dá)到70866m3/d（不含采礦過程中鑿巖防塵及充填溢流水）。

所選擇的采礦方法適應(yīng)礦山的金產(chǎn)量發(fā)展和持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)要求；在進(jìn)行支護(hù)、采掘、運輸以及回采的時候，要求做到實用與高效；保持較小的采準(zhǔn)切割工作量；勞動生產(chǎn)率較高，成本偏低，能耗較少。針對情況復(fù)雜，存在較多夾石的礦體，還需要考慮到適應(yīng)性和應(yīng)變性的分析。

（2）采礦方法選擇

對于充填法類型，可選擇的采礦方法方案如下：

空場采礦嗣后充填采礦法：該方法適用于礦石圍巖中等穩(wěn)固以上的礦體；上向分層充填采礦法：該方法適應(yīng)于礦石穩(wěn)固、圍巖不穩(wěn)固的傾斜或急傾斜礦體；上向點柱式分層充填采礦法：其應(yīng)用條件和采礦工藝與上向分層充填采礦法基本相同；進(jìn)路式充填采礦法：該方法適應(yīng)于礦巖條件極不穩(wěn)固和不穩(wěn)固礦體，且礦石價值高。

綜合分析，對于本項目，設(shè)計推薦上向進(jìn)路式分層充填法。本可研設(shè)計對萬硐山礦段各標(biāo)高之間各礦體進(jìn)行了分析統(tǒng)計，統(tǒng)計計算結(jié)果見表2。

表2 礦體產(chǎn)狀統(tǒng)計結(jié)果

針對礦體產(chǎn)狀，對于上向進(jìn)路式充填采礦法，本設(shè)計又細(xì)分為如下六種類型：傾斜薄礦體上向進(jìn)路分層充填采礦法：該方法用于礦體厚度小于15m、傾角大于40°的礦體，所占比例10.20%；急傾斜中厚礦體上向進(jìn)路分層充填采礦法：該方法用于礦體厚度15～30m、傾角大于40°的礦體，所占比例4.52%；傾斜厚礦體上向進(jìn)路分層充填采礦法：該方法用于礦體厚度大于30m、傾角大于40°的礦體，所占比例5.20%；緩傾斜薄礦體上向進(jìn)路分層充填采礦法：該方法用于礦體厚度小于15m、傾角小于40°的礦體，所占比例50.06%；緩傾斜中厚礦體上向進(jìn)路分層充填采礦法：該方法用于礦體厚度小于15m～30m、傾角小于40°的礦體，所占比例24.02%；緩傾斜厚大礦體上向進(jìn)路分層充填采礦法：該方法用于礦體厚度大于30m、傾角小于40°的礦體，所占比例6.00%。

2.2.2 回采工藝

為了反映采切工程布置和較準(zhǔn)確計算采切工程量及采切比，根據(jù)礦體產(chǎn)狀將上向進(jìn)路分層充填法細(xì)分，其回采工藝基本相同，本文主要是針對——中厚及厚礦體上向進(jìn)路分層充填采礦法進(jìn)行論述

（1）礦塊構(gòu)成要素。沿著礦體，礦塊實現(xiàn)了連續(xù)性的布置，其礦塊本身的長度在80m～100m，其中中段高度為50m，中段直接劃分成為了三個部分進(jìn)行回采處理，分段的高度在18m和16m，其中三分段為18m，一分段和二分段則為16m。每一個段落包含了四個層次，并且其要求的分層開采的高度為4m，就回采進(jìn)路而言，主要是按照六邊形的方式進(jìn)行部分。在同時進(jìn)行中段開采的時候，需要考慮到上下中段交接位置本身擁有足夠的強(qiáng)度與厚度，確保開采的安全性。同時，在進(jìn)行第一分層開采的時候，就需要設(shè)置好底柱，之后再進(jìn)行從下到上的分層開采。

（2）采準(zhǔn)切割。針對中段沿著運輸平巷以及分段平巷，主要是按照礦體走向來進(jìn)行上盤和下盤的布置，通過上下盤，選擇采準(zhǔn)布置的模式，就可以從礦體的中央開刀，然后朝著上盤與下盤利用后退式的方式進(jìn)行回采處理，這樣就可以提升一倍的工作面處理，最終滿足生產(chǎn)的需求。同時，利用采準(zhǔn)布置，這樣也可以滿足礦體的變化需求，最終提升采礦的適應(yīng)力。

（3）鑿巖爆破。本項目采用上向進(jìn)路充填采礦法，每個礦塊沿礦體走向劃分為16～20條進(jìn)路，每條進(jìn)路寬度5m，長度為礦體厚度?；夭蓵r分一步驟和二步驟間隔回采，一步驟采后膏體膠結(jié)充填，待膠結(jié)體凝結(jié)后再二步驟回采旁邊的條帶，采后進(jìn)行廢石及尾砂非膠結(jié)充填，然后用灰砂比1：(8～10)鋪設(shè)500mm厚的底板。

為了提高采場生產(chǎn)能力，同時在礦圍巖不穩(wěn)固條件下實現(xiàn)“四強(qiáng)”開采（強(qiáng)掘、強(qiáng)采、強(qiáng)出、強(qiáng)充）,縮短礦圍巖的暴露時間和提高人員作業(yè)的安全可靠性，回采鑿巖設(shè)備擬選用進(jìn)口液壓鑿巖臺車進(jìn)行鉆孔爆破落礦。經(jīng)過研究，擬選用Atlas生產(chǎn)的Boomer281臺車進(jìn)行采場的回采鑿巖，孔徑Φ45mm或Φ48mm，采用BMH2837推進(jìn)梁，孔深3400mm?；夭晒に嚍檫M(jìn)路式分層回采，其回采方式與大斷面獨頭掘進(jìn)方式類似。

（4）采場出礦。厚礦體的采場出礦仍選用鏟運機(jī)出礦方式。鏟運機(jī)出礦具有極大的機(jī)動靈活性，無需鋪軌架線，可快速行駛到所需的工作場所進(jìn)行鏟、裝、運作業(yè)，勞動效率高、生產(chǎn)能力大，可適應(yīng)礦體產(chǎn)狀變化。對于厚礦體開采，采場出礦擬選用國產(chǎn)ACY-3型3m3電動鏟運機(jī)。各分段崩落礦石通過3m3電動鏟運機(jī)鏟裝，運至脈外分段沿脈運輸平巷旁的采場溜井下放至中段運輸水平，再通過電機(jī)車運輸(1336m、1486m水平)和箕斗豎井提升出地表(下部礦體)或卡車運輸出地表(掛幫礦體)。

（5）采場充填。在本次的項目之中，主要是選擇上向進(jìn)路充填的方式，隨著采礦分層的不斷推進(jìn)，同時也可以開展逐層的充填處理。在充填之中主要是選擇采掘的廢石或者是隨石，通過膏體膠結(jié)進(jìn)行充填處理。利用井下的采掘廢石以及尾砂的非膠結(jié)充填，等待回采完畢之后，就可以通過礦用的卡車，直接將廢石運輸?shù)交夭蛇M(jìn)路來實現(xiàn)充填處理。在完成充填之后，利用1：（8-10）的碎石＋尾砂膠結(jié)充填料進(jìn)行鋪面處理。

尾砂及碎石采用管道輸送，采區(qū)充填回風(fēng)上山和分段干線，充填管選用DN125耐磨復(fù)合鋼管；采場內(nèi)采用DN100超高分子聚乙烯管，用鏈子懸掛在進(jìn)路頂部，掛鉤間距3m～4m。充填作業(yè)時，在進(jìn)路口架設(shè)木擋板，每塊木擋板之間留5mm的空隙，木擋板內(nèi)襯塑料纖維布濾水，擋墻與礦石間用砂漿抹縫，防止跑沙。

為保證充填接頂，充填可以分兩次進(jìn)行，第一階段充填完畢，要停一個班，再進(jìn)行第二階段充填。隨著充填高度的增加 ，開口處釘上木板。充填24小時后，可以拆除擋墻；充填一周后，可以開始相鄰進(jìn)路的回采。

（6）采場通風(fēng)。對于采場通風(fēng)，主要是利用礦井的多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)。采場的通風(fēng)本身是依靠主風(fēng)流直接形成的風(fēng)壓，中段新鮮的風(fēng)流直接進(jìn)入到人行通風(fēng)井之中，并且滿足各個分段的要求，然后通過分層的聯(lián)絡(luò)進(jìn)入到采場之中。短距離的獨頭進(jìn)路不需要通過局扇風(fēng)筒，其長距離的則可以通過局扇以及φ560mm的塑料風(fēng)筒，從而直接導(dǎo)入新鮮風(fēng)流進(jìn)行通風(fēng)處理。咋經(jīng)過回風(fēng)充填斜井之后，污風(fēng)就會從充填回風(fēng)頂直接排出。

3 結(jié)語

露天轉(zhuǎn)地下開采不僅僅是將露天采礦技術(shù)與地下采礦技術(shù)相互的結(jié)合，其本身屬于復(fù)雜的系統(tǒng)化工程。在我國，無論是基礎(chǔ)理論，還是技術(shù)內(nèi)涵亦或是適應(yīng)條件，其研究都還不夠成熟，所以還需要進(jìn)一步的探索。