玲瓏金礦急傾斜薄礦體開采工藝研究

杜 鑫，王春龍

(山東黃金集團玲瓏金礦，山東 招遠 265419)

1 前言

玲瓏金礦礦田位于膠東西北部，處于華夏構(gòu)造系第二隆起區(qū)北部[1]。破碎的鉀化花崗巖和絹英巖為礦區(qū)礦體上下盤圍巖的主要成分，圍巖和礦體穩(wěn)固性均為較穩(wěn)固[2]，開采礦石密度2.8t/m3，圍巖密度為2.6t/m3。礦石大部分賦存于含鐵的石英巖中，其次賦存于含金的黃鐵絹英巖中[3]。礦體的平均品位1.62g/t，平均厚度為1.24m。目前，礦山采礦方法以平底結(jié)構(gòu)的淺孔留礦法為主，在礦山的開采中主要存在損失率高、采場不穩(wěn)定等安全技術(shù)問題。為得到更好經(jīng)濟效益和保證良好的作業(yè)條件，擬對現(xiàn)有的淺孔留礦采礦方法進行優(yōu)化設(shè)計。為此在對當(dāng)前淺孔留礦法存在的安全和技術(shù)經(jīng)濟問題進行評估分析后，提出技術(shù)可行、經(jīng)濟上更優(yōu)的淺孔留礦嗣后充填采礦方法。

2 礦山開采現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 現(xiàn)行留礦法簡述

淺孔留礦采礦方法因其采場結(jié)構(gòu)和采礦工藝簡單，采礦成本低，通風(fēng)條件好，管理方便，并且采場礦石生產(chǎn)能力較大的優(yōu)點廣泛應(yīng)用于中型小型礦山[4～5]。淺孔留礦法開采一般使用普通采掘工具，國產(chǎn)化采礦設(shè)備，設(shè)備使用方便并且耗材較低。目前，根據(jù)礦體的賦存狀況和礦山的生產(chǎn)技術(shù)條件，玲瓏金礦急傾斜薄礦體開采采用平底結(jié)構(gòu)的淺孔留礦法，采礦方法見圖1。先對出礦穿脈施工，再掘進切割巷和脈內(nèi)順路。鑿巖均采用YSP- 45型上向鑿巖機，炮孔排列為“之”字型，炮眼深度、間距、抵抗線依次為1.8、1.0、 0.8m，炮眼的上盤圍巖距離為0.3m，距離下盤圍巖為0.2m，“之”字形炮眼布置見圖2，引爆炸藥采用導(dǎo)爆管和電子引爆機遠程引爆，并采用微差起爆，采用串并聯(lián)混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)[1]。每次淺孔爆破落礦后，放出礦石量為留存礦石的1/3。每分層自層中央向兩翼回采，爆破后依次進行通風(fēng)、除塵、撬頂、平場。控制采幅為1.1m，采下礦石不得大于350mm塊度。如采場上部圍巖破碎，則沿順路保留2m寬度間柱。底部結(jié)構(gòu)為裝巖機出礦的平底結(jié)構(gòu)，采場不留間柱、頂柱及底柱。

1—沿脈運輸巷； 2—穿脈平巷； 3—順路天井； 4—底柱； 5—間柱； 6—采下礦石； 7—炮孔圖1 淺孔留礦法示意圖

圖2 “之”字型炮眼布置示意圖

2.2 存在問題

由于近年來急傾斜薄礦體開采技術(shù)的不斷發(fā)展和礦山地壓管理的需要，淺孔留礦法的應(yīng)用需要簡化，不斷提高作業(yè)機械化程度，進一步降低礦石損失貧化率和提高采場礦石生產(chǎn)能力[6～7]。在玲瓏金礦的開采過程中，隨著礦體賦存傾角增大，礦體上下盤的穩(wěn)定性和損失率問題受到更多重視。以下幾個問題比較突出。

(1)存在安全隱患。在回采的過程中，由于上盤圍巖穩(wěn)定性的降低導(dǎo)致上盤頂板出現(xiàn)大塊圍巖滑落，增加了采場礦石貧化率的同時對采場內(nèi)的作業(yè)人員造成較大的安全隱患。

(2)放礦引起頂板塌落。失去留存礦石的支撐，使得上盤頂板失穩(wěn)進而引起塌落，頂板塌落的大塊圍巖可能夾滯在采場，此時施工必須停止。人員無法進入、礦石無法放礦。

(3)回采困難?；夭刹涣糸g柱和頂?shù)字?，在實際實施過程中有很大的困難。大面積的不留頂?shù)字烷g柱會引起采場上下盤穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致后采礦房回采穩(wěn)定性差，施工困難。

3 采場底部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

3.1 優(yōu)化原則

(1)類框架結(jié)構(gòu)的運用。對玲瓏金礦采空區(qū)狀況進行評估后，提出了采空區(qū)處理構(gòu)想：采用創(chuàng)新的技術(shù)或工藝，對于連續(xù)礦體開采形成的采空區(qū)，運用人工假底的方式將上下中段開采所形成的連續(xù)空區(qū)在垂直方向按礦房高度將其隔離[8]。隔離后的采空區(qū)增加了穩(wěn)定性，在減少損失率的同時，也為后續(xù)礦房開采和充填空區(qū)做準備。

(2)回采須考慮采空區(qū)的處理[9]。未處理的采空區(qū)會帶來危害，如地表塌陷、地質(zhì)資源損失、增加礦石貧化率等，可能危及巷道安全并惡化通風(fēng)效果。所以，回采施工必須考慮空區(qū)的治理，優(yōu)化后的采礦方法應(yīng)該有助于增大礦房的生產(chǎn)能力，有效提高出礦質(zhì)量，并滿足采空區(qū)綜合處理的采礦方案。

3.2 底部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

在淺孔留礦法開采中，礦房的底部結(jié)構(gòu)是采場的重要組成部分。礦房底部結(jié)構(gòu)的形式會直接影響礦山的采切量、礦房出礦效率及工人作業(yè)環(huán)境[10]。絕大多數(shù)地下礦山在采用淺孔留礦法開采礦房時，采用的底部結(jié)構(gòu)一般為普通漏斗結(jié)構(gòu)和平底結(jié)構(gòu)兩種形式。根據(jù)玲瓏金礦開采實際，為增加回采率，結(jié)合采礦方法優(yōu)化原則，在現(xiàn)有留礦法的基礎(chǔ)上使用類框架結(jié)構(gòu)設(shè)計鋪設(shè)人工假底，以滿足回采安全性及后續(xù)充填工作的要求。

人工假底的設(shè)計施工分兩部分組成，包括人工假底準備工作和施工工作。采場底部采準工程施工完畢，先進行切巷挑礦至設(shè)計高度，再布置采場下一茬炮孔。人工假底施工按照自下向上的順序依次進行。首先在切巷鋪設(shè)200mm的礦石墊層并在碎石墊層上鋪設(shè)塑料薄膜。再在塑料布上鋪設(shè)11kg鐵道、φ12鋼筋和30mm圓鋼墊層，見圖3和圖4。上述工作結(jié)束后測試鋼筋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在鋼筋結(jié)構(gòu)上施工1m的混凝土墊層(C20)，同時施工各出礦穿及出礦穿間的混凝土斜坡，并保證碎石塊度不大于50mm×50mm[2]，在混凝土假底砌筑結(jié)束養(yǎng)護7d后回采。人工底柱剖面如圖5所示。

圖3 人工假底平面圖(單位：mm)

1—φ12鋼筋； 2—11kg鐵道； 3—30mm圓鋼圖4 鋼筋網(wǎng)敷設(shè)圖(單位：mm)

圖5 人工底柱剖面圖(單位：mm)

4 采礦方法優(yōu)化設(shè)計

4.1 淺孔留礦嗣后充填采礦法

統(tǒng)計結(jié)果表明，在全國地下巖金礦山中淺孔留礦法開采急傾斜薄礦體占比40%左右[11～12]。結(jié)合現(xiàn)在礦山地壓管理的要求[13～14]，嗣后充填廣泛應(yīng)用于采空區(qū)的處理中，淺孔留礦嗣后充填采礦法大量應(yīng)用到各金礦床的開采中[8]。玲瓏金礦淺孔留礦嗣后充填采礦法開采以- 130中段595597礦房為例，經(jīng)上下中段沿脈、穿脈控制，已基本探明了礦體的賦存狀態(tài)和礦化特征，該礦體主要為石英黃鐵礦及絹英巖。礦化比較連續(xù)，品位較不均勻，礦體北傾，傾角在88°左右。平均品位為3.49g/t,礦體平均厚度為1.24m。提交礦量為6 494t，金屬量22.66kg。礦體上下盤為破碎鉀化花崗巖。經(jīng)過采礦方法優(yōu)化后淺孔留礦嗣后充填采礦法如圖6所示。

圖6 淺孔留礦嗣后充填采礦法設(shè)計圖

根據(jù)急傾斜薄礦體賦存狀況及玲瓏金礦急傾斜薄礦體生產(chǎn)技術(shù)條件，在對礦房底部結(jié)構(gòu)按照設(shè)計原則及技術(shù)條件優(yōu)化設(shè)計后，得到更加適用于目前開采技術(shù)經(jīng)濟條件的淺孔留礦采礦嗣后充填采礦法，底部結(jié)構(gòu)為鏟運機出礦的平底出礦底部結(jié)構(gòu)及人工假底結(jié)構(gòu)，保證底部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的同時增加了礦房和采區(qū)的穩(wěn)定性，解決了上部圍巖不穩(wěn)定大塊頂板塌落的問題，嗣后充填進一步優(yōu)化了地壓管理。優(yōu)化后的采礦方法減少了貧化率，并一定程度上增加了生產(chǎn)效率。設(shè)計西順路脈外順路，東順路為原597599礦房西順路，均通過聯(lián)絡(luò)穿與采場貫通。

4.2 采礦通風(fēng)與安全

工作人員在進入工作面前，開動局扇通風(fēng)并使工作面風(fēng)流滿足作業(yè)要求，要求局扇狀態(tài)良好。該采場采用混合式通風(fēng)方式，局扇型號FDN04/5.5kW，壓入風(fēng)筒、抽出風(fēng)筒分別選用φ300、φ350mm的阻燃風(fēng)筒。局扇開啟時，壓入式風(fēng)筒距軌道面0.3m，抽出式風(fēng)筒距軌道面0.9m，吊掛高度需滿足風(fēng)筒距軌道面要求，局扇與風(fēng)筒保持平直，壓入和抽出風(fēng)筒應(yīng)上下平行布置，不得交錯。抽出局扇接力通風(fēng)時，接力局扇與風(fēng)筒出口距離不超過0.1m。新鮮風(fēng)流清洗完采場工作面后，污風(fēng)由東順路巷道抽出局扇排至- 90回風(fēng)巷。

①安全規(guī)程遵循《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》(GB16423-2006)執(zhí)行，采場共兩個安全出口并保證安全出口的通暢，定時清理障礙；②向上鉆孔分層采用橫撐、木板架設(shè)工作平臺。橫撐間距不大于1.5m，橫撐上鋪設(shè)木板，木板必須鋪嚴，長度與兩邊撐相搭且長出邊撐不小于0.1m，鋪板厚度不少于兩層，木板邊緣距邊幫不大于0.2m，木板之間用扒鋦扒牢；③橫撐撐窩應(yīng)打在穩(wěn)固的巖石上，禁止挖在浮石或松石上，窩深0.05m以上，硬度系數(shù)低的地點窩深要增加；④采場爆破及處理浮石時，應(yīng)及時撤掉相對應(yīng)位置工作臺臺板，以防損壞，損壞的臺板及橫撐應(yīng)及時恢復(fù)，保證工作平臺及順路強度，確認安全方準作業(yè)；⑤發(fā)現(xiàn)有冒頂預(yù)兆，須立即停止施工作業(yè)并進行處理；大冒頂危險征兆時，立即撤離工作區(qū)域；⑥采場防墜措施必須到位，鋼絲繩吊掛孔間距不大于5m，鋼絲繩吊掛平直、牢固，作業(yè)時須系安全帶并佩戴安全帽保障工作人員的安全；⑦爆破后待采場安全后方準許進行回采作業(yè)，回采前須先處理頂板和兩幫的浮石；⑧鑿巖作業(yè)人員須戴好防塵口罩，使用YSP- 45鑿巖機濕式作業(yè)，爆破時和裝卸礦巖時進行噴霧灑水除塵操作，降低工作面的塵量保障良好的通風(fēng)效果，污風(fēng)通過局扇排出工作面；⑨依照支護設(shè)計對采場及掘進巷道進行支護。采場內(nèi)采用橫撐對上下盤進行支護。脈外順路不大于1.0m。橫撐直徑小頭不小于0.16m。

4.3 采空區(qū)及礦柱的處理

淺孔留礦嗣后充填采場不設(shè)頂?shù)字糸g柱，間柱保留后不進行回收。在保障回采率的同時保障采場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防止上盤圍巖塌落。由于上部中段對應(yīng)礦房已施工人工假底，采場采至距上部中段3m時，先在中間上掘一觀察井，確認現(xiàn)場情況后，由中間向兩翼后退式將礦房與上部中段采透。采場結(jié)束，驗收合格后即可進行大量出礦。

4.4 技術(shù)經(jīng)濟指標

通過對試驗采場進行現(xiàn)場標定，采用人工假底結(jié)構(gòu)的采場各項經(jīng)濟指標得到大幅改善。由不留頂?shù)字?、間柱的采礦方法優(yōu)化設(shè)計為留間柱、構(gòu)筑人工假底的淺孔留礦法。增強了采區(qū)的穩(wěn)定性，留下的間柱和構(gòu)筑的人工底柱構(gòu)成的框架體系保證了采場的穩(wěn)定性，減少了上盤圍巖大塊滑落的情況。其次，不采間柱使得生產(chǎn)效率有一定程度的增加。增設(shè)人工底柱在一定程度上減少了損失率，并有利于采空區(qū)的充填，降低了空區(qū)垮塌的概率。礦山在實施此留礦法的過程中取得了良好的經(jīng)濟效益，其基本經(jīng)濟指標如表1所示。

5 結(jié)語

針對玲瓏金礦急傾斜薄礦體淺孔留礦法開采采場不穩(wěn)定以及頂?shù)字?、間柱回采困難的問題，在原有留礦法的基礎(chǔ)上采用人工底柱、不留間柱的淺孔留礦嗣后充填采礦法。采礦方法優(yōu)化后取得了良好的安全和經(jīng)濟效益。改進后的淺孔留礦嗣后充填采礦法解決了當(dāng)前采礦方法存在的問題，并適應(yīng)玲瓏金礦目前的礦體賦存環(huán)境，是一種安全、高效的采礦方法。

表1 經(jīng)濟技術(shù)指標