頂板薄層巖體極破碎緩傾斜薄礦體安全高效回采及應(yīng)用

李 闖

（長(zhǎng)春黃金研究院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

懷來宏達(dá)礦業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱宏達(dá)公司）是中國(guó)黃金集團(tuán)公司的全資子公司，礦區(qū)位于懷來縣王家樓回族自治鄉(xiāng)麻峪口村北麻峪口溝及其兩側(cè)，公司成立于2007年4月，原來生產(chǎn)能力為700t/d～900t/d，目前公司采選生產(chǎn)能力以達(dá)到3000t/d。主要是針對(duì)懷來宏達(dá)礦業(yè)有限公司五礦礦體的開采技術(shù)條件而設(shè)立的科研課題。該礦開采方式為地下開采，開拓方式為盲豎井+平硐開拓。目前探明的保有地質(zhì)儲(chǔ)量為492.8萬(wàn)t，金屬量17.9萬(wàn)t。

1 采礦方法及回采工藝

1.1 采礦方法選擇及特點(diǎn)

根據(jù)礦段礦體的賦存特點(diǎn)及開采技術(shù)條件，為了達(dá)到降低廢石混入率、保證回采作業(yè)安全的目的，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，本著技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的原則，并借鑒國(guó)內(nèi)外成功的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)充分科學(xué)論證后，確定采用“傾斜分條淺孔分層回采采礦法”[1]。

1.2 采礦方法試驗(yàn)方案概述

傾斜分條淺孔分層回采采礦法，它的主要特點(diǎn)是將偽頂與礦石分層爆破，偽頂采用拋擲爆破并與落礦方向有一定夾角。在盤區(qū)內(nèi)沿礦體傾斜布置若干個(gè)回采分條（采場(chǎng)）[2]。為了保證回采分條作業(yè)安全，分條（采場(chǎng)）間留有連續(xù)條帶狀礦柱，待盤區(qū)內(nèi)分條回采結(jié)束再回收礦柱，將條帶狀連續(xù)礦柱變成規(guī)則的點(diǎn)柱，從而保證整個(gè)盤區(qū)頂板的穩(wěn)定。

1.2.1 分條（采場(chǎng)）寬（跨）度的確定

分條的寬度即采場(chǎng)跨度（礦房寬度）尺寸的確定，主要是從影響采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性的方面進(jìn)行驗(yàn)算和確定的。由材料力學(xué)可知，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在梁的兩端上邊緣點(diǎn)上，其值為：

δmax=L2r/2h

式中：δmax—巖層（梁）所受最大拉應(yīng)力，t/m2；

（1）h——松脫巖層高度，取h=1.0m；

（2）r——頂板巖層單位體積重力，r=2.8t/m3；

（3）L——梁（分條）跨度，m。

一旦δmax大于巖石的抗拉強(qiáng)度，巖石就會(huì)發(fā)生破壞，若要滿足頂板巖層的穩(wěn)定性，則必須滿足：

δmax≤δt

式中：δt——頂板巖層巖石的抗拉強(qiáng)度，δt=220t/m2

將上述公式整理得：

L2r/2h≤δt

據(jù)此可以推斷采場(chǎng)極限寬度：

若將巖石的抗拉強(qiáng)度除以安全系數(shù)，則得到采場(chǎng)的允許寬度，根據(jù)巖層穩(wěn)固程度和考慮爆破震動(dòng)及地下水影響的因素，安全系數(shù)可取2.0，則：

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，確定分條（采場(chǎng)）寬（跨）度為8m。

1.2.2 分條（采場(chǎng)）數(shù)量的確定

分條（采場(chǎng)）數(shù)量是影響盤區(qū)長(zhǎng)度的主要因素，分條數(shù)量的確定主要依據(jù)是礦、巖分層爆破作業(yè)組織方式，即分層爆破作業(yè)是否在不同的分條內(nèi)進(jìn)行。

為了保證回采作業(yè)及生產(chǎn)的可靠性，試驗(yàn)選取了分層爆破作業(yè)分別在不同的分條內(nèi)進(jìn)行的作業(yè)組織方式，由此盤區(qū)內(nèi)分條（采場(chǎng)）的數(shù)量由下式計(jì)算：

（1）N=2.5×2。

（2）式中：N——盤區(qū)內(nèi)分條（采場(chǎng)）數(shù)量，個(gè)；

（3）2.5——礦、巖分層爆破作業(yè)方式影響系數(shù)；

（4）2——分條生產(chǎn)影響備用系數(shù)；

（5）經(jīng)過計(jì)算可知，針對(duì)每天一個(gè)回采作業(yè)循環(huán)的盤區(qū)開采而言，內(nèi)部分條的數(shù)量為5個(gè)。

1.3 盤區(qū)回采工作

1.3.1 回采作業(yè)方式及順序

在盤區(qū)內(nèi)以回采分條為基本回采單元，沿礦體傾斜方向由下往上回采至上中段水平。分條內(nèi)采用淺孔分層爆破回采工藝，爆破廢石時(shí)采用拋擲爆破，拋向采空區(qū)，方向?yàn)檠貎A斜方向。

1.3.2 鑿巖爆破作業(yè)

炮孔布置：對(duì)礦體上盤0.8m厚的圍巖采用拋擲爆破，孔眼間距0.60m，炮孔排距06.m～0.8m，孔長(zhǎng)2.2m，崩巖深度1.5m，三孔成三角形為一組，分段爆破；礦石采用直孔爆破，炮孔間距1.0m，炮孔排距1.0m～1.2m，孔深1.5m～1.6m，分段分排爆破，崩礦深度1.5m（見圖1）。

圖1 炮孔布置圖

2 效果分析與比較

2.1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）采場(chǎng)純礦量生產(chǎn)能力由30t/d提高到50t/d。

（2）采礦的廢石混入率降低26.05%～28.53%。

2.2 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

采場(chǎng)廢石不出坑直接充填到采空區(qū)內(nèi)，不僅降低了企業(yè)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，而且減少了礦山廢石排放及污染，對(duì)推進(jìn)綠色礦山建設(shè)有著重要意義。

2.3 直接經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)礦山生產(chǎn)規(guī)模和礦巖分采工藝所占的比例，采用礦巖分采后廢石混入率可降低26.05%～28.53%，每天少采出廢石量100t/d。

經(jīng)核算采選作業(yè)成本（不含鑿巖爆破作業(yè)成本及磨礦后續(xù)工藝作業(yè)成本）為44.7元/t，由于廢石混入率降低26.05%～28.53%，每天少采出廢石量100t/d，由此每年可獲得經(jīng)濟(jì)效益147.51萬(wàn)元。

3 結(jié)語(yǔ)

通過試驗(yàn)內(nèi)容的試驗(yàn)研究，解決礦巖分采的技術(shù)難題，進(jìn)一步提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和推進(jìn)綠色礦山建設(shè)更加可以充分地開發(fā)、利用資源，節(jié)約資源，切實(shí)落實(shí)好國(guó)家對(duì)礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用的方針政策。對(duì)礦山的生存和發(fā)展具有重要的意義。