無底柱分段崩落法在地下鐵礦中的應(yīng)用

杜雪峰

摘要：無底柱分段崩落法是當(dāng)前地下鐵礦應(yīng)用較多的采礦方法，本文分析了這一采礦方法的基本特征，論述了其基本技術(shù)，以某地下鐵礦開采工程為例，探討了這一方法的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地下鐵礦;采礦工藝;無底柱分段崩落法

Abstract： Sublevel caving without pillar is currently the most widely used mining method in underground iron ore. This paper analyzes the basic characteristics of this mining method， discusses its basic technology， and takes an underground iron ore mining project as an example to discuss the practical application of this method.

Key words： underground iron ore;mining technology;sublevel caving without pillar

0? 引言

有底柱分段崩落法無法使用大型無軌設(shè)備，這一采礦方法的每個分段底部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，已經(jīng)被淘汰，當(dāng)前基本不使用。無底柱分段崩落法在在回采巷道中完成分段鑿巖、崩礦以及出礦，采場結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，允許使用無軌設(shè)備，這一技術(shù)具有成本低、安全性高、效率高、機械化程度高的特點，在地下礦山的礦石開采中應(yīng)用廣泛[1]。60年代初，我國引進無底柱分段崩落法，由于其優(yōu)點眾多而在金屬礦山中廣泛使用。現(xiàn)對無底柱分段崩落法的技術(shù)特點以及在地下礦山中的應(yīng)用進行探討。

1? 無底柱分段崩落法

1.1 基本特征

無底柱分段崩落法在金屬礦山中應(yīng)用廣泛，這一技術(shù)的特點在于：①勞動生產(chǎn)率高，礦石生產(chǎn)力大;②對回采工作面要求不高，操作人員在進路作業(yè)，巷道中作業(yè)安全性高;由于出礦部位為進路端部，較少發(fā)生堵塞，即使發(fā)生堵塞也能在短時間內(nèi)處理;③容易進行回采，無底柱分段崩落法無發(fā)雜的底部結(jié)構(gòu)，回采工藝以及采準(zhǔn)均比較簡單，在回采巷道中完成分段鑿巖、崩礦以及出礦，這使得采場結(jié)構(gòu)得到了很大的簡化，能很方便地使用無軌自行設(shè)備;可使用鑿巖、裝運設(shè)備，機械化程度高，回采步驟規(guī)范性得到提高，能提高采礦效率與強度，也能實現(xiàn)專業(yè)化作業(yè);④進路中小步后退回采，對礦體變化適應(yīng)能力強，可以選別回采帶有夾石的礦體以及不同品味的礦體，比較靈活;⑤采礦方法與結(jié)構(gòu)簡單，無需留礦柱。

這一采礦方法的缺點在于：①獨頭巷道中進行回采，通風(fēng)條件不良;②覆蓋巖石的條件下放礦，崩礦礦石均為數(shù)個廢石接觸面下放出，容易出現(xiàn)礦石貧化。

1.2 布置

分段高度多為12～15m，采用電梯井、設(shè)備井、斜坡道實現(xiàn)與分段聯(lián)絡(luò)巷道的聯(lián)絡(luò)。主要在礦體下盤布置分段聯(lián)絡(luò)巷道，間隔20m布置回采進路一條，上下分段回采進路為菱形布置。進路端部開切割槽，將切割槽作為自由面，采用深孔擠壓爆破或者中深孔擠壓爆破后，后退回采，爆破炮孔1-2排，崩落礦石在覆蓋巖石下，從進路端部采用出礦設(shè)備運出。上分段退采至一定距離后，回采下一分段[2]。同一個礦塊的不同分段可以同時進行出礦、鉆鑿炮孔以及回采進路。

2? 無底柱分段崩落法在地下鐵礦中的應(yīng)用示例

2.1 工程概述

某礦區(qū)深部開展建設(shè)規(guī)模180萬t/a采礦生產(chǎn)能力，開采范圍為+110～-190m之間的Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ號等礦體，采礦方法為無底柱分段崩落采礦法。產(chǎn)品為干選拋尾后的鐵礦石。采用無底柱分段崩落采礦法，采場垂直礦體走向布置，長度等同于礦體厚度，各采場分段高度15m，中段高度75m，寬60m。回采進路垂直礦體走向布置，進路間距為15m，上、下相鄰的分段回采進路呈菱形布置。

2.2 總體施工順序

該礦山采用無底柱分段崩落法采礦，分段高度為15m，中段高度為75m，進路間距為15m，按照上下水平交錯的形式布置。按照開拓及采切巷道、天溜井掘進、支護→中深孔施工→切割拉槽、進路裝藥爆破→出礦的順序施工。

2.2.1 掘支施工

開拓以及采切工程的平巷、硐室、天溜井掘進及支護都屬于掘支施工的范疇。施工時按照主斜坡道及各分段開口→各中段運輸井巷→各分段沿脈巷及輔助硐室→各分段采切井巷的施工順序進行。

①測量放線：放線的關(guān)鍵在于中線與腰線，提前放線以指導(dǎo)施工。

②鑿巖爆破。

施工方法為全斷面掘進，一次爆破成巷光面，鉆機型號為YT-28，鑿眼深度控制在2.5m，每次循環(huán)爆破進尺不低于2.3m，各掌子面均安排4臺YT-28鑿巖;掏槽眼采用楔形掏槽，裝藥系數(shù)為0.9以確保爆破效果與進尺;周邊眼間距控制在400～500mm，裝藥系數(shù)為0.7，從而避免巷道輪廓被破壞;所有炮眼均的爆破方式均為微差爆破，非電導(dǎo)爆雷管起爆，采用電子引爆機遠(yuǎn)程引爆[3]。

1）爆破周邊眼：為了保證鑿巖的穩(wěn)定性，盡可能減少圍巖受到爆破震動的影響，增強支護效果，所有的巷道的爆破形式均為光面爆破，操作時，嚴(yán)格按照程序執(zhí)行，對超挖、欠挖進行嚴(yán)格控制。2）掏槽形式采用楔形掏槽的形式。3）爆破器材的選取：孔內(nèi)采取非電半秒式雷管;孔外采用非電毫秒式雷管;炸藥為2#巖石乳化炸藥。4）爆破參數(shù)：炮眼直徑為42mm;最小抵抗線450～500mm;周邊眼控間距控制在400～500mm;周邊眼單位長度裝藥量控制在200～300g/m;眼痕率不低于80%。5）炮眼布置順序：布置掏槽眼→根據(jù)光面爆破的要求進行周邊眼的布置→布置底板眼→布置輔助眼。6）循環(huán)進尺：綜合權(quán)衡各項因素后，確定循環(huán)進尺長度為2.6m。7）裝藥結(jié)構(gòu)：周邊眼的裝藥結(jié)構(gòu)為間隔裝藥，其余的炮眼均為連續(xù)裝藥，見圖1與圖2。

8）超挖、欠挖控制：a采用光面爆破的技術(shù)，嚴(yán)格按照鉆爆設(shè)計施工，每次完成爆破之后均進行比較分析，對鉆爆參數(shù)作及時修改，從而改進技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，提高爆破效果;b鉆眼之前，明確標(biāo)出炮眼位置，確定斷面輪廓，確定起拱線以及開挖面中線，檢查合格后才進行鉆眼操作;c根據(jù)設(shè)計要求確定炮眼排距、角度以及深度，同時要滿足以下要求：周邊眼沿著巷道設(shè)計斷面輪廓線上的間隔差距不大于5cm，眼底不超出開挖斷面輪廓線10cm，最大不超過15cm;輔助眼的眼口行距、排距誤差不超過5cm;掏槽眼的眼底間距誤差與眼口間距誤差不超過5cm;內(nèi)圈炮眼與周邊眼的排距誤差不超過5cm;當(dāng)發(fā)現(xiàn)開挖面凹凸嚴(yán)重時，結(jié)合實際對炮眼深度與裝藥量作適當(dāng)調(diào)整，盡可能保障除了掏槽眼以外，其余的炮底眼均處于同一垂直面;鉆眼完畢后，以炮眼布置圖為根據(jù)，對炮眼布置情況進行檢查，將記錄工作做好，當(dāng)發(fā)現(xiàn)炮眼不符合要求時要重鉆并再次檢查，確認(rèn)合格后才裝藥爆破[4]。

③出碴。 井下鏟運機裝碴，倒入就近的溜井，各中段放礦機轉(zhuǎn)運至礦車，采用混合混合井箕斗將礦石提升至地表，廢石經(jīng)副井提升至地表的排渣場。

④排水。 施工過程中，結(jié)合涌水量確定排水措施，當(dāng)涌水量不超過5m3/h時，可不采取排水措施;當(dāng)涌水量超過5m3/h但未達(dá)到10m3/h時，采用水泵排水至各水平永久排水溝，涌水經(jīng)永久排水系統(tǒng)排到地表;當(dāng)距離較遠(yuǎn)時則采用分級排水。

⑤通風(fēng)。 施工前期，在-40m斜坡道聯(lián)巷口處安裝30kW×2的壓入式風(fēng)機進行強制機械通風(fēng)，下盤運輸巷掘進施工到管纜井聯(lián)巷位置時，進行管纜井聯(lián)巷施工，同時-40m水平反井鉆機施工，管纜井施工完畢后臨時采用管纜井通風(fēng)，污風(fēng)到-40m水平后，由2#風(fēng)井排出到地表。

-40m水平至-115m水平總回風(fēng)井和回風(fēng)巷施工完畢后，采用回風(fēng)井回風(fēng)，由2#風(fēng)井排出到地表。

施工-40m水平總回風(fēng)井反井鉆機硐室前，業(yè)主需將總回風(fēng)巷的風(fēng)門移至總回風(fēng)井硐室與2#風(fēng)井之間。

下盤與副井貫通和總回風(fēng)井貫通后，采用副井進風(fēng)和2#風(fēng)井回風(fēng)系統(tǒng)。獨頭巷道掘進采用壓入式或混合式機械通風(fēng)。

混合井、扶井可供新鮮風(fēng)流入中段運輸巷，新風(fēng)經(jīng)中段進風(fēng)井進入各個分段作業(yè)掌子面;污風(fēng)經(jīng)中段回風(fēng)井進入主回風(fēng)巷后排至地表。對風(fēng)阻較大而難以通風(fēng)的區(qū)域以及獨頭巷道增加局部通風(fēng)。

⑥支護。結(jié)合揭露圍巖的性質(zhì)，確定支護形式，包括鋼筋混凝土支護、鋼拱架錨網(wǎng)噴砼、錨網(wǎng)噴砼以及噴砼等形式。

2.2.2 中深孔施工

采用YGZ-90鉆進行切割拉槽的施工，孔徑60mm，排距1.2m，孔底距0.9～1.6m，炮孔成垂直扇形布置，孔深不超過15m，炮孔崩礦量為4.0～4.4t/m。進路采用Simba1254施工，孔徑80mm，排距1.8m，孔底距2.0～2.5m，炮孔成垂直扇形布置，孔深不超過20m，炮孔崩礦量為7.6～8.4t/m。

2.2.3 回采爆破

該礦區(qū)的生產(chǎn)回采爆破形式主要采用切割拉槽爆破與進路回采爆破。前者的一響最大藥量與單次爆破裝藥量均比較大，一次同段起爆多排，其爆破范圍較大;后者的一響最大裝藥量與單次爆破裝藥量小，其一次分段爆破1～3排。

爆破作業(yè)主要包括準(zhǔn)備爆破、運送起爆器材與炸藥、裝藥、連接起爆網(wǎng)絡(luò)、人員撤離、爆破警戒以及生產(chǎn)恢復(fù)。準(zhǔn)備爆破包括清理渣石、鋪設(shè)照明、浮石檢撬、運送裝藥器材等;運送起爆器材與炸藥：采用副井、中段運輸巷、斜坡道將起爆器材與炸藥運送至分段爆破作業(yè)現(xiàn)場;裝藥：采用BQF-100裝藥器將粒狀銨油炸藥裝入孔內(nèi);連接起爆網(wǎng)絡(luò)：裝藥完畢后，將起爆導(dǎo)爆管與各孔導(dǎo)爆管相連接，最后與主起爆導(dǎo)爆管連接;人員撤離與警戒：根據(jù)爆破計劃時間撤離井下作業(yè)人員，警戒人員就位;起爆：起爆主導(dǎo)爆管拉道安全的地點，電控遠(yuǎn)程起爆器一次性起爆全部炮孔排位;檢查爆破效果、恢復(fù)生產(chǎn)：爆破完畢后立即通風(fēng)，對現(xiàn)場爆破效果進行檢查，同時檢查安全情況，確認(rèn)無問題后可恢復(fù)出礦作業(yè)。

2.2.4 出礦

裝礦回路裝礦，倒入分段溜井至中段水平后，經(jīng)放礦機裝入礦車，礦車轉(zhuǎn)運至主溜井，破碎后經(jīng)皮帶運輸至箕斗裝載硐室，由箕斗提升到地表。出礦時，發(fā)現(xiàn)大塊及時破碎，二次破碎可在出礦聯(lián)絡(luò)巷或者出礦進路進行，當(dāng)二次破碎爆破之前，需要先通知附近工作人員撤離，同時做好警戒工作。

3? 結(jié)束語

無底柱分段崩落法是一種工作效率較高且安全性較高的方法，這一方法在冶金地下礦山中應(yīng)用廣泛。礦山應(yīng)用這一采礦方法時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合自身特點，根據(jù)這一采礦方法的工藝流程對各工藝進行優(yōu)化，從而確保各工藝能有效銜接，相互配合，從而充分發(fā)揮出這一采礦方法的效能，控制開采成本。

參考文獻：

[1]門建兵，齊炎.無底柱分段崩落法在某鐵礦中的應(yīng)用[J].有色冶金設(shè)計與研究，2019，40（06）：4-6.

[2]袁僑坤，陳星明，樊露，等.某礦山無底柱分段崩落法最末分段放礦試驗研究[J].金屬礦山，2019（12）：46-49.

[3]陳烈，陳星明，袁僑坤，等.某礦無底柱分段崩落法的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)放礦試驗[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2019，39（08）：1-5.

[4]許朋濤，賞克強.無底柱分段崩落法階段過穿的研究與應(yīng)用[J].中國礦業(yè)，2019，28（S1）：163-164.