大新錳礦地下采礦方法及技術(shù)探析

【摘 要】隨著社會的不斷發(fā)展，國家對于礦產(chǎn)資源的需求量日漸增大，而我國大部分礦產(chǎn)資源賦存規(guī)模比外國資源要小很多。大新錳礦地下開采出礦總量直接影響著公司的生產(chǎn)效益，如何利用先進(jìn)的采礦方法提高礦石出窿量是一項(xiàng)值得探討的課題。大新錳礦提高采礦工藝勢在必行，必須通過高效合理的采礦方法，盡可能地對規(guī)模小的礦石進(jìn)行回收，解決礦石資源日益枯竭的問題。文章主要闡述大新錳礦地下開采系統(tǒng)目前面臨的一些現(xiàn)狀難題，提出了有效的采礦方法，并研究了開采技術(shù)發(fā)展方向，保證礦山的長遠(yuǎn)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】采礦方法;礦山;技術(shù)探析

【中圖分類號】TD861.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）06-0052-03

0 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，國家對于礦產(chǎn)資源的需求量日漸增多，而我國大部分礦產(chǎn)資源賦存規(guī)模比外國資源要小很多，為了減少礦產(chǎn)資源的進(jìn)口量，只有通過合理的采礦技術(shù)盡可能地開采礦石資源。現(xiàn)今，我國的采礦技術(shù)水平相對較低，缺乏技術(shù)創(chuàng)新，部分礦山礦石回采率遠(yuǎn)不能滿足國家要求，嚴(yán)重影響我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)。因此，大新錳礦提高采礦工藝勢在必行，必須通過高效合理的采礦方法，盡可能地對規(guī)模小的礦石進(jìn)行回收，解決礦石資源日益枯竭的問題。大新錳礦近幾年對于采礦工作做了較多的項(xiàng)目研究，開采技術(shù)也不斷提升，采礦技術(shù)某些方面有突出成效，開采效率及回收率也有所提高，特別是機(jī)械化開采領(lǐng)域的提出，大大地解決了人工出礦的效率問題。在礦石開采現(xiàn)場，礦石貧化指標(biāo)和損失指標(biāo)都出現(xiàn)了大幅度的降低[1]。

1 大新錳礦礦區(qū)基本概況

中信大猛大新錳礦分公司位于廣西崇左市大新縣西部，是一座大型錳礦資源礦山。行政區(qū)劃屬大新縣下雷鎮(zhèn)管轄，礦區(qū)有公路通大新、天等、靖西等縣城，交通便利。礦區(qū)位于左江流域（珠江水系），西部為珠江與越南紅河兩水系分水嶺地帶，屬低山丘陵地形。地形地貌受地層、構(gòu)造控制，層次分明，主要表現(xiàn)如下：較大片出露的碳酸鹽類地層組成獨(dú)立的巖溶地貌，峰叢、洼地、坡立谷及孤峰谷地等地貌景觀，非碳酸鹽類地層則組成低山丘陵，礦區(qū)地處亞熱帶，氣候溫暖潮濕，雨量充沛。

大新錳礦系大型淺海相沉積型錳礦床，受長期風(fēng)化作用而形成淺部氧化帶和深部原生帶兩個部分。南部礦段礦體，礦層大多陡立或呈急傾斜狀（傾角為45°～70°），轉(zhuǎn)折端以北為緩傾斜（傾角為25°～45°）與平緩（傾角<25°）礦層。

2 采礦方法介紹

根據(jù)大新錳礦礦體基本情況，結(jié)合安全、經(jīng)濟(jì)的手段選擇合理有效的采礦方法，井下使用的采礦方法主要有中深孔淺孔分段留礦法、空場采礦法及充填采礦法。

2.1 空場房柱法

空場采礦法主要應(yīng)用于礦區(qū)背部緩傾斜礦段，該采礦方法的主要特點(diǎn)為在礦石回采過程中暫時留存或永久留存保安礦柱以支撐頂部巖層，該采礦方法空區(qū)內(nèi)處于空置狀態(tài)。根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)差異進(jìn)行回采作業(yè)時，按礦壁與礦塊的表現(xiàn)形式又可以劃分為全面采礦法、階段性礦房采礦法及房柱采礦法?？請龇ㄊ俏覈鴳?yīng)用最早、最多的采礦方法，該方法技術(shù)發(fā)展最為全面，具有成本低、效率低的優(yōu)點(diǎn)。大新錳礦西北地段緩傾斜礦段主要使用空場房柱法采礦技術(shù)，采用自然礦柱在礦房內(nèi)交替布置，落礦方式為階梯式，由下而上開展采礦作業(yè)[2]。

近幾年，大新錳礦西北區(qū)段使用空場房柱法采礦取得突出成效，技術(shù)措施日趨完善，部分礦段采用錨桿穩(wěn)固頂部巖層及周邊巖層進(jìn)行回采，效果顯著。以西北地采380斜井Ⅱ+Ⅲ礦2號礦房為例，首先利用鉆機(jī)鉆出潛孔切頂，礦房頂部巖層被全部拉開，對于受破壞的頂部巖層加以錨桿支護(hù)，確保頂板穩(wěn)固，然后在上山內(nèi)開口以淺孔爆破進(jìn)行回采，盡量降低因爆破影響而導(dǎo)致巖層塌落。2018年，西北地采380斜井利用空場房柱法采出礦量約20萬t，順利完成公司要求的年度出礦總量。這也有效說明，該采礦方式適用于緩傾斜礦體的采切，成效顯著，可以有效地降低礦石貧化[3]。

2.2 中深孔淺孔分段留礦法

留礦法也是空場法的一種采礦方法，該方法主要用于圍巖及礦層厚度較為穩(wěn)固的情況，采用留礦法采礦，礦石傾角要求大于53°，礦房回采時先采礦房，再采礦柱。爆破后，依靠礦石自身重量從底部放出部分礦石。該采礦方法作業(yè)時必須做好安全保障，在具體開采時因存在較多的缺點(diǎn)，采礦效率較為緩慢，有時還會造成礦石貧化的提高及資源的浪費(fèi)。目前，大新錳礦南部礦段主要采用中深孔淺孔分段留礦法開采礦石，受前期民采破壞，采礦時要時刻注意圍巖坍塌問題。通過幾年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，南部礦段使用中深孔留礦法采礦也取得良好成效，各井口出礦量也能按要求完成，礦石回采率也有所提高，貧化率也顯著降低。

大新錳礦南部礦段中深孔留礦法沿走向也按60 m劃分為一個礦塊，礦塊高60 m。礦房長44 m，間柱寬6 m。為了分段鑿巖階段出礦和分段鑿巖分段出礦兩種采礦方法無軌設(shè)備聯(lián)絡(luò)道能夠相通，將分段高度統(tǒng)一定為12 m，采場結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3 崩落采礦法

在采礦方法技術(shù)中，崩落法應(yīng)用也比較廣泛，該采礦方法主要在礦體下盤進(jìn)行切割作業(yè)，將巷道分割成不同大小的空間體，再按中往上鑿巖。爆破后礦石通過鏟運(yùn)出礦，利用循環(huán)后退的方式開采。崩落法采礦有效地簡化了采場的布置，顯著地減少了出礦過程中的工作量，采礦效率也高于其他采礦工藝，是一種高效且成本較低的采礦方法。崩落法也可以有效地管理地壓，通過崩落周邊圍巖的方式，減少地壓的影響。作為可連續(xù)單步驟回采的采礦技術(shù)，崩落法不需增加回采礦柱任務(wù)，也無需開展采空區(qū)治理。該采礦方法不僅作業(yè)安全，生產(chǎn)效率也較為可觀，在現(xiàn)代采礦技術(shù)中應(yīng)用極為廣泛。崩落法具體分有壁式崩落法、階段崩落法及分層崩落法。在大新錳礦各片區(qū)，崩落采礦法應(yīng)用較少，該方法在成本及效率方面都優(yōu)于其他采礦方法，后續(xù)的采礦工作中可對符合區(qū)段使用該采礦方法。

2.4 充填采礦法

充填采礦法是指在開采礦房內(nèi)，隨著開采作業(yè)的不斷開展，大量的礦石被采出后再向空區(qū)內(nèi)填充各類材料，以穩(wěn)固周邊圍巖及頂部巖層，防止圍巖崩落，減小地壓影響，后續(xù)在形成的穩(wěn)固充填體內(nèi)開展回采作業(yè)。充填采礦法適用于圍巖不穩(wěn)固但礦體較為穩(wěn)固的礦段，特別適用于礦體品位厚度較高、具有較大開采價值的礦產(chǎn)資源。充填采礦法使用時要求對應(yīng)地表要穩(wěn)定且沒有沉陷或裂縫，對于礦體開采較為復(fù)雜的地段最為合適采用該采礦方法。充填采礦對于提高礦石回采率有重要參考作用，該方法適應(yīng)井下各采礦點(diǎn)，采切作業(yè)時較為安全，也能有效地降低礦石貧化率，對環(huán)境的破壞程度較小。目前，充填采礦法包括膠結(jié)充填法、水力充填法及干式充填法等。大新錳礦各井口使用充填采礦法采礦較少，該方法適用于礦區(qū)礦層條件，對提高錳礦回采率及降低貧化率有重大參考價值[4]。

3 大新錳礦開采技術(shù)發(fā)展方向

3.1 礦業(yè)數(shù)字化

大新錳礦地下開采在以后的開采中要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，就必須以整個礦區(qū)的礦體空間形態(tài)、信息為基準(zhǔn)，構(gòu)建整個礦區(qū)數(shù)字化信息系統(tǒng)。數(shù)字礦山的重要組成部分即為數(shù)字礦山，其建設(shè)過程較為復(fù)雜，工程量相對而言也較多，要想全面實(shí)現(xiàn)礦山數(shù)字化，就得按步驟開展，一步一個腳印建設(shè)起來。目前，我國礦產(chǎn)資源需求日益增大，大新錳礦可以捉住這一時機(jī)，利用數(shù)字化管理模式實(shí)現(xiàn)礦山的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，構(gòu)建數(shù)字化礦山對于整個公司的安全生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益都有重大影響。

3.2 機(jī)械化自動開采

大新錳礦南部礦段傾斜礦體正實(shí)施機(jī)械化開采試驗(yàn)，采礦過程中遇到許多的困難，實(shí)現(xiàn)開采的全自動化需要在采礦區(qū)遙控一些大型的機(jī)械設(shè)備，這些設(shè)備處于環(huán)境較差的礦區(qū)，常年的保養(yǎng)工作必不可少。但是要想加快采礦進(jìn)程，減少人工成本，機(jī)械化開采對于大新錳礦地下開采來說是一個值得發(fā)展的方向[5]。

隨著社會的不斷發(fā)展，綜合機(jī)械化開采是未來礦山采礦的發(fā)展趨勢，主要從兩個方面實(shí)現(xiàn)：第一，綜合機(jī)械化開采自動化集中控制。要想實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動化可以通過計算機(jī)及監(jiān)控技術(shù)，利用監(jiān)控技術(shù)即可在監(jiān)控中心控制機(jī)械開采，對機(jī)械設(shè)備發(fā)布動態(tài)指令，實(shí)現(xiàn)不在場操控，提高采礦作業(yè)安全性。第二，綜合機(jī)械化開采現(xiàn)場自動化控制。機(jī)械化開采通過加裝高度集成的傳感器，結(jié)合通信及控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信息化自動控制，工作人員只需在監(jiān)控中心通過人機(jī)界面?zhèn)鬟f的數(shù)據(jù)信息就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的自動化管理，顯著提高生產(chǎn)安全性及采礦效率。

3.3 尾砂綜合利用技術(shù)

大新錳礦地下開采過程中時刻注重環(huán)保意識，在環(huán)境保護(hù)措施上做了大量的工作。對于地下開采造成的空區(qū)處理一直是個難題。目前，隨著地下開采的不斷生產(chǎn)，除了礦石資源外也采出了較多的尾砂，如何有效地利用尾砂回填采空區(qū)是一件值得探討的課題。通過對空區(qū)的填充可以有效地減小地壓的破壞及預(yù)防地表的沉陷，進(jìn)一步減少對生態(tài)環(huán)境的破壞。

3.4 大型、高效無軌礦山設(shè)備的研制與使用

地下開采如何有效地提高采礦及出礦效率，是礦山企業(yè)需要探討的問題。目前，通過研制效率較高的大孔穿爆設(shè)備、井巷鉆進(jìn)機(jī)械及鏟運(yùn)機(jī)為主題的裝運(yùn)設(shè)備，盡可能地實(shí)現(xiàn)礦山的無軌化開采，在實(shí)現(xiàn)半自動化的基礎(chǔ)上提高采礦效率。大新錳礦在后續(xù)的采礦中全面使用機(jī)械化和高效的開采設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動化開采，這是采礦工藝一個新的發(fā)展領(lǐng)域。

4 結(jié)語

大新錳礦地下采礦工程是一項(xiàng)既復(fù)雜又系統(tǒng)的關(guān)鍵工作，各生產(chǎn)線對于礦石資源的需求也日益增大。如何選用高效的采礦工藝提高礦石產(chǎn)量是公司急需解決的問題。地下開采技術(shù)的選擇必須本著技術(shù)、創(chuàng)新及效益最優(yōu)配置的原則，全面推動地下開采往自動化、智能化及經(jīng)濟(jì)化方向發(fā)展。鑒于目前井下采礦工藝的不足，必須以提升自身采礦技術(shù)為前提，結(jié)合目前國內(nèi)最為先進(jìn)的技術(shù)方法，有針對性地優(yōu)化采礦工藝，促進(jìn)大新錳礦的可持續(xù)發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張曉奇.試論井下采礦安全管理工作要點(diǎn)[J].河南科技，2013（4）：49.

[2]侯樹秋.淺談井下采礦技術(shù)及井下采礦的發(fā)展趨勢[J].黑龍江科技信息，2013（18）：155.

[3]陳正發(fā).對煤礦井下采礦技術(shù)的探析[J].華東科技（學(xué)術(shù)版），2013（10）：337-338.

[4]舒為民，馬佩周.無軌機(jī)械化開采技術(shù)與工藝在大紅山銅礦的運(yùn)用[A].《金屬礦山》編輯部.全國金屬礦山采礦新技術(shù)學(xué)術(shù)研討與技術(shù)交流會[C].2007.

[5]趙昱東.國外井下無軌采掘設(shè)備的新發(fā)展[J].江西有色金屬，2005（3）：39-42.

【作者簡介】韋世雄，男，廣西崇左人，本科，中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司大新錳礦分公司第二礦山地質(zhì)工程師，從事地質(zhì)工作。