薄礦體脈內(nèi)斜坡道上向分層充填采礦法研究

郭子源

(中冶北方(大連)工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116622)

0 引言

對(duì)于傾斜至急傾斜薄至中厚礦體的回采，常用的采礦方法有機(jī)械化上向水平分層充填采礦法、留礦法和傳統(tǒng)上向水平充填采礦法。機(jī)械化上向水平分層充填采礦法是目前常用的一種高效、回采工藝簡(jiǎn)單、作業(yè)安全性好的采礦方法，但該方法為實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，需每3～4個(gè)分層掘進(jìn)一條脈外分段平巷及脈外分層聯(lián)絡(luò)斜巷，且脈外分層聯(lián)絡(luò)斜巷施工復(fù)雜，施工周期長(zhǎng)，導(dǎo)致采準(zhǔn)工程量大、采切比高、成本高等問(wèn)題[1]。

不適合采用機(jī)械化盤(pán)區(qū)上向水平分層充填采礦法的礦體，多數(shù)礦山采用留礦法或傳統(tǒng)上向水平充填采礦法。這兩種方法均需留礦柱和底部結(jié)構(gòu)，留礦量較大，導(dǎo)致回收率降低；且底部結(jié)構(gòu)多為漏斗、塹溝結(jié)構(gòu)，施工工藝復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工周期長(zhǎng)，導(dǎo)致回采效率降低；由于大型鑿巖出礦機(jī)械不能進(jìn)入采場(chǎng)，采場(chǎng)內(nèi)鑿巖多采用YT-27或7655等淺眼鑿巖機(jī)，出礦多采用電耙子，鑿巖、出礦效率低。綜上所述，該兩種采礦方法回采工藝復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)組織復(fù)雜，采場(chǎng)生產(chǎn)能力小，回收率低，回采效率低。針對(duì)以上問(wèn)題，提出了脈內(nèi)斜坡道上向分層充填采礦法。

1 適用的礦體條件

脈內(nèi)斜坡道上向分層充填采礦法主要適用于礦體厚度為薄至中厚，礦體傾角為傾斜至急傾斜，且由于圍巖條件較差無(wú)法采用分段空?qǐng)龌螂A段空?qǐng)龇ㄟM(jìn)行回采的礦體。對(duì)于多層礦體，由于該方法不需掘進(jìn)脈外分層聯(lián)絡(luò)巷，只在脈內(nèi)形成沿礦體走向的斜坡道，因此對(duì)不同形態(tài)的礦體的回采具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力。本文采用礦體厚度為10 m，傾角為80°的賦存條件對(duì)采礦方案進(jìn)行闡述與研究[2]。

2 采礦方法及工藝

2.1 采場(chǎng)布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)

將礦體沿走向劃分為間隔布置的礦房、礦柱，2個(gè)房柱采場(chǎng)構(gòu)成一個(gè)盤(pán)區(qū)。根據(jù)不同礦體開(kāi)采技術(shù)條件，確定不同的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，一般分段高15～40 m，分層高3～4 m，礦房長(zhǎng)120～280 m，礦柱長(zhǎng)3～5 m，頂柱高3～5 m。

2.2 采準(zhǔn)切割

采用脈外無(wú)軌采準(zhǔn)系統(tǒng)，由脈外分段平巷、出礦橫巷、通風(fēng)人行充填天井、溜井聯(lián)絡(luò)巷和礦石溜井構(gòu)成；主要采準(zhǔn)順序?yàn)樵诿}外沿礦體走向掘進(jìn)脈外分段平巷，垂直礦體走向掘進(jìn)出礦橫巷，連通脈外分段平巷與礦體，在礦柱內(nèi)掘進(jìn)通風(fēng)人行充填天井，連通上下分段。

采準(zhǔn)工作完成后，即進(jìn)行切割拉底工作，拉底層高度為4.5 m。首先在脈內(nèi)沿礦體走向掘進(jìn)拉底巷道，拉底巷道尺寸為4 m×4.5 m，長(zhǎng)度為礦房長(zhǎng)度。拉底巷道掘進(jìn)完成后，將兩側(cè)刷大至礦體厚度，即形成了拉底層，至此采場(chǎng)的采準(zhǔn)切割工作完成。

2.3 回采工藝

2.3.1 回采順序及步驟

階段內(nèi)房柱回采順序是先采礦房，礦柱不回采，階段間可采用上行式開(kāi)采和下行式開(kāi)采，若采用上行式開(kāi)采可不留頂?shù)字?，若采用下行式開(kāi)采，需留設(shè)頂?shù)字?，頂?shù)字陔A段礦房回采結(jié)束后，在人工假頂?shù)谋Ｗo(hù)下進(jìn)行回采[3]。

礦房回采時(shí)分兩步驟回采：

第一步驟自下而上分層回采。首先進(jìn)行拉底層回采，拉低層高度4.5 m，其余分層高度3 m；拉底層回采結(jié)束后進(jìn)行充填，先用鋼筋混凝土形成0.5 m厚人工假底，然后用廢石充填，充填高度2.0 m，膠結(jié)充填高度0.5 m，充填過(guò)程中自距礦房邊界10 m處；沿礦房走向按15%坡度形成脈內(nèi)斜坡道至第二分層回采高度，并進(jìn)行第二分層回采；第二分層回采工藝過(guò)程同第一分層，回采結(jié)束進(jìn)行充填，廢石充填高度2.5 m，結(jié)充填高度0.5 m。同樣按15%坡度形成脈內(nèi)斜坡道至第三分層高度，并與第一分層形成的斜坡道連結(jié)。依次類(lèi)推，直至回采至最后一分層，形成貫穿礦房走向方向的脈內(nèi)斜坡道。

第二步驟同樣自下而上分層回采，以第一步驟形成的脈內(nèi)斜坡道為通風(fēng)、出礦巷道，逐層回采剩余礦體至礦房回采結(jié)束，回采工藝同一步驟回采；兩步驟回采示意如圖1所示。

(a)第一步驟回采

(b)第二步驟回采

2.3.2 鑿巖爆破

采準(zhǔn)切割及回采的鑿巖工作采用淺眼鑿巖機(jī)或鑿巖臺(tái)車(chē)鉆鑿上向炮孔，炮孔深度1.8～2.0 m，炮孔直徑34～42 mm，炮孔間距1.0 m，炮孔排距1.0 m，最小抵抗線(xiàn)1.0 m。采用人工裝卷裝乳化銨油炸藥，每孔內(nèi)用1枝毫秒延期雷管，采用導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索連結(jié)形成非電復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò)，同排同段，排間毫秒微差爆破。

2.3.3 采場(chǎng)通風(fēng)

采場(chǎng)通風(fēng)主要是利用本階段運(yùn)輸平巷的新鮮風(fēng)流，通過(guò)脈外分段沿脈巷道、出礦橫向、到達(dá)回采工作面。沖刷工作邊后，污濁風(fēng)流通過(guò)通風(fēng)人行通風(fēng)天井回到上分段脈外分段平巷，最終通過(guò)回風(fēng)天井排至地表。對(duì)于個(gè)別不宜通風(fēng)的工作面也可采用局扇抽出式通風(fēng)[4]。一次爆破后通風(fēng)60 min左右，以排出粉塵及有毒有害氣體。

2.3.4 出礦

采場(chǎng)出礦采用鏟運(yùn)機(jī)出礦，第一步驟回采時(shí)，鏟運(yùn)機(jī)鏟裝礦石后，通過(guò)脈內(nèi)斜坡道，經(jīng)本段出礦橫巷、脈外分段平巷卸入采區(qū)礦石溜井[5]。第一步驟回采結(jié)束后，由于通往本階段出礦橫巷的脈內(nèi)斜坡道已經(jīng)被充填，因此，鏟運(yùn)機(jī)鏟裝礦石后，通過(guò)脈內(nèi)斜坡道，經(jīng)上分段出礦橫巷、上分段脈外分段平巷卸入礦石溜井。脈內(nèi)斜坡道的坡度應(yīng)根據(jù)鏟運(yùn)機(jī)的爬坡能力確定，其坡度應(yīng)盡量發(fā)揮鏟運(yùn)機(jī)的效率。

2.3.5 充填

拉底層充填：先用鋼筋混凝土形成0.5 m厚人工假底，然后用廢石充填，充填高度2.0 m，再用1∶4～1∶6水泥尾砂充填，充填高度0.5 m[6]。充填過(guò)程中自距礦房邊界10 m處，沿礦房走向按15 %坡度形成脈內(nèi)斜坡道至第二分層回采高度。

第二分層回采工藝過(guò)程同第一分層，回采結(jié)束進(jìn)行充填過(guò)程中，廢石充填高度2.5 m，1∶4～1∶6水泥尾砂充填高度0.5 m。同樣按15%坡度形成脈內(nèi)斜坡道至第三分層高度，并與第一分層形成的斜坡道連結(jié)。依次類(lèi)推，直至回采至最后一分層，形成貫穿礦房走向方向的脈內(nèi)斜坡道。

具體采礦方案如圖2所示。

(a)第一步驟回采 (b)第二步驟回采

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

機(jī)械化上向分層充填采礦法、傳統(tǒng)上向分層充填采礦法、留礦法及脈內(nèi)斜坡道上向分層充填采礦法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。

表1 各采礦方法回采主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

由表1可知，脈內(nèi)斜坡道上向分層充填采礦法與機(jī)械化上向分層充填采礦法在采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的情況下，采場(chǎng)生產(chǎn)能力都為300 t/d，但其采切比與采準(zhǔn)帶巖率卻遠(yuǎn)小于機(jī)械化上向分層充填采礦法。相同礦體賦存條件及結(jié)構(gòu)參數(shù)情況下，其生產(chǎn)能力大于傳統(tǒng)上向分層充填采礦法和留礦法，采切比也遠(yuǎn)小于上述兩種方法。

4 結(jié)語(yǔ)

1)脈內(nèi)斜坡道上向分層充填采礦法針對(duì)薄至中厚型金屬礦床，通過(guò)實(shí)現(xiàn)人員在采礦設(shè)備內(nèi)作業(yè)，避免人員直接暴露在空?qǐng)鰞?nèi)，大幅度提高了作業(yè)安全性，從而有效地保證了礦體開(kāi)采安全。

2)脈內(nèi)斜坡道上向分層充填采礦法不設(shè)置脈外聯(lián)絡(luò)斜巷，減少了脈外分段平巷的設(shè)置，通過(guò)形成脈內(nèi)斜坡道的方式實(shí)現(xiàn)采礦機(jī)械轉(zhuǎn)層的問(wèn)題，減少了采準(zhǔn)工程量，減小了采切比。

3)脈內(nèi)斜坡道上向分層充填采礦法對(duì)于礦體較薄而需使用留礦法和傳統(tǒng)的上向分層充填法回采的礦山，省去復(fù)雜的底部結(jié)構(gòu)，鏟運(yùn)機(jī)在采場(chǎng)內(nèi)可自由轉(zhuǎn)層，出礦靈活、勞動(dòng)強(qiáng)度低、出礦效率高。

4)礦房頂柱在上部鋼筋混凝土假頂?shù)谋Ｗo(hù)下，待整個(gè)礦塊回采結(jié)束后，采用進(jìn)路法進(jìn)行回收，資源回收率較高。