黏土巖覆層條件下緩傾斜鋁土礦安全高效采礦方法研究

余 超，崔 松

(1.中國鋁業(yè)貴州分公司礦業(yè)公司，貴陽 551413；2.礦冶科技集團有限公司，北京 102628)

鋁土礦資源在我國經(jīng)濟發(fā)展過程中起到極其關(guān)鍵的作用。據(jù)了解，鋁土礦資源由于自身地質(zhì)條件限制，主要是房柱法開采。由于鋁土礦成礦條件苛刻，頂板軟弱不穩(wěn)固、地壓活動顯著、層狀礦巖變化較大、直接頂板黏土巖與礦體界線不明確、水文地質(zhì)條件復(fù)雜等，揭露后短時間內(nèi)即出現(xiàn)垮塌，為保證開采安全及地表沉降控制，開采過程中必須預(yù)留較厚的護頂柱、點柱、頂?shù)字茸鳛橹误w系。導(dǎo)致鋁土礦資源的損失率較高，損失率一般40%～50%，造成大量資源浪費[1-2]。隨著高品位鋁土礦礦石價格的提升，如何提高礦山回收率是目前亟需解決的難題。

合適的采礦方法直接影響采場回采的安全性和生產(chǎn)作業(yè)技術(shù)經(jīng)濟指標。郭旺[3]針對銅坑礦緩傾斜薄礦體特征，提出了以TRIZ理論為指導(dǎo)的綜合優(yōu)選方法對礦山已用的采礦方法進行優(yōu)化，效果良好。謝火明[4]采用液壓支柱護頂嗣后充填采礦法在水銀洞金礦得到很好的應(yīng)用。

康家灣礦[5]、紅泥坡銅礦[6]、巴魯巴銅礦[7]等緩傾斜礦體開采過程中，通過采礦方法優(yōu)化選擇，均取得較好效果。

本文對貓場鋁礦緩傾斜礦脈開采的安全性和高效性進行了深入的研究，在現(xiàn)有采礦法基礎(chǔ)上，優(yōu)選出更合理的采礦方法。

1 工程概況

1)工程地質(zhì)條件

貓場鋁土礦為特大型沉積型鋁土礦床，具明顯二分性，為含鋁巖系、含鐵巖系。

礦體直接頂?shù)装逵绅ね翈r類組成，直接頂板平均厚度1.77 m；直接底板平均厚度3.22 m；礦體直接頂?shù)装迤骄鵕QD值12.50%，屬軟質(zhì)巖石塊狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定巖體。

礦床間接頂板為堅硬巖石，礦床間接底板為堅硬巖石塊狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定巖體。

對于鋁土礦層，土狀鋁土礦屬軟質(zhì)巖石塊狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定巖體礦體，致密狀鋁土礦屬硬質(zhì)巖石、塊狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定巖體，總體屬硬質(zhì)巖石與軟質(zhì)巖石互層的層狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定巖體。

2)水文地質(zhì)條件

礦體間接頂板富水性中等，該地區(qū)巖溶發(fā)育，含豐富溶洞暗河，水文地質(zhì)條件為中等偏復(fù)雜類型。

2 采礦方法初選

為減少礦柱損失，提高回采率，控制地壓與巖移，現(xiàn)有采礦方法已無法滿足以上條件及礦山生產(chǎn)需求。兩步驟條帶式廢石膠結(jié)充填采礦法的技術(shù)思路是在預(yù)護頂?shù)幕A(chǔ)上，進行條帶開采，結(jié)合廢石嗣后充填技術(shù)，不再留設(shè)采場點柱，大幅提高資源回采率。因此，針對兩種采礦方法進行對比分析，以優(yōu)選出合適的采礦方法。

2.1 點柱式房柱采礦法

1)礦塊布置及構(gòu)成要素

礦塊沿礦體走向連續(xù)布置，長50 m，控制礦塊斜長70～80 m，高為礦體厚度，留設(shè)頂、底柱，頂、底柱寬6 m。

2)采準切割

中段運輸平巷布置在礦體下盤，每個礦塊在鏟運機聯(lián)絡(luò)平巷與采場上山交匯處布置一條采場溜礦井，掘進人行通風(fēng)材料井聯(lián)通中段運輸平巷與鏟運機聯(lián)絡(luò)道，作為采場部分人員及材料的進出通道；沿礦體傾斜方向上掘二條采場上山，至上中段或上分段鏟運機聯(lián)絡(luò)道，形成完整的采場通風(fēng)風(fēng)路；在采場底柱上方開掘切割平巷，形成采場最初的回采工作面。

3)鑿巖爆破

回采工作面自采場一端向另一端分梯段向上逐步推進，采用Boomer281型鑿巖臺車落礦；孔深2.5～3.0 m，最小抵抗線1.0 m左右，炮孔間距1.0～1.5 m。采用裝藥臺車(局部人工輔助)裝藥，非電雷管起爆，礦石塊度控制在500 mm以內(nèi)，個別大塊在采場進行二次破碎。

4)出礦：采用2 m3電動鏟運機鏟裝，運至采場溜礦井，下放后在有軌運輸中段振動放礦機裝礦，電機車牽引中至礦石破碎站主溜井。

5)采場通風(fēng)：新鮮風(fēng)流由中段運輸平巷進入采場，流經(jīng)工作面后，污風(fēng)回至上中段或上分段鏟運機聯(lián)道，經(jīng)南北回風(fēng)斜井排出坑外。采場內(nèi)采用局部扇風(fēng)機進行輔助通風(fēng)。

2.2 兩步驟條帶式廢石膠結(jié)充填采礦法

1)礦塊布置及構(gòu)成要素

礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)：沿礦體走向劃分礦房、礦柱，一步驟回采礦房，通過分條回采，空區(qū)采用廢石膠結(jié)充填，寬3 m；二步驟分條帶回采，寬度5～6 m，礦塊長50 m，高為礦體厚度，傾向長50 m，0.5～1.0 m的護頂?shù)V壁(一步驟留1.0 m，二步驟留0.5～0.8 m)。

2)采準切割

礦塊采切工程主要為鏟運機運輸平巷、分段橫巷及通風(fēng)平巷。

3)鑿巖爆破

一步驟回采工作面自采場一端向另一端分梯段向上逐步推進，采用Boomer281型鑿巖臺車落礦。孔深2.5～3.0 m，最小抵抗線1.0 m左右，炮孔間距1.0～1.5 m。采用裝藥臺車(局部人工輔助)裝藥，非電雷管起爆，礦石塊度控制在500 mm以內(nèi)，個別大塊在采場進行二次破碎。

4)出礦：出礦選用2 m3的電動鏟運機，下放后在有軌運輸中段振動放礦機裝礦，電機車牽引中至礦石破碎站主溜井。

5)采場通風(fēng)：新鮮風(fēng)流主要經(jīng)主斜坡道、分段鑿巖巷道進入采場空區(qū)，污風(fēng)由上中段或上分段鏟運機聯(lián)道，經(jīng)南北回風(fēng)斜井排出坑外。采場內(nèi)采用局部扇風(fēng)機進行輔助通風(fēng)，見圖1。

圖1 兩步驟條帶式廢石膠結(jié)充填采礦方法Fig.1 A two-step strip consolidated stop-fill mining method for waste rock

3 采礦方法優(yōu)選

1)點柱式房柱采礦方法評價

該采礦方法礦石損失率較大，基本在40%～50%，造成大量經(jīng)濟損失，頂板控制困難，安全風(fēng)險高，管理難度大。

2)兩步驟條帶式廢石膠結(jié)充填采礦方法評價

廢石膠結(jié)充填采礦方法[8]布置結(jié)構(gòu)較為簡單，采礦過程中頂板預(yù)留0.8～1.0 m護頂?shù)V，支護工程量少，管理方便，在二步驟回采過程中，在保證安全的條件下，二次回采護頂?shù)V，進一步降低礦石損失，工藝技術(shù)容易掌握，鑿巖、爆破、出礦都是在護頂?shù)V壁下完成，工人不必進入空區(qū)?；夭赏戤吅?，一步驟采用廢石膠結(jié)充填，可有效解決廢石地表堆存問題，滿足環(huán)保要求，另外，充填成本低，總體來說，提高高品位礦石回收率，降低采切工程量，有效控制地壓，廢石有效利用，機械化程度高。

采用點柱式房柱采礦方法與兩步驟條帶式廢石膠結(jié)充填采礦方法綜合技術(shù)指標見表1。

表1 開采方案技術(shù)經(jīng)濟綜合比較

通過各項指標可以得出，條帶式廢石充填采礦法各項指標良好，尤其是回收率得到大幅提高，可以有效多回收大量高價值礦石，同時有效提高礦山服務(wù)年限[9]。圖2為條帶式回采具體回采步驟分解。

圖2 條帶式回采具體回采步驟分解Fig.2 The specific stoping steps of strip stoping

4 結(jié)論

根據(jù)礦體賦存變化條件，對礦山現(xiàn)有采礦方法進行全面剖析，有針對性地進行了對比優(yōu)化，具體結(jié)論如下：

1)建議采用留護頂?shù)V壁兩步驟分條回采嗣后充填采礦方法，在保證回采安全的前提下，結(jié)合廢石充填工藝，可以解決貓場鋁礦安全、高效采礦、地壓控制、廢石充填等技術(shù)難題。

2)提高了礦山整體(尤其是高品位鋁土礦)回采率，由60%左右提高至80%，延長了礦山服務(wù)年限，促進了礦山良好發(fā)展。

3)廢石不出坑，同時可以有效解決地表廢石場地有限的難題，有效控制地表沉降等目標。