松桃縣西溪堡錳礦采礦方法的探索研究

張望鴻

(貴州省地礦局103地質(zhì)大隊，貴州 銅仁 554300)

1 礦山概況

1.1 礦區(qū)簡介

松桃西溪堡錳礦位于銅仁市松桃縣平頭鎮(zhèn)，處于貴州銅仁松桃錳礦國家整裝勘查區(qū)內(nèi)，屬國有控股礦山。西溪堡錳礦劃分為南礦區(qū)和北礦區(qū)2個生產(chǎn)系統(tǒng)。南礦區(qū)為生產(chǎn)10余年的老礦區(qū)，生產(chǎn)規(guī)模10萬t/a；北礦區(qū)為新建礦區(qū)，生產(chǎn)規(guī)模20萬t/a；

西溪堡錳礦為緩傾斜薄礦體，礦體厚0.8～4.2 m，平均厚2.33 m，地質(zhì)平均Mn品位17.16%。礦體產(chǎn)于南華系大塘坡組第1段黑色巖系(習(xí)稱含錳巖系)下部，錳礦的空間分布規(guī)律與含錳巖系的特征密切相關(guān)，礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，傾向北西，傾角8(°)～20(°)，總體南礦區(qū)傾角相對偏小，北礦區(qū)偏大。礦石類型以碳酸錳為主，屬低硫、低磷、底鐵、浸出率高的優(yōu)質(zhì)錳礦。 礦層頂、底板均為黑色碳質(zhì)頁巖，如圖1所示。

從圖1礦層柱狀、巖性分析，綜合研究可以看出：

1) 礦層堅硬，兩層平均厚度2.23 m，f系數(shù)6～10；

2) 偽頂為頁巖，巖性是炭質(zhì)頁巖，強度比較低，厚度0.66 m；該層在開采過程中，總是隨采隨冒，難以維護，給支護和頂板管理了極大的困難，礦層回采而脫落；

3) 直接頂由4層組成，有2層頁巖，厚度合計14.1 m，有2層粘土巖，厚度合計0.72 m。頁巖、粘土巖強度低，尤其是粘土巖強度更低，遇水泥化，粘土巖起到了分離直接頂?shù)淖饔?，這樣的直接頂給頂板管理帶來較大難度，工作面礦壓顯現(xiàn)明顯，稍有不慎，將造成冒頂事故；

4) 直接底是頁巖，層厚0.3～0.8 m，強度低，遇水泥化，容易致使支柱鉆底，失去支護作用，造成冒頂事故。局部為鐵絲坳組含礫雜砂巖，間接底板為鐵絲坳組含礫砂巖(較厚)，f系數(shù)8～10。

通過上述頂?shù)装逡蛩胤治?，礦層底板穩(wěn)定性好，發(fā)生滑塌、坍塌的可能性??；而礦層頂板的穩(wěn)定性相對較差，在礦山實際生產(chǎn)過程中，由礦層頂板較破碎，井巷中片幫、掉頂、掉塊、垮塌、滑塌等現(xiàn)象較為普遍，為礦山安全隱患之一，同時也是導(dǎo)致采出礦石的貧化率較高，回采率偏低的客觀原因。

1.2 礦區(qū)構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)褶曲構(gòu)造發(fā)育，主要斷層有F1、F11及20余條次級小斷層，斷層為導(dǎo)水?dāng)鄬?。斷層總走向NE，傾向NW，傾角30(°)～60(°)。冷水溪斷層F1：為區(qū)內(nèi)主要斷裂，規(guī)模較大,貫穿整個礦區(qū)，為一條多期活動的古斷裂，并將成錳盆地切割為兩半，走向具分枝復(fù)合現(xiàn)象。走向30(°)～50(°)，傾向320(°)左右，傾角30(°)～35(°)，為正斷層，區(qū)域性上表現(xiàn)為緩傾角、階梯滑覆斷裂組合特點。沿走向長達20 km以上，斷距300～450 m，破碎帶寬5～15 m，該斷層向北強度逐漸減弱，對礦體有一定的破壞性。

F11位于礦區(qū)北西側(cè)肖家墳一帶，走向NE 65(°)，傾向北西，傾角60(°)左右，為正斷層。礦區(qū)內(nèi)走向長約500 m，受制于F1斷層，向南隱伏于地下，斷距100 m左右，破碎帶寬3～5 m，見斷層角礫、斷層泥，角礫成分為砂巖、粉砂質(zhì)頁巖等，形態(tài)呈棱角狀，對礦層的破壞性較大。

其余次級小斷層延礦體走向長約100～300 m，斷距均為8～15 m左右，破碎帶寬1～3 m，次級小斷層將錳礦體延傾向切割呈“臺階”狀，影響礦塊回采，增大了采切比，次級斷層對礦層的破壞性較大。礦床水文地質(zhì)條件為簡單類型。

2 采礦方法探索研究

根據(jù)礦體薄、傾角小、頂板穩(wěn)定性差，底板相對較為穩(wěn)定，開采難度大的特點，對南、北礦區(qū)開展不同的采礦試驗，探索研究適合的采礦方法并統(tǒng)計主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，為礦山生產(chǎn)提供依據(jù)。

2.1 南礦區(qū)采礦方法試驗

2.1.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)南礦區(qū)頂板穩(wěn)定性略好，礦體傾角較小的特點，采用房柱法進行試驗開采，采場結(jié)構(gòu)布置如圖2所示。試驗開采礦塊布置在+385 m中段至+395 m中段之間，礦塊沿礦層走向布置，走向長50 m，中段垂高約10 m，斜長約50～60 m，一個礦塊內(nèi)分為4個礦房，礦房跨度為8 m。礦塊間柱3 m，點柱尺寸3 m×3 m。頂柱3 m，底柱3 m[1-3]。

圖2 采礦方法示意

2.1.2 采準(zhǔn)切割工程布置

中段運輸平巷布置在脈內(nèi)，規(guī)格2.4 m×2.4 m。聯(lián)絡(luò)近路布置在中段運輸平巷一側(cè)，間隔15 m左右，規(guī)格2.4 m×2.4 m。拉低平巷布置在聯(lián)絡(luò)近路末端，延礦層底板掘進，聯(lián)通相鄰近路石門，規(guī)格2.4 m×2.4 m。切割上山延礦體底板掘進，與上一中段巷道貫通，間隔50 m左右，規(guī)格2.4 m×2.4 m?；夭善较锊贾迷谙噜徢懈钌仙街g，間隔8～10 m左右，規(guī)格2.4 m×2.4 m，為了方便井下膠輪運輸車輛行駛，特采用延走向布置。

2.1.3 回采工藝

因南礦區(qū)頂板相對穩(wěn)定，故回采是從回采平巷開始，礦房內(nèi)沿傾斜方向自下而上，延走向后退式回采，其中留設(shè)不規(guī)則礦柱。每個采場使用4臺YT-28鑿巖機打眼，首先從最下部的切割平行端部向兩側(cè)鑿順斜炮孔，逐漸形成錐形工作面，然后鑿與錐形工作面平行的炮孔。炮孔排距：采場為1.0～1.2 m，孔距0.9 m，孔深3.0～3.2 m，采用乳化炸藥，人工裝藥，導(dǎo)爆管連接起爆。

2.1.4 采場出礦

采場爆破落下的礦石采用WZL-60型挖掘式履帶式耙渣機裝運到宗南18YA礦山專用拖拉機內(nèi)直接運出地表。

2.1.5 采場通風(fēng)

新鮮風(fēng)流從中段運輸巷到達切割上山進入回采平巷清洗工作面，污風(fēng)從上中段平巷進入風(fēng)井，由風(fēng)機抽出地表，通風(fēng)不良時輔以局部壓風(fēng)機通風(fēng)。

2.1.6 空區(qū)頂板處理

主要措施是在采場內(nèi)留設(shè)品位較低的不規(guī)則礦體作為礦柱支撐頂板，無低品位礦體時采用圓木支撐，礦房回采一段距離后，進行放頂或其自然塌落，并對聯(lián)絡(luò)近路和上山進行混泥土封閉，以達到頂板管理的目的。切割上山和運輸平巷遇不穩(wěn)定頂板時，采用鋼支架支護掘進。

2.2 北礦區(qū)采礦方法試驗

2.2.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)北礦區(qū)頂板穩(wěn)定性相對南礦區(qū)略差，礦體傾角偏大的特點，也采用房柱法進行試驗開采，采場結(jié)構(gòu)布置見圖3。北礦段試驗采礦塊布置在+335 m中段至+355 m中段之間，礦塊沿礦層走向布置，走向長50 m，中段垂高約20 m，斜長約50～60 m，一個礦塊內(nèi)分為4個礦房，礦房跨度為4 m。礦塊間柱4 m，點柱尺寸3 m×3 m。頂柱3 m，底柱3 m，底柱的間隔位置布置電耙硐室，上下兩中段礦塊的切割上山間隔錯位布置[4-5]。

圖3 采礦方法示意

2.2.2 采準(zhǔn)切割工程布置

中段運輸平巷布置在下盤脈外，距礦層垂直距離約3～5 m左右，規(guī)格3 m×3 m。近路石門布置在中段運輸平巷一側(cè)，間隔12～15 m左右，規(guī)格2.6 m×2.6 m。拉低聯(lián)絡(luò)巷布置在近路石門末端，延礦層底板掘進，聯(lián)通相鄰近路石門，規(guī)格2.6 m×2.6 m。電耙硐室布置在進路石門末端即拉底聯(lián)絡(luò)巷一側(cè)，規(guī)格2 m×2 m。切割上山延礦體底板掘進，與上一中段拉低聯(lián)絡(luò)巷道貫通，間隔12～15 m左右，規(guī)格2 m×2 m，貫通位置在上一中段電耙硐室之間的拉底聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)。切割回采平巷布置在切割上山之間，間隔4～6 m左右，規(guī)格2 m×2 m。

2.2.3 回采工藝

一般頂板相對穩(wěn)定的房柱法開采的礦塊，回采是從切割上山開始，礦房內(nèi)沿傾斜方向自上而下回采。但試驗礦塊頂板不穩(wěn)定，允許空區(qū)跨度在3～5 m左右，為了回采打鉆時工人有一個相對穩(wěn)定安全的作業(yè)環(huán)境，同時提高回采率，特在切割上山內(nèi)開掘較多的切割回采平巷?；夭勺鳂I(yè)人員由切割上山來到礦塊最上部的切割回采平巷內(nèi)，以切割回采平巷為爆破自由面進行后退式擴幫爆破采礦。每個采場使用4臺YT-28鑿巖機打眼，首先從最上部的切割平行端部向兩側(cè)鑿順斜炮孔，逐漸形成錐形工作面，然后鑿與錐形工作面平行的炮孔。炮孔排距：采場為1.0～1.2 m，孔距0.9 m，孔深2.0～2.2 m，采用乳化炸藥，人工裝藥，導(dǎo)爆管連接起爆。

2.2.4 采場出礦

采場爆破落下的礦石采用2DPJ-14KW電耙搬運至上山底部的近路石門內(nèi)，采用礦用928型鏟車將礦石鏟運至就近的中段溜礦井內(nèi)，距溜井較遠時鏟運至YCC-1.2 m3礦車內(nèi)，用2.5 t蓄電池電機車運至溜井曲軌卸入溜礦井。

2.2.5 采場通風(fēng)

新鮮風(fēng)流從中段運輸巷經(jīng)近路石門到達切割上山進入礦房，清洗工作面的污風(fēng)從上中段回風(fēng)平巷進入風(fēng)井，由風(fēng)機抽出地表，通風(fēng)不良時輔以局部壓風(fēng)機通風(fēng)。

2.2.6 空區(qū)頂板處理

采場內(nèi)留設(shè)不規(guī)則礦柱支撐頂板，若切割平巷難以掘進時，采用成品鋼支架支護掘進，礦房回采完畢后空區(qū)自然塌落，并對近路石門進行混泥土封閉，以達到頂板管理的目的。中段運輸平巷、近路石門、切割上山遇不穩(wěn)定巖層時，采用鋼支架或錨網(wǎng)支護。

3 實驗經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)

采礦試驗通過跟蹤記錄，匯總統(tǒng)計測算，采礦主要經(jīng)濟指標(biāo)如下：

1)南礦區(qū)礦塊生產(chǎn)力約為105～120 t/d，北礦區(qū)為80～96 t/d。北礦區(qū)礦塊生產(chǎn)力低于南礦區(qū)的主要原因是由于北礦區(qū)礦塊內(nèi)采用電耙搬運礦石，礦石搬運速度遠低于南礦區(qū)鏟車搬運速度，導(dǎo)致爆破落礦后礦石搬運用時較長，對下一道工序施工產(chǎn)生影響，北礦區(qū)礦房內(nèi)的礦石搬運可進一步改進；

2)南礦區(qū)礦塊回采率約為60%～70%，北礦區(qū)約為70%～80%。北礦區(qū)礦塊回采率高于南礦區(qū)的主要原因是因為北礦區(qū)多布置施工了回采切割平巷，可供爆破回采的自由面更多，故礦塊回采出的礦石量大于南礦區(qū)。但由于北礦區(qū)布置施工了回采切割平巷，北礦區(qū)千噸采切比(25～30 m/kt)大于南礦區(qū)采切比(8～15 m/kt)，對開采成本有一定影響；

3)南礦區(qū)直接采礦噸礦成本約為95～105元/t，北礦區(qū)約為130～140元/t，通過實驗測算，兩礦區(qū)的采礦成本基本可控。導(dǎo)致北礦區(qū)采礦成本高于南礦區(qū)的主要原因是北礦區(qū)施工了回采切割平巷，以及礦塊內(nèi)電耙搬運礦石工效較低，導(dǎo)致了成本增加。

4 結(jié) 論

針對西溪堡錳礦南、北礦區(qū)的不同地質(zhì)情況，根據(jù)已購設(shè)備的尺寸，分別對礦塊布置參數(shù)，裸巷相對穩(wěn)頂寬度展開實驗研究，通過實驗，最終得出相對可行的結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。

1)通過實驗現(xiàn)場，南礦區(qū)頂板相對穩(wěn)定的情況下，空區(qū)頂板暴露跨度達到7～8 m左右，相對穩(wěn)定時間在7～15 d左右；礦層內(nèi)裸巷寬度在2.4～2.8 m左右時，較為穩(wěn)定，基本不會坍塌；試驗證明南礦區(qū)采用的礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)是合理的。

2)北礦頂板較差的情況下，不得已增加切割工程量，縮小礦層內(nèi)裸巷斷面尺寸，減小礦房跨度，來盡量控制頂板不坍塌，在穩(wěn)定期內(nèi)將礦石采出。通過試驗，空區(qū)頂板暴露跨度達到4～6 m左右，相對穩(wěn)定時間在5～7 d左右，但頂部會有局部掉落，掉落形成Λ形狀的頂時可穩(wěn)定一定時間，但空區(qū)高度可達到6 m以上。礦層內(nèi)裸巷寬度在1.8～2.4 m左右時，較為穩(wěn)定，基本不會坍塌。試驗證明北礦區(qū)采用的礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)是合理的，但因采切比較大，用于支護的材料較多，采礦成本相對較高，市場競爭力不強。

3)通過調(diào)整切割平巷的布置形式得出：在該區(qū)域此類軟弱沉積巖層內(nèi)掘進巷道，延巖層傾向掘進比延走向掘進頂板更為穩(wěn)定。故西溪堡錳礦在礦層內(nèi)應(yīng)盡量避免延礦層走向掘進巷道，礦層內(nèi)巷道走向與礦層走向有20(°)以上的夾角較為適宜。

4)目前貴州松桃縣、重慶秀山縣、湖南花垣縣等錳三角地區(qū)埋深潛、產(chǎn)狀較為穩(wěn)定、開采條件優(yōu)越的錳礦資源逐步枯竭。近年國家大力扶持，啟動國家錳礦整裝勘察項目，勘察找到的錳礦資源大部分埋深達千米以上，礦體頂板均是較軟弱的碳質(zhì)頁巖，但錳礦石資源量較大。后續(xù)繼續(xù)開展“掩護支架”、“人工礦柱”等采礦方法研究是非常有意義的，進一步找出更安全、更為經(jīng)濟、更科學(xué)的采礦方法，實現(xiàn)錳礦資源優(yōu)勢到經(jīng)濟優(yōu)勢的轉(zhuǎn)變。