殘礦回采方案研究與實(shí)踐

曹俊

(山西中條山有色金屬集團(tuán)有限公司，山西 垣曲縣 043700)

1 礦山概況

篦子溝礦業(yè)公司是1958 年建成投產(chǎn)的老礦山，礦石以黃銅礦為主，其次為黃鐵礦。屬緩傾斜礦體，含礦巖石主要為矽化大理巖，f=8～12，中等穩(wěn)固，圍巖大部分是不穩(wěn)固黑色片巖，f=6～8。礦山采用有底柱分段崩落法，平硐-豎井聯(lián)合開(kāi)拓系統(tǒng)，井下采用電機(jī)車(chē)運(yùn)輸，運(yùn)輸平巷布置在礦體下盤(pán)。經(jīng)過(guò)60 余年的不斷開(kāi)采，資源日益枯竭，采礦能力下降，成本不斷增加，如何延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限成了礦山發(fā)展穩(wěn)定中的關(guān)鍵問(wèn)題。礦業(yè)公司技術(shù)人員從2016年通過(guò)搜集資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，對(duì)2#礦體厚大且高品位的669～534 m 中段進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，經(jīng)過(guò)近5年的生產(chǎn)實(shí)踐，殘礦回采取得很好的成效，探索了一套具有篦子溝特色的技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的殘礦回采方案，為其他類(lèi)似開(kāi)采技術(shù)條件下的礦山提供了參考。

2 殘礦形成原因

自積極開(kāi)展殘礦回采工作以來(lái)，礦業(yè)公司技術(shù)人員對(duì)井下挖潛老窿殘礦區(qū)域的地質(zhì)資料以及開(kāi)拓、采準(zhǔn)、回采、爆破設(shè)計(jì)等資料進(jìn)行了收集整理，并經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查，對(duì)殘礦形成原因進(jìn)行分析，歸納為以下3 類(lèi):

（1）礦體產(chǎn)狀變化大，礦體薄，邊部零星小礦體不具備布置正規(guī)采準(zhǔn)工程，致使邊部小礦體未能正常開(kāi)采；

（2）因初期出礦耙道數(shù)量多、礦源充足、工藝落后，為了追求效益，對(duì)耙距較遠(yuǎn)、品位較低的漏斗放棄出礦，致使品位較高的礦石殘留在采空區(qū)未能采出；

（3）巖石特別破碎，節(jié)理極為發(fā)育，地壓活動(dòng)強(qiáng)烈，且后續(xù)砼支護(hù)質(zhì)量差、人為崩炮產(chǎn)生的震動(dòng)造成耙道“塌腰”，殘留部分礦石無(wú)法采出。

3 殘礦回采方法的選擇

3.1 殘礦回采的原則

殘礦回采是一項(xiàng)十分特殊的工作，在選定回采方案時(shí)應(yīng)遵循“安全第一，效益優(yōu)先，統(tǒng)籌規(guī)劃”3 大原則。要求禁止上下層重疊作業(yè)，爆區(qū)掘進(jìn)要邊掘進(jìn)邊支護(hù)，快進(jìn)快出，巷道維護(hù)要及時(shí)，維護(hù)作業(yè)與掘進(jìn)作業(yè)不可隔班；上下分層作業(yè)時(shí)，穿脈指導(dǎo)回采老窿礦量，上層作業(yè)面必須在巖石位移線(xiàn)以外作業(yè)；在回采過(guò)程中要根據(jù)殘礦回采工藝進(jìn)行可行性分析，估算出盈虧臨界點(diǎn)品位，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估，確定是否回采。

3.2 殘礦回采方法的選擇

殘礦成因復(fù)雜，開(kāi)采技術(shù)條件差別很大，應(yīng)根據(jù)不同的賦存條件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，運(yùn)用更加經(jīng)濟(jì)合理、安全高效的采礦方法進(jìn)行殘礦回采。

3.2.1 有底柱分段崩落法回采殘礦方案

對(duì)于電耙道破壞不嚴(yán)重的殘留礦體，通過(guò)疏通各分段層底盤(pán)未崩落耙道的方式進(jìn)行資源回收，對(duì)破壞區(qū)域進(jìn)行修復(fù)使其具備出礦條件；但對(duì)于耙道破壞嚴(yán)重，清理難度大的耙道，可通過(guò)在相鄰兩條耙道間柱中間重新施工一條耙道，并與相鄰斗穿打透的方法，對(duì)采場(chǎng)礦量進(jìn)行補(bǔ)救，見(jiàn)圖1。

圖1 有底柱分段崩落法回采殘礦方案

優(yōu)點(diǎn)：電耙道生產(chǎn)能力大，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化開(kāi)采；所用設(shè)備比較簡(jiǎn)單，操作與維修都很方便；材料消耗少，采礦直接成本較低；采場(chǎng)存窿礦量多，有利于調(diào)節(jié)生產(chǎn)；設(shè)有專(zhuān)用的進(jìn)、回風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)效果好。

缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率相對(duì)較低；耙道頂板桃形，由于距原電耙道深孔邊孔較近，爆破對(duì)周?chē)鷰r石產(chǎn)生震動(dòng)局部冒落，作業(yè)安全性較差；間柱內(nèi)巷道多，對(duì)穩(wěn)定性有消弱，電耙道等維護(hù)工作量較大；放礦管理工作比較復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)控制放礦。

3.2.2 無(wú)底柱分段崩落法回采殘礦方案

對(duì)于原電耙道垮冒、破壞嚴(yán)重，但上部工程已形成或爆破完畢的殘存礦量，采用無(wú)底柱采礦法進(jìn)行回采?？稍谠姲业老戮? m 至巖石穩(wěn)固區(qū)域，沿耙道方向補(bǔ)打一條鏟車(chē)進(jìn)路，在新開(kāi)鑿的巷道中鑿上向扇形中深孔，排距為1～1.2 m，以耙道和漏斗為自由面，對(duì)上分段的電耙道、斗間柱進(jìn)行強(qiáng)制性崩落，每次崩2 排，用鏟運(yùn)機(jī)后退式進(jìn)行鏟裝運(yùn)輸至端部溜礦井內(nèi)。683 m 分段殘礦的回采，見(jiàn)圖2。

圖2 無(wú)底柱分段崩落法殘礦回采方案

優(yōu)點(diǎn)：回采工藝簡(jiǎn)單較成熟，機(jī)械化程度和出礦效率相對(duì)較高；在回采巷道端部放礦，可減少處理卡斗事故并簡(jiǎn)化二次破碎工作；崩礦步距小，易于不同品位礦石分掘分出；地壓管理簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn):覆巖下放礦，礦石損失貧化較大；出礦部位均為獨(dú)頭巷道，通風(fēng)比較困難，通風(fēng)管理也較為復(fù)雜；無(wú)軌設(shè)備維護(hù)工作量大。

3.2.3 耙道底盤(pán)損失殘礦回采方案

篦子溝礦業(yè)公司回采邊界線(xiàn)下盤(pán)角度一般都在60°，礦石回采率在80%左右。但根據(jù)放礦橢球體理論，每個(gè)漏斗負(fù)擔(dān)的礦石只能按照橢球體形狀至上而下放出。對(duì)于傾角在55°以上的礦體，下盤(pán)漏斗單個(gè)橢球體損失率在20%左右；對(duì)于傾角小于55°且大于40°的礦體，下盤(pán)漏斗單個(gè)橢球體損失率在35%左右?？梢钥闯觯捎帽缆浞ǚ诺V時(shí)，礦石損失主要集中在漏斗脊部、下盤(pán)和形成的礦巖混雜層。針對(duì)下盤(pán)漏斗馱礦的問(wèn)題，采取在耙道底盤(pán)補(bǔ)加出礦漏斗，深孔進(jìn)行側(cè)向擠壓擴(kuò)漏拉底的方式進(jìn)行回采，見(jiàn)圖3。

圖3 礦體下盤(pán)損失礦量回采

優(yōu)點(diǎn)：所用設(shè)備比較簡(jiǎn)單，操作與維修都很方便；材料消耗少，采礦成本低；充分回采了下盤(pán)損失礦量。

缺點(diǎn)：在臨近崩落區(qū)周?chē)┕げ糠植蓽?zhǔn)工程，巖石條件不好，尺度不易掌控，深孔施工中易出現(xiàn)掉塊、堵孔現(xiàn)象。

3.2.4 聯(lián)合淺采回采方案

對(duì)于一些礦體產(chǎn)狀變化大，礦體薄而緩的邊部分支零星小礦體的回采，篦子溝礦業(yè)公司采用多種靈活的采礦方法。如根據(jù)礦體形態(tài)和賦存條件運(yùn)用淺孔留礦法、爆力運(yùn)搬法等回采礦石。

4 采場(chǎng)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

通過(guò)上述4 種方法，從2016—2020 年分別對(duì)534 分段、550 分段、567 分段、579 分段、595 分段礦體下盤(pán)及邊部小礦體進(jìn)行回采設(shè)計(jì)，共有效回采礦量218.044 萬(wàn)t，見(jiàn)表1。

表1 2016 年—2020 年回采指標(biāo)

5 注意事項(xiàng)

（1）統(tǒng)籌規(guī)劃，循序漸進(jìn)，確定合理的回采順序。防止掘進(jìn)與出礦出現(xiàn)斷檔，避免出現(xiàn)無(wú)礦可出或采場(chǎng)閑置，產(chǎn)生次生應(yīng)力場(chǎng)、耙道變形需二次開(kāi)幫等情況，造成浪費(fèi)。

（2）選擇合理的采掘方式。對(duì)于一些巖石破碎支護(hù)困難的采場(chǎng)，采用出礦效率高的鏟運(yùn)機(jī)配合承受壓力大、支撐時(shí)間長(zhǎng)、可收縮的U 型鋼支護(hù)，并實(shí)行“強(qiáng)掘、強(qiáng)采、強(qiáng)出”的三強(qiáng)原則，實(shí)行強(qiáng)化開(kāi)采，縮短回采周期，在地壓沒(méi)有大的變化之前，將礦石采出。

（3）注意地壓活動(dòng)的影響。殘礦的不斷推進(jìn)嚴(yán)重影響了原采場(chǎng)礦體的空間賦存狀態(tài)，破壞了原巖的應(yīng)力平衡，引起了上部巖層的地壓活動(dòng)和移動(dòng)，產(chǎn)生了次生應(yīng)力場(chǎng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，巖層逐漸發(fā)生變形、移動(dòng)乃至破壞。

（4）殘礦回采過(guò)程中的通風(fēng)問(wèn)題。無(wú)底柱鏟運(yùn)機(jī)出礦巷道都是獨(dú)頭巷道，通風(fēng)比較困難，基本上采用局扇加風(fēng)筒混合式通風(fēng)方式進(jìn)行通風(fēng)，在有底柱殘礦回采時(shí)，盡量在耙道層兩端形成獨(dú)立的進(jìn)、回風(fēng)系統(tǒng)，通過(guò)通風(fēng)改善作業(yè)環(huán)境。

6 結(jié)論

（1）殘礦回采采場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)最大限度地利用原有井巷工程設(shè)施,可大大降低出礦成本。

（2）鑒于殘礦回采工程多在礦石品位較高的區(qū)域，該區(qū)域往往地壓變化較大，安全風(fēng)險(xiǎn)增強(qiáng)，因此在開(kāi)采過(guò)程中要充分重視采場(chǎng)地壓管理，并采用聯(lián)合支護(hù)的方式進(jìn)行井巷工程維護(hù)，確保安全生產(chǎn)。

（3）按照選礦技術(shù)水平和金屬價(jià)格，預(yù)先制定經(jīng)濟(jì)合理的放礦截止品位，并嚴(yán)格加以控制，從而延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限的同時(shí)發(fā)揮殘留礦石的價(jià)值，為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

（4）殘礦回采方案設(shè)計(jì)之前，必須進(jìn)行可行性分析，應(yīng)預(yù)估出施工條件、可采礦量、采礦成本等因素，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估,確定是否回采。

（5）同一礦山不能只局限于一種采礦方法和現(xiàn)有設(shè)備，應(yīng)根據(jù)不同的礦體賦存條件靈活運(yùn)用多種聯(lián)合采礦方法，對(duì)于挖掘礦山廢舊采場(chǎng)潛力、提高礦石回采率，具有較好的效果。

（6）殘礦回采工作對(duì)于資源萎縮型礦山可以在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)帶來(lái)一定的社會(huì)效應(yīng)。