傾斜薄礦體房柱采礦法的實踐

陳能飛

(廣西錫山礦業(yè)有限公司，廣西 南寧 530022)

1 地質概況與開采技術條件

廣西大新錳礦為泥盆紀沉積碳酸錳礦床，礦區(qū)位于廣西左江流域，地形復雜，屬低山丘陵地形，半裸露型巖溶地貌。礦區(qū)內最高標高844.1 m，地勢西高東低，流經礦區(qū)東緣的黑水河(下雷河)，最低標高是240.5 m，礦區(qū)南翼布康溪最低標高310 m，是南翼礦區(qū)最低侵蝕基準面。

礦區(qū)錳礦層自下而上分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ礦層，賦存于硅質巖、泥灰?guī)r中，3個礦層平均厚度分別為1.7，2.35，0.58 m。Ⅰ礦層與Ⅱ礦層之間夾層一為硅質灰?guī)r，厚0.08～28.17 m，一般約4.5 m；Ⅱ礦層與Ⅲ礦層之間夾層二為錳質泥灰?guī)r或錳質泥巖，厚0～1.28 m，一般約0.6 m。礦層傾角在幾度至90(°)之間，甚至陡立。Ⅲ礦層的直接頂板為硅質巖，一般厚0.05～0.6 m，往上為硅質灰?guī)r、泥巖，Ⅰ礦層的直接底板為泥質灰?guī)r、夾泥質巖。

礦區(qū)西北片區(qū)250中段的礦體呈層狀產出，層位不穩(wěn)定，小斷層較多，工程地質條件屬中等類型堅硬、半堅硬巖。根據《工程巖體分級標準》(GB/T 50218—2014)結合該區(qū)域地質資料[1]，該中段頂板為Ⅱ、Ⅲ礦層頂板，巖體基本質量等級為Ⅱ、Ⅲ級，Ⅲ級巖體基本質量指標(BQ)在351～450之間。故Ⅲ級及以下時采取錨網支護，Ⅱ級及以上不需支護。

礦體走向呈北東—西南方向，傾向為東南方向。Ⅱ+Ⅲ礦層平均厚度約3.3 m，傾角13(°)～60(°)，斜長25～52 m，礦石品位約16.85%，f=8～15,夾一厚度7～10 m,平均厚度8 m。Ⅱ礦層直接底板為微粒石英硅質巖，局部為灰色鈣質泥巖，Ⅱ～Ⅲ礦層之間為夾Ⅱ，夾Ⅱ為灰綠、灰白、深灰、棕紅色含錳泥巖，厚度約50～300 mm，因其厚度薄而無法剔除或含Mn>11%而并入計算資源儲量，Ⅲ礦層頂板主要為鈣質泥巖和鈣質灰?guī)r，常含有石英、絹云母及少量黃鐵礦，抗壓強度較低，跨度較大時易垮塌，特別是在褶皺強烈和斷層區(qū)域，回采過程中應控制好采寬和留出礦柱，并加強排險工作。該區(qū)域無透水隱患，暴雨后頂板會滲入少量斷層裂隙水[2]。

2 生產實踐概況

大新錳礦自2013年至2021年先后在西北部340中段、310中段、280中段、250中段對傾斜薄礦體進行了房柱采礦法試驗開采，試驗區(qū)域礦體傾角5(°)～55(°)，平均傾角約為25(°)，夾一厚度7～10 m，采用Ⅰ礦與Ⅱ、Ⅲ礦分采，Ⅱ、Ⅲ礦與夾二混采，淺孔爆破房柱法進行試驗，Ⅱ、Ⅲ礦分開起爆。采用YT-28氣退式鑿巖機鑿巖、電耙出礦。采場長度60 m，寬度50～70 m，礦塊沿走向布置，其中礦房寬度11 m(中對中)，沿走向底部礦柱寬3.5 m，間柱寬3 m，長4 m。采場沿走向和傾向方向上均采用后退式回采。試驗后發(fā)現，頂板破壞Ⅲ礦后頂板圍巖過快地冒落，造成礦石損失率和貧化率偏大，空區(qū)頂板冒落較快，更對安全生產造成一些影響。為了保障安全，提高回采率降低貧化率，決定采用Ⅱ、Ⅲ礦分開起爆，即先采Ⅱ礦，同時預留Ⅲ礦保護頂板。Ⅲ礦是預先打好眼不放炮，當一個礦房Ⅱ礦回采結束后，再快速統(tǒng)一爆破回收Ⅲ礦，礦房回采過程中人員只能從隔壁上山走上回風聯(lián)絡道進出，不能從采空區(qū)行走，掛鋼絲繩時利用拋繩槍把麻繩從礦房下口打到頂柱位置，人員從聯(lián)絡道進入掛滑輪和鋼絲繩。

爆破采用YT-28氣退式鑿巖機鑿巖，電耙耙礦，平底漏斗出礦，頂板處理方式是局部錨網支護，頂板自然垮塌充填空區(qū)，局部通風機提供采場新鮮風流[3]。通過采礦方法的合理順序，探索出了適合本礦山傾斜薄礦體的采礦方法。經過多年的實踐，現在大新錳礦西北部片區(qū)運用此采礦方法已經得到了一定效果[4]。

3 采礦方法

西北部片區(qū)試驗采場中傾斜薄礦體傾角波動范圍5(°)～55(°)，平均傾角約為25(°)；Ⅰ礦層厚1.52～1.79 m，平均1.7 m；Ⅱ、Ⅲ礦層厚約2.7～3.5 m，平均厚3.3 m；夾一厚度7～10 m。地質構造較為復雜，分別體現在：①褶皺和小斷層較多，斷層落差1～4 m；②圍巖中等穩(wěn)固、完整性較好；③礦體波浪形上下起伏不定，起伏范圍2～10 m；④水文地質較為簡單。因此試驗主要針對西北部礦段回風井一帶的傾斜薄礦體，采礦方法為房柱采礦法。

3.1 工程布置

該區(qū)域上下相鄰中段沿脈運輸大巷垂直高差一般在30 m左右，水平距離在60～90 m范圍。采場是沿著沿脈運輸大巷每60 m左右范圍劃分為一個采場，在下一水平的沿脈運輸大巷上選擇合適的位置開平底漏斗，平底漏斗一般選擇在頂板圍巖較為完好、斷層較少的地方。平底漏斗沿著礦體真傾向方向施工，電耙道沿著礦體走向施工，沿著電耙道方向每間隔10 m(中對中)施工一條上山作為礦房，上山之間每間隔10 m(中對中)施工一個聯(lián)絡道。當上山傾斜長度超過50 m時施工二拉底，二拉底將采場分成上下兩部分，在條件允許的情況下，每條切割上山盡量通上水平的主巷，不通主巷通上水平電耙道時必須施工上回風聯(lián)絡道。礦房回采時人員只能從上回風聯(lián)絡道進出，照明線、風水管也從上回風聯(lián)絡道接入，采切巷道不支護，局部不穩(wěn)定段使用錨網支護。采場結構和平面布置簡況如圖1所示。

1 上水平運輸巷或電爬道；2 上回風聯(lián)絡道；3 二拉底；4 切割上山；5 礦柱；6 電耙道；7 平底漏斗；8 沿脈運輸大巷；9 底柱；10 人行聯(lián)絡道

3.2 回采順序

回采順序均采用后退式回采，沿傾向由下而上回采，沿走向從遠到近回采。

3.3 回采工藝

1)采場鑿巖：排險到位后，選擇合適的站位，采用YT-28氣退式鑿巖機在切割上山布置平行鉆孔，炮孔方位與上山之間的夾角在30(°)～60(°)之間，孔徑38 mm，炮眼排距0.8 m，炮眼間距1.0 m。

2)采場爆破：炮眼孔打完后，以切割上山幫壁為自由面，炮眼一次爆破。采用2號巖石乳化炸藥，20 m毫秒塑料導爆雷管，雙藥包雙回路一次起爆，每孔裝4節(jié)炸藥[5]。

3)采場出礦：采用 2JPB-22、2JPB-30雙卷筒電耙出礦，經電耙道轉運至平底漏斗，裝入2 m3礦車，電機車轉運至中段吊車場，由吊車場提升至地面。

4)礦柱回收：每個礦房間的礦柱厚度3 m左右,礦房之間留連續(xù)礦柱，根據多年用房柱法回采的統(tǒng)計數據，在礦房回采完畢5個月后60 %頂板會自然垮塌，電耙道兩側的底柱在回采完畢一個采場時立即回收，礦房間條形礦柱不回收[6]。

5)頂板管理及空區(qū)處理：頂板一般不支護，局部地點采用錨網支護，為了降低貧化率，將廢石倒進礦房填堵空區(qū)。

3.4 采場通風

1)新鮮風流由西北2號進風井進風，到達250中段主運輸巷，再經過250中段主運輸巷各個平底漏斗，過漏斗后經電耙道、切割上山進入礦房。

2)污風經過上回風聯(lián)絡道進入上個中段的電耙道或者主運輸巷，再經過280中段運輸大巷到達西南專用回風斜井，最后由西南專用抽風機抽出地表。

3.5 采礦主要技術經濟指標

采礦主要技術經濟指標如下：①炸藥的平均單耗為0.18 kg/t；②采礦貧化率為18%；③采礦損失率為19%；④采空區(qū)的平均高度為3.5 m；⑤每工班采礦工效13 t；⑥千噸采切比為160 m/kt。

4 結 論

大新錳礦采用房柱法開采傾斜及緩傾斜以下礦體，積累了較好的采礦實踐經驗，在技術上取得了較大突破，在經濟上取得了較好的成果，該方法具有以下特點：①平底漏斗出礦，有效避免天井口漏斗放礦傷害的隱患，安全性較高；②礦房Ⅱ、Ⅲ礦分開爆破，貧化率可以有效控制，出礦效率高；③預留Ⅲ礦保護頂板，人員從上回風聯(lián)絡道通過，安全性較高；④礦房之間留連續(xù)礦柱，礦石回采率較低；⑤采準切割布置較多，采切比及采礦成本偏高；⑥該采礦方法適用于傾斜、緩傾斜及水平礦體。

該采礦方法在礦區(qū)西北部已經大量推廣使用，經濟上取得了較好的成果，值得推廣應用。