河北省礬山磷礦西區(qū)高承壓水體下開采技術(shù)方案與頂板圍巖監(jiān)測探析

張有發(fā)

摘要：河北省礬山磷礦在復(fù)雜的高承壓水體下開采，采礦成本高，開采難度大，在開采過程中由于礦體傾角較緩，存在著貧化、效率、成本、安全對立統(tǒng)一矛盾，本文闡述了礬山磷礦西區(qū)充填采礦試驗方法選擇，加大開采過程的管理和探測，利用三維空區(qū)掃描儀監(jiān)測管理空區(qū)，并結(jié)合生產(chǎn)實際論述了各采礦法的工藝流程，為西區(qū)試驗性采礦方法指導(dǎo)了方向。

Abstract： Fanshan Phosphate Mine in Hebei Province is mined in a complex high-pressure water body， which has high mining cost and difficult exploitation. Due to the slow dip angle of ore bodies， there exists the contradiction of opposites of oppression， efficiency， cost and safety. This article expatiates on the choice of test methods of filling mining in the West Area of Fanshan Phosphate Mine， increases the management and exploration of the mining process， monitors the management vacant area by using the three-dimensional empty area scanner， and discusses the technological process of each mining method according to the actual production， pointing out the direction of experimental mining methods.

關(guān)鍵詞：高承壓含水層；基巖風(fēng)化帶構(gòu)造裂隙水；分段菱形礦房嗣后充填采礦法

Key words： high confined aquifers；bedrock weathered zone structure fissure water；subsection rhombus mines postfilling mining method

中圖分類號：P611.1+1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）02-0140-02

1 礬山礦床及雜巖體導(dǎo)水狀況

河北省礬山磷礦系隱伏礦床，賦存于堿性超基性雜巖體中，礦區(qū)為丘陵地形，第四系地層覆蓋厚度120-282m。礬山雜巖體宏觀上不含水，但因構(gòu)造裂隙發(fā)育程度不同，不同地段也存在著不同的水力特征，同頂部的第四系含水層有著密切聯(lián)系，分布如下：

1.1 基巖風(fēng)化帶裂隙水

該礦風(fēng)化帶屬性復(fù)合型風(fēng)化帶，以面狀風(fēng)化為主，線狀風(fēng)化為輔。面狀風(fēng)化帶厚度平均11.5m，線狀風(fēng)化帶深度平均30m，局部達50m風(fēng)化帶與中更新統(tǒng)底部的含水層屬統(tǒng)一的含水層，但其透水性較差，富水性較弱。

1.2 基巖構(gòu)造裂隙水

礦區(qū)東部低水位區(qū)富含基巖構(gòu)造裂隙水，基巖構(gòu)造控制著地下水的儲存富集與運移。目前已查明突涌水?dāng)鄬佑蠪9、F10、F11、F8。斷層的富水性同斷層的性質(zhì)有密切關(guān)系，張性斷層涌水量可達60-100m3/h，且穩(wěn)定。目前生產(chǎn)中遇到的難題，在回采時防止礦房頂板塌方或抽冒擾動上方含水層。

2 開采方法的選擇

根據(jù)礬山磷礦西區(qū)開采技術(shù)條件、工程現(xiàn)狀，并參考國內(nèi)外同類礦體開采現(xiàn)狀，鑒于充填采礦方法在“三下”礦床開采方面的優(yōu)越性，確定礬山磷礦西區(qū)采用充填采礦法，Ⅱ、Ⅲ、Ⅱ-1、Ⅲ-1號礦體間開采順序依次為Ⅱ、Ⅲ號礦體采充、Ⅱ-1號礦體采充以及Ⅲ-1號礦體采充。采礦試驗項目分為以下三種：

2.1 分段菱形礦房嗣后充填采礦法

Ⅱ、Ⅲ號礦體分段菱形礦房嗣后充填采礦法如圖1所示。

2.1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

礦塊沿礦體走向布置，長為60m，寬為礦體水平厚度，階段高度45m，礦塊間柱寬度8～10m，底柱高度6～12m，礦塊內(nèi)共設(shè)3個分段，分段高度自下而上依次為12m、12m、9m。礦塊內(nèi)沿礦體走向布置回采礦房，其邊界輪廓垂直礦體走向呈“似菱形”，礦房長為25～55m，寬度為礦體水平厚度（依據(jù)礦體實際賦存情況而定）。

2.1.2 采準(zhǔn)切割

采切工程主要包括分段聯(lián)絡(luò)巷、分段穿脈巷、鑿巖進路、出礦進路、出礦巷、充填回風(fēng)天井、溜井、受礦巷、切割槽等。

分段沿脈聯(lián)絡(luò)巷與各分段穿脈巷、鑿巖進路、采區(qū)溜井及斜坡道聯(lián)通，承擔(dān)各分段的鑿巖、爆破及部分出礦工作；充填回風(fēng)天井布置于礦塊間柱內(nèi)并與各分段穿脈巷聯(lián)通，前期擔(dān)負(fù)采場回風(fēng)、后期兼顧空區(qū)處理工作；菱形礦房底部布置受礦巷，通過出礦進路與出礦巷聯(lián)通，承擔(dān)礦房階段出礦工作。

2.1.3 回采順序

首采礦房自礦體上盤、礦塊端部沿走向進行順序回采，嗣后充填接頂并養(yǎng)護固結(jié)后以相同方式進行相鄰礦房的回采，以此類推；礦房內(nèi)各分段間采用滯后回采方式（相鄰分段間下部分段滯后上部分段）。

2.1.4 鑿巖爆破

各分段鑿巖巷道內(nèi)鉆鑿上向扇形中深孔，端部施工切割天井，以切割天井為自由面爆破形成切割立槽，并以此為補償空間進行逐排爆破推進。設(shè)計炮孔直徑為60～80mm，排距為1.2～2m，孔底距為2.0～2.4m。鑿巖結(jié)束后，清潔炮孔，裝藥采用BQF-100型風(fēng)動裝藥器向孔中裝填粒狀銨油炸藥、非電導(dǎo)爆管排間微差起爆，每次爆3～5排孔，補償空間足夠時，可一次微差擠壓爆破。礦房內(nèi)各分段同時形成切割槽，同步驟回采，上部分段超前下部分段1個回采步距。采場通風(fēng)采用主通風(fēng)系統(tǒng)加局扇的聯(lián)合通風(fēng)方式。endprint

2.1.5 落礦運輸

分段爆破落礦后，崩下礦石自溜至采場底部受礦巷道內(nèi)，采場出礦采用WJD-1.5電動鏟運機出礦，通過出礦進路口裝運礦石至采場溜井，并于下部中段穿脈運輸巷裝車運出。

2.1.6 地壓管理

在采場上部的礦體下盤夾石內(nèi)沿礦體走向掘進護頂支護加固平巷，從加固巷內(nèi)垂直礦體傾斜方向沿礦房全長向上盤施工護頂長錨索，排距為3m，每排2～3根，護頂長錨索采用1根Φ15.24mm的鋼絞線，長20～25m，在鉆孔底部形成網(wǎng)度為3～3m×3～4m的加固網(wǎng)絡(luò)，鉆孔直徑為70mm；利用425#普通硅酸鹽水泥、水配制后注漿，其水灰比為0.5。將攪拌好的漿液用UB-3型灰漿泵注入孔內(nèi)；采場巷道遇軟弱巖石或節(jié)理裂隙較發(fā)育的硬巖時，采用錨桿支護或噴錨支護；安全性差、暴露面積較大的地段采用砂漿長錨索配合金屬網(wǎng)支護。

2.1.7 空區(qū)處理

礦房回采完成后即進行空區(qū)充填工作，充填料從間柱內(nèi)充填回風(fēng)井經(jīng)充填聯(lián)絡(luò)道或者施工的充填鉆孔進入空區(qū)。為提高底柱回收時采場安全性，空區(qū)底部8m采用灰砂比1：4～1：6料漿膠結(jié)充填，充填體強度達到3MPa以上，其余部分可依據(jù)現(xiàn)場圍巖穩(wěn)固情況采用低灰砂比料漿或全尾砂充填。

2.1.8 礦柱回收

采場底柱可隨下部中段采充完成后進行回收，分段崩落，進路出礦，嗣后充填；間柱用來分隔兩個相鄰采場，同時對頂板起到一定支撐作用，不再回收。

2.2 上向進路充填采礦法

2.3 分段鑿巖階段出礦嗣后充填采礦法

3 空區(qū)充填與探測

充填結(jié)束在2-3月后進行空區(qū)探測，按照采礦爆破設(shè)計輪廓范圍布置探測孔，利用ZK150型小型取芯鉆，進行探測，依據(jù)巖心分析是否接頂。利用引進的VS150-MK3三維激光掃描儀進行空區(qū)監(jiān)測，結(jié)合3DMine礦業(yè)軟件建立三維空間模型，指導(dǎo)充填接頂及空區(qū)頂板圍巖變化探測分析。除此以外，還應(yīng)該建立排水監(jiān)測系統(tǒng)，加強排水管理。

4 總結(jié)

①礬山磷礦在第四系高承壓含水層下開采選擇了合理先進的開采技術(shù)方案，變形觀測多元化保護Q2含水層協(xié)同開采技術(shù)，上向分層充填法采礦，減少空區(qū)頂板暴露時間，有力的保護了空區(qū)頂板抽冒或塌方，對高承壓含水層下開采的技術(shù)研究指導(dǎo)了明確的方向。②為防止頂板冒落波及上覆承壓含水層引發(fā)透水災(zāi)害，回采作業(yè)前必須做好采場頂板管理工作，可在采場上部的礦體下盤夾石內(nèi)沿礦體走向掘進護頂支護加固平巷，從加固巷內(nèi)垂直礦體傾斜方向沿礦房全長向上盤施工護頂長錨索，保證了采場頂板在爆破震動或回采時出現(xiàn)塌方或抽冒，避免了擾動上端含水層出現(xiàn)安全隱患。③利用引進的VS150-MK3三維激光掃描儀進行空區(qū)掃描監(jiān)測，結(jié)合3DMine礦業(yè)軟件建立三維空間模型指導(dǎo)充填工作，防止后期空區(qū)頂板圍巖發(fā)生較大變化。④充填完成后加大空區(qū)充填接頂探測工作，利用掃描后的三維空區(qū)模型圖，在有凸凹的上方布置探測孔進行取芯，依據(jù)取芯結(jié)果有力判斷了充填接頂情況，并做了充填分析報告。

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