復雜條件下1-2b礦體殘礦安全回采措施研究

李 超

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610036)

1 概 述

位于塔吉克斯坦卡拉庫姆市的阿爾登-托普坎鉛鋅礦屬于老礦山,經(jīng)過長時間的開采,由于采礦方法等各種原因,礦山早期主要開采品位高及厚度大的礦體,致使很多采場并沒有采凈而遺留有殘留礦體。金屬礦產(chǎn)資源是寶貴的不可再生資源,隨著人類的進步,對礦產(chǎn)資源的需求量不斷加大,采礦和選礦工藝亦在不斷進步,為充分利用資源,對殘礦的回收利用就顯得尤為重要。然而,殘礦體規(guī)模小,回收時面臨周圍多空區(qū)、回采難度高、安全隱患大等困難,因此,如何安全高效地對殘礦進行回收已成為地下金屬礦山的一個技術(shù)難題,應(yīng)認真分析回采對象、回采環(huán)境與安全情況,選擇合理的方法安全回收資源[1]。以北阿爾登-托普坎鉛鋅礦1-2b礦體殘礦回采為例,對殘礦回采措施進行了研究,制定出安全回采措施并予以實施,取得了較好的效果。

塔吉克斯坦塔中礦業(yè)井巷工程項目位于塔吉克斯坦卡拉庫姆市阿爾登-托普坎塔中礦業(yè)有限公司鉛鋅礦區(qū),距離塔國首都杜尚別約400 km,距離塔國第二大城市胡占德(苦盞)約100 km。項目擁有派-布拉克、阿爾登-托普坎、北阿爾登-托普坎(以下簡稱北阿礦)、恰拉塔礦等4個鉛鋅多金屬礦采礦權(quán),以及巴雅爾別克、別列瓦爾、烏茨卡特雷等3個鉛鋅多金屬礦探礦權(quán),保有礦石資源儲量約1.1億t,屬于超大型鉛鋅礦。該礦山屬于老礦山,前期經(jīng)前蘇聯(lián)開采多年且對采空區(qū)未進行處理。礦山由現(xiàn)業(yè)主接手后自2008年開采至今也有近15 a時間,井下形成了大量采空區(qū)。由于其大部分礦柱仍未回采,故采空區(qū)相對穩(wěn)定。目前主要開采的是阿爾登-托普坎鉛鋅礦與北阿爾登-托普坎鉛鋅礦兩個礦區(qū)。其礦體主要分布在距離地表400～900 m 深處,絕對高程位于1 440～845 m區(qū)間,主要采用“平硐+豎井+斜坡道”開拓的地下開采方式進行開采。

2 礦體殘礦賦存現(xiàn)狀分析與研究

2.1 1-2b礦體殘礦賦存的現(xiàn)狀

根據(jù)業(yè)主勘探資料,編號為1-2b的礦體位于北阿礦,已探明的部分礦體的賦存高程在1 120～1 195 m之間,礦體走向為北西,傾向北東,傾角約75°。高程1 120～1 163 m部分已經(jīng)回采形成了采空區(qū);上部8-1中段(1 170 m分層)底板高程為1 174.8 m,底板以上至高程1 195 m之間的礦體部分也已經(jīng)完成回采。本次回采的殘礦體位于高程1 163.0～1 174.8 m之間,高約11.8 m。回采共涉及兩個分層,即8-2中段1-2b上斜分層(巷道底板標高為1 153.0 m)和1 170.0 m 分層(底板標高為1 174.8 m)。

殘礦體上下及周圍共有4個采空區(qū),即:(1)礦體上部1 170 m分層1-2b采場形成的采空區(qū),該空區(qū)內(nèi)堆有廢石渣;(2)下部1-2b上斜分層1-2b北1采場的采空區(qū),該空區(qū)底部已充填至1 153 m高程;(3)西北側(cè)的1-2b上斜分層1-2b西采場采空區(qū);(4)東南側(cè)的1-2b上斜分層1-2b上部北采場采空區(qū),該采空區(qū)已充填至1 153 m高程。1-2b上斜分層礦體平面情況見圖1;8a-1勘探線礦體剖面情況見圖2。

圖1 1-2b上斜分層礦體平面圖

圖2 8a-1勘探線礦體剖面圖

2.2 工程地質(zhì)條件

1-2b礦體從8-2中段往上延伸至8-1中段(1 170 m分層),其礦石品位高,礦體延續(xù)性好,礦體傾角大。

在8-2中段,該礦體通過在8-2中段水平回采、1 145 m分層水平回采、1 153 m分層水平回采,目前礦體中大部分的回采高度已經(jīng)達到1 163 m水平左右,1 153 m水平及以下形成的采空區(qū)已經(jīng)被充填,1 153 m分層1-2b西采場(采用淺孔回采,回采高度至1 163 m水平左右,空區(qū)高度約為10 m,對該采空區(qū)未進行處理,其頂板基本無礦,空區(qū)頂部有天井與上部8-1中段巷道相通)、1-2b北1采場(淺孔回采,回采高度至1 163 m水平左右)、1-2b上部北采場(淺孔回采,回采高度約為6 m;靠近1-2b北1采場有條狀礦體未采,空區(qū)頂部往西回采完畢)。

本次回收的主要對象為1-2b北1采場頂部的礦體,該采場底部有完整的出礦結(jié)構(gòu)。

1-2b礦體在8-1中段出露,開采形成了兩個采場(8 112-1采場和1 170-1-2b采場),采場已經(jīng)回采到位,其底部的出礦巷道保存完好,本次回采主要回收1 170-1-2b采場的底部,采場回采的高度約為20～30 m,空區(qū)穩(wěn)定性較好,空區(qū)內(nèi)堆有廢石,礦體回采前需要將采空區(qū)內(nèi)的廢石清理干凈。

3 開采方案及施工

3.1 開采方案

對于1-2b北1采場頂部的殘礦體采用中深孔爆破嗣后充填法進行回采[2,3],在8-1中段水平沿著礦體下盤出礦巷往下設(shè)計了施工鑿巖巷,形成了鑿巖條件。在鑿巖巷中采用中深孔鉆機施工扇形中深孔;在礦體的合適位置選擇切割槽,以下部采空區(qū)為自由面和落礦空間,采用下壓式爆破形成切割槽,兩側(cè)礦體以切割槽和底部空間為自由面和落礦空間進行側(cè)向爆破[4],通過下部高程1 153 m分層(1-2b上斜分層)水平原有的出礦進路出礦,進而完成對殘礦體的回收。

1-2b北1采場與1-2b北采場之間的間柱采用淺孔方式回采。回采時,先在底部施工拉底巷后再上采,回采高度與1-2b北1采場回采高度基本一致,淺采施工時需要注意對礦柱的保護。

殘礦體回采完畢,從8-1中段采用廢石進行采空區(qū)充填[5]。

3.2 工程布置

該工程的布置以利用現(xiàn)有工程為主,主要的新增工程有下盤鑿巖巷,在8-1中段1 170 m水平1-2b采場脈外運輸巷往下臥底。為確保鏟裝運輸設(shè)備能夠通行,同時又能夠最大限度地利用原有工程降低回采成本,所設(shè)計的鑿巖巷下掘高度為6 m,起坡點至落平點的坡度為22%(12°),落平后施工12 m鑿巖巷,巷道尺寸為3 m×3 m,工程量合計為40 m/334 m3。鑿巖巷水平及縱剖面見圖3。

3.3 施工順序與要求

(1)施工順序。先對8-1中段1-2b采場內(nèi)堆存的廢石進行處理,尤其是靠近新掘鑿巖巷一側(cè)的廢石。廢石清理完成后,再施工鑿巖巷(含聯(lián)巷),鑿巖巷施工完成后進行中深鉆孔的施工,最后進行爆破出礦。

(2)施工要求。鑿巖巷道落平后,嚴格邊探邊掘控制鑿巖巷的掘進長度,確保巷道不會貫通1-2b西采場的空區(qū)。巷道施工時,根據(jù)所揭露的巖石穩(wěn)固性情況選擇合適的支護方式。新巷道掘進施工時,必須注意加強對現(xiàn)有礦柱和工程的保護。下掘巷道與上部巷道的切口處必須確保合適的安全厚度以防其垮塌。

4 安全注意事項

(1)施工前,嚴格執(zhí)行敲幫問頂制度,處理巷道頂板的松石,加強照明,保障施工安全。

(2)嚴格按照設(shè)計文件施工,控制好工程方位和工程尺寸以保證質(zhì)量。巷道施工時如遇到破碎帶必須及時進行支護以確保安全。

(3)加強對通風的管理,獨頭掘進時需要增加局扇,掘進及采場回采時要求先打開高壓風以確保作業(yè)面的空氣質(zhì)量,待其達標后施工人員方可進入施工。

(4)巷道施工時,必須密切關(guān)注上部中段空區(qū)以及該水平采空區(qū)和巷道工程的穩(wěn)定情況,注意該段水平與上下及周邊采空區(qū)的位置、距離,提前做好實測和對圖工作,確認安全距離和安全條件。

(5)巷道施工時,必須注意對其下部空區(qū)提前進行鉆孔探測以保障巷道的安全。

(6)待8-1中段空區(qū)內(nèi)的廢石處理完畢,方可進行中深孔落礦的回采。

(7)對于采用中深孔回采的采場,必須根據(jù)炮孔施工情況調(diào)整并修正礦界,確定爆破方案以減少礦石貧化損失。

(8)對于未盡事宜均需嚴格按照《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》GBl 6423-2020及《爆破安全規(guī)程》GB 6722-2014執(zhí)行。嚴格遵守礦山建設(shè)的各項操作規(guī)程及當?shù)胤?、法?guī),確保施工安全和質(zhì)量。

5 結(jié) 語

通過對塔吉克斯坦北阿爾登-托普坎鉛鋅礦區(qū)8-2中段1-2b上斜分層1-2b殘礦體回采方案的研究,針對該殘礦體周圍多空區(qū)、安全形勢復雜的特點,最終決定采用中深孔爆破嗣后充填法,利用底部采場空區(qū)作為自由面,變不利條件為有利條件,充分利用底部采場原有的采準工程,既加快了施工進度,又節(jié)約了回采成本,通過制定科學合理的回采方案,充分回收殘礦資源,取得了較好的效果,所取得的經(jīng)驗可為今后類似復雜多空區(qū)情況下殘礦的回采提供參考。