復雜地質環(huán)境下金屬礦山開采施工技術研究

摘要：從復雜地質環(huán)境下的回采、分段空場嗣后充填采礦和礦山巷道支護等三方面，闡述了金屬礦山開采施工技術。應用本文所述復雜地質環(huán)境的金屬礦山開采施工技術，對某金屬礦山進行了開采作業(yè)，并進行了開采施工效果驗證。驗證結果表明：該開采施工技術能夠在外部荷載作用下，使得巖體達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，能夠保證施工作業(yè)環(huán)境的安全與穩(wěn)定。

關鍵詞：金屬礦山；復雜地質環(huán)境；開采施工技術

0" "引言

隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟社會快速前進的步伐，金屬礦山的開采施工技術在不斷創(chuàng)新。在處理復雜環(huán)境和不確定性的開采過程中，通過現(xiàn)場調查和巖石力學分析，能夠獲得準確的力學參數(shù)[1]。根據(jù)礦區(qū)地應力的分布規(guī)律，減少地下開采對地表變形的影響，為礦山的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。在金屬礦山的開采施工中，通過對礦山的地表沉降量和水平位移量的監(jiān)測，可以獲得開采頂板圍巖的機理，并總結地表沉陷的基本規(guī)律。

在開采施工中，根據(jù)地表移動的延時性特點來分析圍巖變形和破壞程度。通過控制地表圍巖的移動，可以達到較好的開采效果，從而提高開采施工速率[2]。施工人員要根據(jù)不同巖層的位移情況，分析模擬金屬礦山開采過程，并及時準確解決施工中遇到的問題。同時，充分把握開采施工技術的應用程度，以快速、安全地完成施工項目。然而，在施工中，由于地表環(huán)境較為復雜，地表沉降觀測的精確度不高[3]。

觀測點個數(shù)設置不足可能會導致測量過程存在誤差，從而影響施工結果。同時也可能導致開采施工技術應用后難以達到預期效果。因此，本文對復雜地質環(huán)境下的金屬礦山開采施工技術展開研究，并結合實際情況進行測試與分析。

1" "金屬礦山開采施工技術要點

1.1" "復雜地質環(huán)境下的回采

1.1.1" "采準巷道布置

面對復雜地質環(huán)境，需要進行分段鑿巖，并將中段礦體進行劃分。在金屬礦回采過程中，由金屬礦周邊的礦柱來支撐圍巖。按照不同礦體的厚度，設置分布走向。設定礦塊的大小為51m×38m，根據(jù)礦體的安全暴露面積確定具體的厚度。設置雙電靶單側墊溝的底部結構，當?shù)V體厚度大于20m時調整巷道的分段高度[4]。采準后切割的工程量如表1所示。

1.1.2" "在礦房中施打炮孔

采準切割后，在在分段鑿巖平巷的礦房中施打炮孔。為了提升爆破作業(yè)的安全程度，需要從金屬礦中心的切割槽向兩邊倒著進行施工[5]。使用手持式鑿巖機進行炮孔鉆鑿，炮孔直徑為55mm。在不同的分段中，需要控制分段上炮孔的數(shù)量，可在不同分段中設置3～4排炮孔，且要使得炮孔的方向垂直于操作面。為了使鑿巖爆破施工具有良好的效果，可將炮孔設置為向上方傾斜6°傾角。

1.1.3" "往炮孔中充填爆炸裝置

在炮孔打完后，采用導爆管起爆法進行爆破。導爆管起爆法是通過擊發(fā)導爆管引發(fā)雷管、再引爆炸藥的起爆方法，所使用的爆破器材包括擊發(fā)器、導爆索、導爆管、雷管等。

使用風動裝藥器往炮孔中進行機械化裝藥，能夠充分利用炸藥能量。根據(jù)炸藥的防水特點，在炸藥中加入3mL清水，可使炸藥具有更高的密度。當炸藥密度達到1.09g/cm3時，一般爆炸范圍在直徑50m以內。當裝藥管達到炮孔底部后，拉回一定距離進行裝藥，裝藥后使用木棒對其進行固定，并用炮泥進行填堵。

在裝填炸藥的同時，使用連接元件將雷管、導爆管與導爆索連接后，將雷管和導爆管置入炮孔中。導爆索從炮孔引出后，與相鄰炮孔的導爆索并聯(lián)，在靠近巷道附近搭接，然后連接擊發(fā)器。當回采到中心礦柱附近時，按照要求控制炸藥充填量，防止超采。為了避免污風影響鑿巖，在分段集中填藥后，需要按層級和階段進行爆破。

1.2" "分段空場嗣后充填采礦

1.2.1" "采礦特點

分段空場嗣后充填采礦法是對采礦后的礦山進行復墾和環(huán)境保護的方法，是空場和充填相結合的開采方法，即形成采空區(qū)之后再進行充填?；夭刹⑿纬煽請黾床煽諈^(qū)之后，將已經(jīng)開采過的空場使用礦山開采產(chǎn)生的固體廢棄物進行充填。充填采空區(qū)可改善地下開采環(huán)境和安全狀況、增強采空區(qū)的穩(wěn)定性，可調節(jié)采場地壓、防止塌陷，可為后續(xù)回采創(chuàng)造有利條件。分段空場嗣后充填采礦法是一種效率較高、安全穩(wěn)定的采礦方法。

1.2.2" "間隔回采施工

采用分段空場嗣后充填采礦法進行回采時，應施行間隔回采方法。間隔回采就是在某一礦房完成回采后，先充填采空的礦房，當采空的礦房完成充填、且充填體達到規(guī)定強度后，再回采與其間隔的礦房，即在兩個充填體之間回采，以此類推進行分段回采。

回采時，可使用采礦臺車鉆鑿扇形布設的炮孔，須根據(jù)礦房實際情況計算相鄰炮孔的孔底與孔底、孔口與孔口之間的距離。回采礦房和礦柱的尺寸，可根據(jù)礦山圍巖的穩(wěn)定性進行調整。

為了防止發(fā)生垮塌，可在礦體下部沿著礦塊走向設置塹溝，通常布置在鑿巖平巷上方。在礦體傾角較小時，上盤充填頂部可能會有較大的地壓。為此，在礦體下盤還需要布置溜井，并添加支護結構來增強支撐效果。為了確保地表和井下作業(yè)在回采時具備較安全的施工環(huán)境，需要設定盤區(qū)礦柱，并在開采后期予以保留。

1.2.3" "采空區(qū)充填

當不同分層完成了回采后，對采空區(qū)進行充填?？蛇x擇尾砂充填底層，其厚度為5m。結合膠結材料進行面層充填，確保充填強度大于鏟運機的工作強度。在充填過程中，需要嚴格控制頂面質量[6]。在回采聯(lián)道口處安裝密封墻，并根據(jù)實際情況選擇充填材料，不斷進行充填。

充填方法如下：首先，選擇底層進行充填；其次，進行脫水處理，待底層干燥后再進行面層充填；然后，完成出礦后使用混凝土密封斗川底部；最后，利用廢石和尾砂充填采空區(qū)，從而完成充填工作。

在充填期間需要進行通風，可以從運輸平巷中開始通風，經(jīng)過電耙道等位置進入工作面。為節(jié)約充填時間，可以選擇短時間內進行回采和出礦。回采產(chǎn)生的廢石，可直接用于采空區(qū)的充填。采空區(qū)充填過程如圖1所示。

1.3" "礦山巷道支護

為了保證礦山開采施工安全，必須控制巖體變形。根據(jù)圍巖力學特征，進行礦山巷道支護。在支護過程中要加強頂板圍巖的抗拉能力，同時減少兩側圍巖的剪切破壞力。將巷道布置在不同的巖層中，根據(jù)巷道圍巖的RMR指標值，對巖體質量進行分級。巷道圍巖質量分級情況如表2所示。

在同等圍巖條件下，有不同規(guī)格斷面的巷道。斷面形狀為三心拱的巷道，其跨度不易過大，巷道的高度與跨度之比為1/3的狀態(tài)時，其穩(wěn)定性最好。根據(jù)開采計劃，三心拱斷面巷道的斜坡道和沿脈運輸巷道使用時間較長，在巷道開挖后須使用噴錨網(wǎng)對圍巖進行加固施工，并通過在斷面巷道和交叉點添加預應力錨桿來增強支護效果。設定混凝土噴射厚度為40～55mm，混凝土噴射方式為干噴；管縫式錨桿長度為1.2m。三心拱斷面巷道噴錨網(wǎng)支護的具體方式如圖2所示。

2" "實例驗證與分析

2.1" "工程概況

某金屬礦山擁有的土地權面積為12km2，采礦權面積為30km2。該范圍內的礦產(chǎn)資源豐富，礦石資源量為2.8

億t。金屬儲量約125.4萬t，其中錫51萬t，銀25萬t。該礦區(qū)全年氣溫偏低，雨量豐富，年降雨量為63.58mm。礦區(qū)為低山地形，地勢開闊，東側為分水嶺，有利于水源的自主流動。礦井下包括242m、236m、365m三個中段，包含一段斜坡道和4條通往中段的主溜井。礦區(qū)的地面配套設施齊全。根據(jù)巖性特征，獲得兩次侵入巖。每一次花崗巖均有衍生的巖脈。礦區(qū)發(fā)育充填交代鉛鋅黃鐵礦礦床。礦區(qū)四周基本被隔水層包圍，水文地質簡單。

2.2" "驗證方法

應用本文所述復雜地質環(huán)境的金屬礦山開采施工技術，對該金屬礦山進行開采作業(yè)，通過判斷施工中的膠結充填體的結構穩(wěn)定性，來驗證本文所述開采施工技術的應用效果。在連續(xù)開采方式下、在塑性區(qū)的范圍內，根據(jù)巖體應力集中程度，計算得到巖體發(fā)生變形后的最大豎向位移量。預期目標為巖體最大豎向位移量在40mm之內，即達到良好施工效果。

驗證采用RET-21型巖石力學試驗裝置，配備SE12型全波形位移傳感器檢測儀，進行位移信息量采集。為了使得記錄數(shù)據(jù)與采集數(shù)據(jù)同步，在加載過程中需要試樣頂部與加載裝置之間消除噪聲干擾，并涂抹耦合劑。在進行試驗時，為保證巖石的完整性和均勻性，在加工的50個試樣中，選擇10個接近試樣進行試驗。試樣為圓柱形，其高徑比為1：2。

2.3" "試驗結果

對試驗過程中的參數(shù)進行了統(tǒng)計與記錄，獲得了10個測試巖體的最大豎向位移值。在連續(xù)開采方式下，10個測試巖體發(fā)生的最大豎向位移值在33～36mm之間，均在40mm的預期目標之內。10個測試巖體的最大豎向位移值如表3所示。

2.4" "對試驗結果的分析

應用本文所述開采施工技術，對該金屬礦山進行開采作業(yè)后的驗證。結果表明，該開采施工技術能夠在外部荷載作用下，使得巖體達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)。在相似的充填效果下，能夠保證施工作業(yè)環(huán)境的安全性與穩(wěn)定性。

3" "結束語

本文對原開采施工技術進行了優(yōu)化，采用復雜地質環(huán)境下的回采施工技術，改善了塑性區(qū)的應力分布，獲得良好的地壓控制效果。采用分段空場嗣后充填施工技術，有效提高了采礦效率，獲得了安全穩(wěn)定的采礦環(huán)境。采用科學合理的巷道和采空區(qū)支護技術，增強了支護效果，使得巷道和采空區(qū)結構更加穩(wěn)定，減少了采礦施工作業(yè)風險。

本文所述開采施工技術還存在不足之處。在今后應繼續(xù)圍繞金屬礦山采礦施工在工期分配、觀測數(shù)據(jù)加密，以及地表建筑物分布等方面展開深入研究，采取有效措施保證金屬礦山采礦施工安全、環(huán)境保護，實施綠色施工，通過技術創(chuàng)新提高采礦效率、增強經(jīng)濟效益，為實現(xiàn)更安全、更穩(wěn)定的金屬礦山采礦施工貢獻力量。

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