緩傾斜中厚礦體采礦方法研究

劉克安

摘? 要：該文以國(guó)外某緩傾斜中厚鉛鋅礦體賦存條件及開(kāi)采技術(shù)問(wèn)題為背景，提出一種高效的垂直分條嗣后充填采礦法，并對(duì)該采礦法成功應(yīng)用存在的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析。針對(duì)礦體上盤(pán)圍巖條件差、下盤(pán)三角礦體回收困難，提出雙進(jìn)路出礦巷道2步驟回采控頂技術(shù)和預(yù)控頂垂直分條嗣后充填采礦法2種解決技術(shù)方案，以爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)此類(lèi)緩傾斜中厚礦體的安全高效開(kāi)采。

關(guān)鍵詞：緩傾斜；中厚礦體；垂直分條采礦法；破碎頂板；控頂技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD853? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）05-0145-04

Abstract： Based on the occurrence conditions and mining technical problems of a gently inclined medium-thick lead-zinc orebody abroad， this paper puts forward an efficient vertical slicing and subsequent filling mining method， and analyzes the technical problems existing in the successful application of this mining method. In view of the poor surrounding rock conditions in the upper wall of the orebody and the difficulty in the recovery of the lower triangular orebody， two technical solutions are put forward： the two-step mining and roof control technology and the pre-controlled roof vertical slicing and subsequent filling mining method in order to realize the safe and efficient mining of this kind of gently inclined medium-thick orebody.

Keywords： gently inclined; medium-thick orebody; vertical slicing mining method; broken roof; roof control technology

緩傾斜中厚礦體的安全高效開(kāi)采技術(shù)是采礦界的世界性難題，由于礦體賦存傾角較緩，帶來(lái)下盤(pán)放礦和采場(chǎng)頂板管理2方面的技術(shù)問(wèn)題，一是礦體下盤(pán)傾角小于礦石自然安息角，崩落礦石不能通過(guò)自重全部放出，導(dǎo)致放礦難度大，下盤(pán)三角礦體的回收困難；二是隨著回采工作面的推進(jìn)，礦體上盤(pán)頂板的暴露面積大，采場(chǎng)頂板空頂高度高，采場(chǎng)頂板管理困難，容易出現(xiàn)采場(chǎng)頂板冒落事故[1]。

為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量卓有成效的研究，取得了一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)和研究成果。楊寧等[2]提出中深孔菱形礦房分段充填采礦法，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。李新成等[3]從生產(chǎn)能力、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、安全性評(píng)價(jià)方面對(duì)比了分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法的優(yōu)勢(shì)。池秀文等[4]采用條帶式分層充填采礦法開(kāi)采傾斜中厚磷礦礦體，通過(guò)對(duì)充填體的破壞機(jī)理進(jìn)行研究，優(yōu)化開(kāi)采參數(shù)，提高了采場(chǎng)圍巖穩(wěn)定性。董凱程等[5]對(duì)破碎頂板下緩傾斜中厚礦體安全高效開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行了研究，利用頂板加固支護(hù)或礦體護(hù)頂方式對(duì)頂板控制，利用大直徑深孔及中深孔對(duì)礦體進(jìn)行高效開(kāi)采。

然而受限于特殊的開(kāi)采條件，對(duì)于緩傾斜中厚礦體的安全高效開(kāi)采技術(shù)，普遍存在著安全性差、工效較低、支護(hù)工程量大、材料消耗多和損失貧化率高的問(wèn)題。本文提出了一種應(yīng)用于緩傾斜中厚礦體的垂直分條嗣后充填采礦方法，并且針對(duì)上盤(pán)破碎圍巖條件提出了2種解決技術(shù)方案，以爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)這類(lèi)礦體的安全高效開(kāi)采。

1? 工程背景

國(guó)外某鉛鋅礦由2個(gè)主礦體和若干個(gè)小礦體組成，礦床位于原始森林保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，開(kāi)采后地表不允許沉降破壞。礦體賦存標(biāo)高526～838 m，走向延伸近800 m，垂向延深約300 m。礦體總體走向北西-南東340°，傾向北東，礦床埋深較淺，礦體側(cè)伏產(chǎn)狀示意如圖1所示。其中主礦體傾角一般為33°，平均厚度為15 m，屬于中厚緩傾斜礦體，主礦體產(chǎn)狀側(cè)視圖如圖2所示。礦區(qū)體中發(fā)育有2條主要斷層，其中斷層JF在垂向上將主礦體錯(cuò)斷大約15～20 m。礦床礦體主要礦物成分是方鉛礦、閃鋅礦及硫鐵礦，礦體構(gòu)造較簡(jiǎn)單，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖性較堅(jiān)硬，礦體本身的強(qiáng)度及性質(zhì)相對(duì)較好。礦體圍巖主要為頁(yè)巖和粉砂巖，節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，總體來(lái)說(shuō)礦體上盤(pán)圍巖不穩(wěn)，下盤(pán)圍巖穩(wěn)定性相對(duì)較好。從水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)3方面總體上評(píng)價(jià)，礦區(qū)開(kāi)采技術(shù)條件為中等-復(fù)雜類(lèi)型。

2? 推薦采礦方法概述

2.1? 采礦方法選擇

該鉛鋅礦設(shè)計(jì)采選處理能力為100萬(wàn)t/a，開(kāi)拓方式采用斜坡道開(kāi)拓。根據(jù)開(kāi)采技術(shù)條件、礦床賦存特點(diǎn)、礦山生產(chǎn)規(guī)模，考慮到礦巖穩(wěn)固性均較差等顯著特征，尤其是上盤(pán)圍巖穩(wěn)固性很差，地表處于原始森林保護(hù)區(qū)且地表不允許破壞等因素，采用充填類(lèi)采礦方法。以高效率、低成本、規(guī)?；踩a(chǎn)為基本原則，對(duì)于厚度8～10 m以上的主礦體采用垂直分條充填法，主礦體端部厚度較小部分及小礦體則采用上向進(jìn)路充填法，2種采礦方法的回采礦量所占比例分別約為85%和15%。2種采礦方法具體應(yīng)用范圍如圖3所示。

2.2? 垂直分條充填法采礦工藝

垂直分條充填法類(lèi)似于分段充填法，由于礦體傾角較緩，為了提高采空區(qū)的自穩(wěn)性，將常規(guī)的礦塊劃分方式由水平劃分改為垂直豎向劃分。將礦體每60 m劃分為一個(gè)中段，每20 m劃分為一個(gè)分段，采場(chǎng)沿礦體走向布置，沿礦體傾向方向每隔15 m垂直豎向劃分成一個(gè)回采分條，然后沿走向每100 m左右將每個(gè)回采分條劃分成若干個(gè)礦塊，礦塊間不留礦柱。礦塊形狀類(lèi)似于一個(gè)棱形柱體，長(zhǎng)約100 m，寬15 m，高約15～20 m。在礦體下盤(pán)沿礦體走向布置分段巷道，分段巷道通過(guò)分段聯(lián)絡(luò)道與主斜坡道連接，采場(chǎng)通過(guò)采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道與分段巷道連接，采準(zhǔn)工程有采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道、上下盤(pán)聯(lián)絡(luò)道、鑿巖巷道和出礦巷道等。切割工程主要為切割井，每個(gè)回采步驟均需在采場(chǎng)端部設(shè)置切割井。垂直分條嗣后充填采礦法工藝如圖4所示。

礦塊以采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道為界劃分為2個(gè)采場(chǎng)，回采順序?yàn)橛啥瞬块_(kāi)始，后退式開(kāi)采，沿走向每20 m為一個(gè)回采、充填步驟。鑿巖巷道進(jìn)行上盤(pán)圍巖支護(hù)、穿孔、爆破和充填，鑿巖采用中深孔臺(tái)車(chē)鑿巖，布置下向扇形中深孔，出礦巷道采用遙控鏟運(yùn)車(chē)出礦。采場(chǎng)頂板采用錨索支護(hù)，采場(chǎng)鑿巖出礦前，通過(guò)鑿巖巷道預(yù)先對(duì)采場(chǎng)頂板上盤(pán)破碎圍巖進(jìn)行中長(zhǎng)錨索超前支護(hù)，以保證回采作業(yè)的安全。錨索支護(hù)采用扇形孔布置，孔深約15 m，排距1.5 m，每排布置8個(gè)鉆孔，每孔安裝2根錨索。對(duì)極破碎和松散的巖層，可適當(dāng)加密錨索支護(hù)網(wǎng)。鑒于該礦采場(chǎng)頂板支護(hù)的重要性，同時(shí)減少支護(hù)工序的耗時(shí)，錨索支護(hù)設(shè)備選用先進(jìn)的錨索臺(tái)車(chē)，大大提高了支護(hù)效率。鑿巖巷道、出礦進(jìn)路及采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道視圍巖穩(wěn)固情況，采用錨噴、錨網(wǎng)、錨網(wǎng)噴支護(hù)等組合支護(hù)形式。垂直分條充填采礦法工藝配置示意圖如圖5所示。

2.3? 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

該采礦方法的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)詳見(jiàn)表1。

3? 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

針對(duì)該礦的開(kāi)采技術(shù)條件，欲成功應(yīng)用垂直分條充填法并取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，需解決以下3個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：一是要采取可靠有效的預(yù)支護(hù)措施，預(yù)先對(duì)擬開(kāi)采采場(chǎng)頂板進(jìn)行支護(hù)；二是要采用高質(zhì)量的全尾膏體充填技術(shù)，以提升充填體的強(qiáng)度，縮短采充轉(zhuǎn)換時(shí)間，提高采場(chǎng)出礦能力的目標(biāo)；三是選擇合理的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，控制好采場(chǎng)暴露面積。此外，該采礦方法采用平底出礦結(jié)構(gòu)，鏟運(yùn)機(jī)需要進(jìn)入較大空?qǐng)鲞M(jìn)行鏟裝作業(yè)，為此也需要應(yīng)用遙控出礦設(shè)備。依托以上關(guān)鍵技術(shù)的協(xié)同配合，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)采強(qiáng)充，以充分縮短空區(qū)的暴露時(shí)間，最終達(dá)到安全高效開(kāi)采。

4? 解決技術(shù)方案概述

4.1? 雙進(jìn)路出礦巷道2步驟回采控頂技術(shù)

緩傾斜中厚主礦體在回采過(guò)程中，特別是對(duì)于礦體傾角較緩的礦體，存在著采場(chǎng)下盤(pán)三角礦體回收困難、損失率高，采場(chǎng)頂板暴露面積大、空頂時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。在不改變?cè)行逼碌篱_(kāi)拓系統(tǒng)的前提下，在礦體下盤(pán)沿礦體走向布置分段巷道，分段巷道通過(guò)分段聯(lián)絡(luò)道與主斜坡道連接，采場(chǎng)通過(guò)采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道與分段巷道連接，在采場(chǎng)下盤(pán)布置雙進(jìn)路出礦巷道，完成雙進(jìn)路出礦巷道掘進(jìn)，巷道斷面尺寸為寬×高=4.4 m×4.2 m，解決采場(chǎng)下盤(pán)三角礦體回收及采場(chǎng)頂板空頂時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。從鑿巖巷道至下部第一條進(jìn)路用反井鉆機(jī)切割拉槽，鑿巖巷道內(nèi)鑿下向中深孔，第二條出礦巷道內(nèi)預(yù)鑿上向中深孔，先進(jìn)行第一出礦進(jìn)路上部礦體的開(kāi)采，在下向中深孔裝藥爆破，遙控鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入出礦巷道內(nèi)出礦，作為第一回采步驟，再進(jìn)行上向中深孔的裝藥爆破，遙控鏟運(yùn)機(jī)出礦作為第二回采步驟，2步驟回采完成后進(jìn)行采空區(qū)的膏體充填。雙進(jìn)路出礦巷道2步驟回采技術(shù)方案的示意圖如圖6所示。

4.2? 預(yù)控頂垂直分條嗣后充填采礦法

預(yù)控頂垂直分條嗣后充填采礦法采用上行式開(kāi)采，適用于傾角及厚度較大的主礦體。在不改變?cè)逼碌篱_(kāi)拓系統(tǒng)的前提下，沿礦體走向在礦體上盤(pán)圍巖中布置鑿巖巷道，鑿巖巷道的斷面尺寸為寬×高=4 m×3.2 m。沿礦體走向在礦體下盤(pán)邊界布置出礦巷道，采場(chǎng)內(nèi)的礦石采用遙控鏟運(yùn)機(jī)鏟出，在鑿巖巷道內(nèi)利用反井鉆機(jī)形成切割井，形成礦塊采切工程。

在礦體上盤(pán)一定高度沿礦體走向布置一條充填通風(fēng)巷，巷道的布置需考慮圍巖條件及卸壓范圍，調(diào)整布置的高度位置和巷道寬度，在巷道內(nèi)向上采用錨噴支護(hù)巷道頂板，并采用錨索向下進(jìn)行采場(chǎng)頂板支護(hù)，從而提高采場(chǎng)頂板的整體穩(wěn)定性，降低采場(chǎng)頂板冒落的風(fēng)險(xiǎn)，減小開(kāi)采損失貧化率。每一垂直分條礦塊回采結(jié)束后，從上盤(pán)充填回風(fēng)巷施工充填孔對(duì)采場(chǎng)空區(qū)進(jìn)行全尾砂膏體膠結(jié)充填，降低充填作業(yè)對(duì)于鑿巖巷道鑿巖的影響，同時(shí)可以保證充填體完全結(jié)頂。預(yù)控頂垂直分條嗣后充填采礦法工藝圖如圖7所示，預(yù)控頂垂直分條充填采礦法工藝配置示意圖如圖8所示。

5? 結(jié)論

1）針對(duì)緩傾斜中厚礦體開(kāi)采效率低、損失貧化率高的問(wèn)題，提出應(yīng)用垂直分條嗣后充填采礦方法，下向中深孔落礦工藝以提高采礦效率。

2）分析了垂直分條嗣后充填采礦法應(yīng)用存在的問(wèn)題，為解決下盤(pán)放礦和采場(chǎng)頂板管理2方面的技術(shù)問(wèn)題，提出了2種具體解決技術(shù)方案。

3）對(duì)于本礦體的開(kāi)采技術(shù)條件，分析成果可以開(kāi)拓下一階段采礦方法研究的思路，也可作為現(xiàn)場(chǎng)采礦試驗(yàn)應(yīng)對(duì)不利地質(zhì)條件的解決措施。

參考文獻(xiàn)：

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