任保光

(云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司，云南硯山 663101)

0 前言

云南斗南錳礦白姑礦段為一緩傾斜薄礦體，直接頂?shù)装宥嘤赡鄮r、粉砂巖和含錳灰?guī)r組成。泥巖遇水易軟化，強(qiáng)度降低。頂板受構(gòu)造影響穩(wěn)固程度不一。根據(jù)頂板穩(wěn)固和礦石厚度情況，開展“斗南錳礦采礦方法與地壓活動規(guī)律的研究”和“斗南錳礦緩傾斜多層礦體開采方法工藝的研究”。在白姑礦段的采礦方法為：桿柱房柱采礦法(用于回采礦厚大于2.0 m的礦體)、普通房柱采礦法(用于回采礦厚為2.0～1.2 m的礦體)、破底(頂)房柱采礦法(用于回采礦厚為1.2～0.5 m的礦體)、削壁充填采礦法(用于回采礦厚小于0.5 m的極薄礦體)[1-2]。由于受工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件以及礦體賦存條件影響，采用不同的采礦方法，各自顯現(xiàn)的地壓活動不同，從而影響到作業(yè)人員安全和礦石回采率。為了安全、高效地利用好礦產(chǎn)資源，經(jīng)過近幾年對采礦方法優(yōu)化，對于頂?shù)装?、傾角、礦石厚度、斷層、裂隙變化大的礦塊，采用向下分層采礦法效果較好。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

白姑礦區(qū)位于云南省文山州硯山縣境內(nèi)，斗南向斜北翼東端，為一單斜構(gòu)造。礦層自上而下有V10、V9、V8、V7b、V7a、V6等層位，主要呈層狀，似層狀、透鏡狀。礦體走向北 50(°)～70(°)東，向南東傾斜，傾角 14(°)～39(°)，一般為 25(°)，最大 45(°)，最小7(°)，為一海相沉積錳礦床。礦石類型以褐錳礦和碳酸錳為主，屬低硫、低磷，低鐵、易選的優(yōu)質(zhì)富錳礦。礦區(qū)為緩傾斜薄礦體，礦體頂?shù)装鍑鷰r多由泥巖、粉砂巖和含錳灰?guī)r組成，泥巖遇水軟化，強(qiáng)度變低。礦層厚度變化較大，礦層厚度為0.3～2.98 m，平均1.23 m。

礦體頂、底板巖性：礦體直接頂為0.1～0.2 m厚的一層破碎軟巖，隨回采而脫落，這一層為礦石開采貧化的主要來源；此層之上除局部有0.1～0.2 m厚的灰?guī)r產(chǎn)出外(該層質(zhì)地性脆，暴露面積過大會發(fā)生離層冒落)，其余全部為泥質(zhì)粉砂巖，厚度一般為0.2～0.4 m，除斷層影響外，整體性較好。礦層底板巖性為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，巖性松軟，電耙出礦極易將其混入礦石采出，造成礦石貧化。

采場中除大的構(gòu)造外，節(jié)理裂隙也較發(fā)育，主要有NW向段裂和NE小皺，對采場頂板穩(wěn)定影響極大。

2 白姑緩傾斜礦體采礦方法

根據(jù)頂板穩(wěn)固、礦石厚度情況分別采用：桿柱房柱采礦法(用于回采礦厚大于2.0 m的礦體)、普通房柱采礦法(用于回采礦厚為2.0～1.2 m的礦體)、破底(頂)房柱采礦法(用于回采礦厚為1.2～0.5 m的礦體)[1-2]。經(jīng)過幾年的生產(chǎn)實(shí)踐，房柱采礦法在白姑礦區(qū)緩傾斜礦體中普遍應(yīng)用，采礦各項(xiàng)指標(biāo)都能夠達(dá)到或超過設(shè)計(jì)指標(biāo)；但對于部分由于傾角、頂?shù)装?、礦石厚度、斷層、裂隙變化較大的礦塊，采用房柱法采礦會存在一些安全問題。

1)存在走向斷層的礦體，如果走向斷層破碎帶較寬、不穩(wěn)或礦石錯(cuò)距大于1 m，圍巖穩(wěn)定性差時(shí)，每條切割上山均要穿過走向斷層，脈外切割工程量大，脈外切割的廢石將導(dǎo)致采礦貧化率升高，降低出礦品位，增加原礦和選礦成本。且每條切割上山的斷層處均要進(jìn)行架箱支護(hù)，加大了支護(hù)量，降低了作業(yè)效率，而且支護(hù)過程中較為危險(xiǎn)。

2)對于V 8、V 9兩層礦同時(shí)回采的礦體(礦石+夾層在3～6 m厚)，采高較高。每個(gè)礦房控制的礦石量大，回采時(shí)間長(一般從打切割上山到回采結(jié)束都在25天左右)。因采高較高，在打切割上山和回采過程中，難發(fā)現(xiàn)浮石險(xiǎn)兆，或浮石難于清理徹底，容易發(fā)生片幫和頂板脫落，給作業(yè)人員帶來安全隱患[3]。再就是因?yàn)椴筛吒?，采空區(qū)垮落的廢石量大，垮落的廢石對下部采礦影響大，每個(gè)礦房內(nèi)必須在每個(gè)回采步距結(jié)束后及時(shí)采用安全棚對上部的空區(qū)進(jìn)行封閉，如果封閉不及時(shí)或安全棚不穩(wěn)固，將會導(dǎo)致下部礦石損失或給下部的回采帶來安全隱患；而且制作安全棚坑木用得多，危險(xiǎn)性大，安全棚又易損壞。

3) 當(dāng)?shù)V體傾角大于 30(°)、小于 45(°)，已接近礦石的自然安息角，回采爆破下的礦石和上部采空區(qū)的礦柱或者廢石跨落后會自然滾落，易破壞切割上山及運(yùn)輸平巷內(nèi)的設(shè)備及管道線路。人員上下和在下部作業(yè)的人員，易受到滾石傷害，給安全生產(chǎn)夠成較大的威脅。特別是頂板穩(wěn)固性較差的礦塊，使用房柱法回采時(shí)，在第一步距退下回采第二步距以后，地壓顯現(xiàn)時(shí)，直接頂板與老頂脫離跨落。由于直接頂板與老頂在2 m以上。如果安全棚封閉不及時(shí)或安全棚不穩(wěn)固，跨落的巖石輕易就會把安全棚沖毀，巖石滾落到下步距，影響到下步距礦房的礦石回采，更容易傷及在下部工作的人員。因傾角大，在用電耙耙運(yùn)礦石時(shí)大塊礦石滾落速度快，操作電耙的人員難于避讓，安全得不到保障。

4)次生斷層多、節(jié)理裂隙較發(fā)育，且走向與切割上山相向，頂板穩(wěn)固性差的礦塊。用房柱法采礦，頂板極易冒落，安全得不到保障，而且回采率較低。

因以上類型礦塊采用房柱法采礦存在問題，且作業(yè)人員作業(yè)時(shí)的安全系數(shù)低。為提高這部分礦塊在采礦作業(yè)中的安全性、改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。經(jīng)過采礦方法優(yōu)化，對存在以上情況的礦塊采用向下分層采礦法，效果較好。

3 下向分層采礦法

礦塊走向長為45 m左右，在運(yùn)輸平巷內(nèi)遠(yuǎn)離礦塊采空區(qū)的一側(cè)同時(shí)開兩條切割上山，并把兩條上山沿礦體傾向方向間隔8～15 m相互穿通作為聯(lián)絡(luò)通道，靠備采礦塊的一條作為專門的人行井，另外一條作為專門的出礦井，就具備了出礦與人行的分開。上山打到距上中段采空區(qū)6～8 m時(shí)。以傾向方向間隔6～8 m的距離同時(shí)向相鄰的采空區(qū)布置分層拉底，并在拉底內(nèi)5～8 m處布置切割上山，同時(shí)向上掘進(jìn)至上中段后回采。分層回采順序?yàn)樽陨隙拢謱永變?nèi)回采順序由下向上推進(jìn)；分層拉底回采同時(shí)回采上一分層的預(yù)留礦柱；根據(jù)回采進(jìn)度，上下分層可以錯(cuò)開回采，在回采上一分層時(shí)，下一分層可以布置拉底。每個(gè)分層回采結(jié)束，在出礦上山和上一分層預(yù)留的上山內(nèi)設(shè)安全棚，防止上部空區(qū)垮落的廢渣影響下分層的回采。

1)對于存在走向斷層且斷層破碎帶較寬、不穩(wěn)固或礦石錯(cuò)距較大的礦塊，因?yàn)橹徊贾脙蓷l上山，回采時(shí)不需穿過斷層，穿斷層的次數(shù)減少，支護(hù)量減少，所以支護(hù)過程中帶來的安全問題也相應(yīng)減少；采用房柱法多次穿斷層導(dǎo)致的貧化率升高的問題得到改善；分層拉底可以根據(jù)上一采場和出礦、人行上山揭露的斷層情況及時(shí)調(diào)整拉底位置和方向，斷層面附近的礦石可以得到較好的回采，且作業(yè)人員的安全性得到改善。

2)對于采高較高的礦塊，因?yàn)榉謱永组g的距離僅為6～8 m，回采時(shí)間縮短，回采過程中發(fā)生的片幫減少；需要的安全棚數(shù)量減少，所以安全棚的制作、安裝及安全棚封閉效果所引發(fā)的安全問題也相應(yīng)減少。

3) 對于礦體傾角在 30(°)～45(°)間的礦體，由于沿傾向方向只需布置兩條上山，回采時(shí)要安設(shè)的安全棚就減少很多，因上部空區(qū)封閉不及時(shí)或安全棚不穩(wěn)固，導(dǎo)致下部礦石損失或給下部回采帶來的安全隱患相應(yīng)減少；因礦體傾角較大、分層拉底間隔僅為6～8 m，一般情況下在分層拉底內(nèi)均不需再沿傾斜方向布設(shè)電耙耙礦，采用房柱法每個(gè)礦房均面臨的上山內(nèi)耙礦變?yōu)橐粋€(gè)采場只需在一條出礦上山里耙礦，其余的礦石耙運(yùn)均改變?yōu)樗嚼變?nèi)的耙運(yùn)，由上山耙礦帶來的上山傾角變化大、視線不好、易發(fā)生滾石傷人等問題得以解決；作業(yè)人員大部分時(shí)間是在水平的分層拉底內(nèi)作業(yè)，和房柱法相比作業(yè)環(huán)境和安全性得到改善；分層拉底一般布置在礦體傾角發(fā)生變化的地方，便于回采時(shí)根據(jù)不同的傾角采取不同的回采及支護(hù)措施，更有利于提高回采率。

4)對于次生斷層多、節(jié)理裂隙較發(fā)育，且走向與切割上山相向，頂板穩(wěn)固性差的礦塊。采用向下分層采礦法，避免了切割上山與斷層、節(jié)理、裂隙同相，能有效選擇留礦柱位置，大大降低了作業(yè)人員的安全和支護(hù)量，有效提高了回采率。

因?yàn)橄蛳路謱硬傻V法在上述幾種采場條件下的使用效果較好，得到了認(rèn)可和推廣。

4 存在的問題及解決方法

1)為防止上分層采空區(qū)垮落的廢渣沖入下分層，保證下分層回采時(shí)的安全，分層間需留設(shè)1.5～2 m厚的礦石頂柱，僅允許局部小面積穿通上分層，作為確認(rèn)上分層位置之用，在回采過程中對上分層拉底的標(biāo)定應(yīng)準(zhǔn)確無誤，在距離上分層3 m左右時(shí)應(yīng)減少炸藥量，必要時(shí)可布置超前孔，防止因爆破震動導(dǎo)致上分層廢渣沖入作業(yè)面。由于分層拉底間留設(shè)的礦石頂柱增多影響到采礦回采率的提高，但可以根據(jù)頂板的穩(wěn)固情況，采取放小炮(松動爆破)快速回采部分礦柱。但必須監(jiān)護(hù)到位，由經(jīng)驗(yàn)豐富，反應(yīng)速度快的老工回采。

2)回采至下部分層(一般為第3、4分層)時(shí)，上一分層預(yù)留的安全通道由于壓力顯現(xiàn)，開始出現(xiàn)片幫，上部的空區(qū)也開始垮落，這時(shí)安全棚的架設(shè)必須保證牢固，并注意架設(shè)安全棚時(shí)的作業(yè)安全，同時(shí)加強(qiáng)上山內(nèi)的支護(hù)及浮石的清理。為減少作業(yè)人員在新增空區(qū)內(nèi)作業(yè)的時(shí)間，可以采用中孔一次崩落分層間礦石的方式，在多回收頂柱的同時(shí)可以降低作業(yè)過程的安全風(fēng)險(xiǎn)，但受礦石傾角及采場頂板的限制和爆破技術(shù)的影響較大，只能用于礦石傾角大于30(°)的礦塊。

3)因采場礦石搬運(yùn)環(huán)節(jié)增多，出礦效率不高，因只使用一條上山作為整個(gè)采場的出礦上山，所有的礦石均需電耙耙運(yùn)至出礦上山內(nèi)，為防止大塊礦石滾落至運(yùn)輸巷道內(nèi)，又必須將出礦上山和大巷內(nèi)的出礦口錯(cuò)開布置，因此導(dǎo)致耙運(yùn)環(huán)節(jié)增加，加上分層內(nèi)礦石為水平耙運(yùn)，導(dǎo)致耙礦效率較低。

4)由于分層內(nèi)礦石耙運(yùn)和出礦上山與裝礦上山轉(zhuǎn)耙運(yùn)段都是平巷耙運(yùn)，平巷內(nèi)容易積水。耙運(yùn)過程中，部分礦石和廢渣變?yōu)槟酀{順?biāo)疀_入運(yùn)輸大巷，影響到運(yùn)輸大巷的文明生產(chǎn)?？蓮倪\(yùn)輸平巷打一條拉底再連通至出礦拉底，專作泄水用，泥漿可以在泄水拉底內(nèi)沉積，解決泥漿水沖入大巷的現(xiàn)象。

幾年的實(shí)踐證明：對斗南礦區(qū)普遍存在的走向斷層發(fā)育、采高較大、傾角變化大、次生斷層多、節(jié)理裂隙較發(fā)育、頂板穩(wěn)固性差的緩傾斜礦體，采用向下分層采礦法，可有效提高采礦作業(yè)的安全性，并對采礦指標(biāo)的改善起積極作用。

[1]馬鞍山礦山研究院，文山州斗南錳礦.斗南錳礦采礦方法與地壓活動規(guī)律的研究[R].文山：文山州斗南錳礦，1991.

[2]馬鞍山礦山研究院，文山州斗南錳礦.斗南錳礦緩傾斜多層礦體開采方法工藝研究[R].文山：文山州斗南錳礦，1991.

[3]斗南錳業(yè)股份有限公司安全生產(chǎn)委員會.云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司典型事故案例匯編(1989-2003)[C].文山：斗南錳業(yè)股份有限公司，2003.