李 強(qiáng)（二道溝金礦,遼寧 北票 122126）

高應(yīng)力條件下高品位金礦塊回采實(shí)踐

Practice of stoping high-grade gold block under high stress

李 強(qiáng)（二道溝金礦,遼寧 北票 122126）

簡(jiǎn)述了二道溝金礦巖爆對(duì)礦石回采的影響，分析了其成因，在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下通過調(diào)整礦塊回采順序，成功回采了高應(yīng)力下的高品位礦塊，為類似條件礦山的生產(chǎn)提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

高應(yīng)力；巖爆；回采；礦塊

1 礦山概況

二道溝金礦位于遼寧省北票市龍?zhí)多l(xiāng)境內(nèi)，隸屬于中國(guó)黃金集團(tuán)公司，距北票市45km，全程有柏油路相通，交通便利。礦山建于1976年，至今已經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)30多年，是一座典型的老礦山，現(xiàn)在的礦石處理能力為800t/d。

二道溝金礦區(qū)位于華北地臺(tái)北緣的努魯兒虎隆起斷裂帶內(nèi)，中生代火山斷陷盆地邊緣，努魯兒虎金礦帶上。礦區(qū)內(nèi)地形以中、低山體為主，山峰相對(duì)高差100～300m，溝谷發(fā)育狹窄而陡峻。二道溝金礦脈是典型的火山中、低溫?zé)嵋撼涮钚图眱A斜極薄金礦脈，礦區(qū)內(nèi)礦脈及成礦構(gòu)造眾多，在宏觀上圍繞爆破角礫巖筒呈馬蹄形分布，走向長(zhǎng)數(shù)百米至上千米。

2 1#脈地質(zhì)情況及開采難題

1#脈是二道溝金礦的主要生產(chǎn)礦脈，礦石品位較高，平均品位達(dá)29.10g/t，局部地段達(dá)每噸幾十克甚至上百克，其傾向北東，平均厚度0.05～0.3m，上、下盤圍巖主要為流紋巖和閃長(zhǎng)巖，巖石堅(jiān)固系f值多在12以上，閃長(zhǎng)巖或在礦體上盤或在礦體下盤，很少上、下兩盤同時(shí)出現(xiàn)，硬而脆。1#脈已經(jīng)開采至15中段（14中段以上中段高40m，下部中段高45m），礦山先后在16中段、17中段探得一塊連續(xù)夠采的礦塊，礦石量6 426t，總面積10 200m2,平均品位68.46g/t，金屬量445kg，經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。

在上部中段1#脈的采礦方法有淺孔留礦法和削壁充填法兩種。淺孔留礦采場(chǎng)回采后的空區(qū)，礦山?jīng)]有進(jìn)行任何處理，只靠自身的礦柱支承地壓。1#脈回采從11中段開始就有巖爆發(fā)生，愈向下部中段愈厲害，巖爆在13中段的1331采場(chǎng)已造成了事故。至15中段的1511采場(chǎng)當(dāng)回采到15高左右時(shí)，競(jìng)頻繁的從采場(chǎng)幫、頂向外彈射石塊，最大的一塊0.4m3左右，嚴(yán)重的危脅作業(yè)人員的安全，最后不得不放棄采場(chǎng)的回采工作，僅本采場(chǎng)損失金金屬量就達(dá)20多千克，還有其臨近的采場(chǎng)，盡管其巖爆沒這么嚴(yán)重，但均損失了金金屬量。

面對(duì)嚴(yán)重的破壞性地壓顯現(xiàn)，在16、17中段的高品位礦塊進(jìn)行回采設(shè)計(jì)時(shí)遇到難題，如果下部中段的礦塊均象1511采場(chǎng)那樣出現(xiàn)嚴(yán)重的巖爆問題，可以想象損失的金屬量將是巨大的。

只有控制好地壓，減輕巖爆危害才能更大限度的回收金。如何能控制好地壓是一件非常難的事，類似的破壞性地壓在國(guó)外多有報(bào)道，在國(guó)內(nèi)還比較少見，與報(bào)道過的礦山資料相比較，發(fā)現(xiàn)二道溝金礦的巖爆又有著特殊性，主要表現(xiàn)為：①礦脈極薄，通過調(diào)整采準(zhǔn)工程布置手段改善應(yīng)力分布是行不通的。②礦石的總經(jīng)濟(jì)價(jià)值不是很大，在現(xiàn)有的開采深度，再為其布置充填井等開拓工程及在地表重建相應(yīng)的充填設(shè)備、設(shè)施經(jīng)濟(jì)上不合理。

現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)情況要求找到一種不用在經(jīng)濟(jì)上過大的投入，而又能對(duì)巖爆有所緩解的辦法。

3 巖爆產(chǎn)生的原因

通過對(duì)巖爆現(xiàn)象分析，認(rèn)為巖爆主要是自然條件及構(gòu)造因素造成的。

二道溝金礦巖石完整性好，硬且脆，說明這種巖石能夠儲(chǔ)備大量的彈性變形能，當(dāng)這種彈性變形能積攢到一定程度，超過自身極限時(shí)，勢(shì)必以一種形式釋放出去。現(xiàn)在的開采深度已經(jīng)達(dá)到了800m左右，當(dāng)失去圍巖約束，巖體的單軸重力應(yīng)力應(yīng)在25MPa左右，就完整的流紋巖、閃長(zhǎng)巖而言，這個(gè)應(yīng)力不致于發(fā)生巖爆，可見發(fā)生巖爆的深層原因，應(yīng)是巖體的構(gòu)造應(yīng)力造成的。

就巖爆發(fā)生最為嚴(yán)重的1#脈而言，與在其下盤的3#脈由于礦及脈傾角的不同，在深部中段兩條礦脈越來越靠近，在地表兩條成礦構(gòu)造相距近百米，而在已探明的17中段，兩條礦體均可開采段最近處僅25m左右，在15中段有一條3#脈的分枝脈將1#脈與3#脈相互連通，見圖1和圖2。從圖1可以看出原巖在1#脈與3#脈之間相當(dāng)于一個(gè)巨大的楔形體，一旦將其上盤或下盤的礦體開采，就為這個(gè)巨大的楔形體向下滑動(dòng)提供了空間,巖石移動(dòng)帶來的側(cè)向應(yīng)力會(huì)首先在采場(chǎng)的頂板處集中,將硬而脆的閃長(zhǎng)巖壓碎。

圖1 深部中段1#脈和3#脈斷面圖

圖2 深部中段1#脈和3#脈斷面圖

4 回采礦塊方案

通過對(duì)以上巖爆發(fā)生原因的分析，曾考慮采用膠結(jié)充填采礦法進(jìn)行回采，但這個(gè)方案由于沒有專用的充填井，所有的充填料運(yùn)送只有通過大罐進(jìn)行，現(xiàn)在大罐提升運(yùn)行已經(jīng)非常緊張，所以這個(gè)方案從運(yùn)輸這個(gè)環(huán)節(jié)上很難實(shí)施。另一方面，上向膠結(jié)充填法中膠結(jié)充填料無論如何配比，其強(qiáng)度也比不上原巖，依然不能阻止應(yīng)力在采場(chǎng)頂板及兩幫集中，解決不了本采場(chǎng)的巖爆問題。

經(jīng)過反復(fù)比較，最終決定嘗試改變階段間回采順序，從而減小地壓破壞，見圖3。具體思路是先采17中段品位最高地段礦石，當(dāng)?shù)V塊回采至16中段水平巷道時(shí)，下部礦塊不再留頂柱，同時(shí)上部礦塊不再留底柱，直接在下部礦塊的充填料上，回采上部礦塊礦石。下部礦塊回采至16中段水平時(shí)，采用混凝土充填采場(chǎng)兩側(cè)的出礦斗，形成人工礦柱繼而回采兩側(cè)礦塊。

采用該方案的原理是：到目前為止所有類型的充填料充填到采場(chǎng)以后，都無法阻止圍巖應(yīng)力的集中，最好阻止應(yīng)力集中的材料就是原巖，如果從下部中段開始回采，上部中段的原巖就可以很好的阻止原巖應(yīng)力向下傳導(dǎo)。但該方案面臨的更重要的問題是當(dāng)采至上部采場(chǎng)時(shí)，由于下部中段已經(jīng)全部采空，上部的原巖又要承受更大的應(yīng)力變形，留下的礦脈回采將變得更加困難。

圖3 礦塊回采順序

5 工程實(shí)踐

5.1 回采

依據(jù)回采方案最先設(shè)計(jì)回采了1#脈1740采場(chǎng)，該采場(chǎng)回采成功，在前40m左右高的回采過程中采場(chǎng)只是有些巖石壓裂的響聲，沒有巖石剝落及彈射現(xiàn)象，當(dāng)采場(chǎng)接近16中段水平巷道時(shí)采場(chǎng)有巖石剝落現(xiàn)象發(fā)生，但沒有彈射發(fā)生，接著該采場(chǎng)繼續(xù)向上回采時(shí)，巖石剝落現(xiàn)象減輕，爆響也曾一度減弱，但當(dāng)采場(chǎng)回采至距15中段水平巷道底板還有8m左右時(shí)，巖爆開始出現(xiàn)，從剝落到彈射逐漸加劇。發(fā)現(xiàn)緊挨礦脈的閃長(zhǎng)巖體開始逐層與上面的真頂產(chǎn)生脫離，用撬棍敲擊空空聲，稍加平撬即會(huì)成片脫落，通常一次脫落層厚度在0.5m以內(nèi)，局部地段也有達(dá)到1m左右的，可見這段原巖承受著巨大的壓力。針對(duì)這種情況，在這個(gè)回采高度采場(chǎng)每隔10m便上掘一個(gè)與上部中段相透的小天井，然后從采場(chǎng)一側(cè)后退式以干式充填進(jìn)行回采，充填料來源于上部中段掘進(jìn)廢石，采場(chǎng)采幅均在0.8m左右，充填料與礦石全部人工運(yùn)搬，回采效率很低，但由于總的回采工程量較小，最終回采效果還是達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5.2 人工間柱

對(duì)于相臨礦塊和礦石間柱采用人工混凝土間柱替代?；炷灵g柱不是由水泥、細(xì)砂、石子按比例配制而成的，而是采用掘進(jìn)廢石加水泥混合充填而成。這種間柱制作辦法有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①成本低廉。所有材料費(fèi)用只有水泥一項(xiàng)，水泥采用275標(biāo)號(hào)即可，每噸混凝土用量控制在150～180kg。人工礦柱的厚度為采場(chǎng)的采幅，通常1.5m左右，寬度1m左右，施工一個(gè)這樣的人工間柱就二道溝采場(chǎng)而言只需10t左右的水泥。②節(jié)省提升成本。由于混凝土骨料為掘進(jìn)廢石，不用大罐下放外來骨料的同時(shí)也不用上提井下廢石，從而節(jié)約了提升成本。

由于原采場(chǎng)順路采用木板與圓木橫撐架設(shè)，當(dāng)廢石與水泥的混合物一旦充入其內(nèi)，除自身強(qiáng)度外還要受到木板、圓木的約束，其強(qiáng)度足可以滿足相臨采場(chǎng)回采安全要求。實(shí)踐表明削壁采場(chǎng)的長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)，最好控制在40m左右，太長(zhǎng)回采一個(gè)分層周期太長(zhǎng)，這樣巖體變形能得到一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的積聚，增加了巖爆發(fā)生的機(jī)率，太短則由于作業(yè)場(chǎng)地太小，回采效率下降。

通過調(diào)整回采順序，現(xiàn)在已經(jīng)依次安全回采了1740、1741、1640、1641、1730、1630采場(chǎng)，這些采場(chǎng)基本上沒有留任何礦柱。

6 結(jié)語

回采順序的調(diào)整能夠成功回采出高應(yīng)力條件下的高品位礦塊，是在對(duì)巖爆產(chǎn)生原因分析后，根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)條件進(jìn)行的大膽嘗試。但這不是一個(gè)萬全的方案，只是在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下的一個(gè)方案，但又適合如此生產(chǎn)條件的礦山采用。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，礦山生產(chǎn)就應(yīng)當(dāng)對(duì)采空區(qū)制定一套完整、科學(xué)的管理方案，并在生產(chǎn)過程中嚴(yán)格施工，盡可能減少上部應(yīng)力對(duì)下部礦塊回采造成重大影響。

[1]采礦手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1991.

[2]鄭永學(xué).礦山巖體力學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1988.

[3]解世俊.金屬礦床地下開采[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1992.

TD863

B

2010-09-25

李 強(qiáng)（1973-），男，遼寧朝陽人，注冊(cè)安全工程師，現(xiàn)任二道溝金礦安全環(huán)保部部長(zhǎng)，負(fù)責(zé)全礦安全生產(chǎn)工作。

Abstract:The influence of rock burst on ore stoping in Erdaogou Gold Mine is discussed,and its cause of formation is analyzed.Under present production conditions,by adjusting the stoping sequence of ore block，the high-grade ore block is successfully mined out under stress,which provides practical experience for other similar mines.

Key words:high stress;rock burst;stoping;ore block

1672-609X（2011）02-0033-03