秦忠虎，曹善川，趙興東

(東北大學(xué)， 遼寧沈陽(yáng) 110819)

胡八莊金礦上盤(pán)不穩(wěn)固礦體開(kāi)采技術(shù)研究

秦忠虎，曹善川，趙興東

(東北大學(xué)， 遼寧沈陽(yáng) 110819)

胡八莊金礦的礦體為上盤(pán)不穩(wěn)固礦體，在采用無(wú)底柱淺孔留礦法時(shí)，頂板破碎易掉，片幫、冒頂時(shí)常發(fā)生，出礦損失率、二次貧化率也隨之增大，給生產(chǎn)、安全造成很多隱患和困難。針對(duì)此種情況，提出采用上向水平分層干式充填采礦法，該工藝大大地提高了礦石回采率、回采進(jìn)度及工人工作的安全性，可在相似地質(zhì)條件的礦山推廣應(yīng)用。

不穩(wěn)固薄礦體;上向水平分層干式充填;損失率;貧化率

1 礦體地質(zhì)賦存條件

胡八莊礦區(qū)隸屬于山東金洲集團(tuán)富嶺礦業(yè)有限公司。區(qū)內(nèi)礦體主要為含金石英脈，局部為蝕變巖，主要有3條含金礦體，編號(hào)Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ號(hào)。

+5 m中段VI－2礦體，現(xiàn)已控制礦體長(zhǎng)度50 m，69線向北40 m處尖滅，向南10 m處尖滅，礦體走向5°，傾角60°，礦體下盤(pán)為蝕變花崗巖，較穩(wěn)固;上盤(pán)為煌斑巖，厚度1～4 m，極不穩(wěn)固。

目前，礦區(qū)井下最大開(kāi)采深度已至－140 m標(biāo)高，共計(jì)3個(gè)井作業(yè)，分別為69線井、82線井、79線井，主要開(kāi)采的礦體為V脈和VI脈?，F(xiàn)井下保有地質(zhì)儲(chǔ)量12萬(wàn)t，其中Ⅴ號(hào)脈7萬(wàn)t，Ⅵ號(hào)脈5萬(wàn)t。

在－140 m中段81線現(xiàn)有坑道已控制礦體長(zhǎng)度40 m，厚度2 ～2．5 m。礦體連續(xù)，傾角 60°，走向20°。礦體上盤(pán)存在2～2．5 m的煌斑巖破碎帶，非常不穩(wěn)固，為下一步開(kāi)采帶來(lái)非常大的困難。

2 原用的采礦方法及存在的問(wèn)題

胡八莊礦區(qū)井下采礦一直沿用無(wú)底柱淺孔留礦法，礦塊生產(chǎn)能力35 t/d。前期，在69線井 +35，+70 m中段VI－2號(hào)礦體已有礦房回采過(guò)程中采場(chǎng)頂板和上盤(pán)圍巖因脈巖穿插、節(jié)理發(fā)育、破碎，礦體傾角緩傾近60°等諸多原因造成冒頂、沉(片)幫現(xiàn)象發(fā)生頻率增加，礦房上盤(pán)圍巖沉(片)幫厚度有時(shí)高達(dá)2～3．5 m，沉(片)幫長(zhǎng)度幾近礦房總長(zhǎng)，隨礦房回采高度上升沉(片)幫現(xiàn)象逐漸嚴(yán)重，因而造成回采過(guò)程中礦石貧化率大幅增加(最高可達(dá)50%)，出礦損失率、二次貧化率隨之增大，給生產(chǎn)、安全造成很多隱患和困難。前階段為解決以上問(wèn)題也多方考證、多次試驗(yàn)，但效果均不理想，始終無(wú)法解決圍巖沉片幫的問(wèn)題。

淺孔留礦法礦房從下而上逐層回采，每次崩下的礦石利用自重暫時(shí)只放出1/3左右，而其余的礦石存留于采空?qǐng)鲋?，用以支護(hù)兩盤(pán)巖石和便于工人站在其上繼續(xù)進(jìn)行下一循環(huán)作業(yè)。留礦采礦法采場(chǎng)內(nèi)暫留的礦石在回采礦房過(guò)程中是經(jīng)常移動(dòng)的，因而不能作為地壓管理的主要手段。

礦山多年生產(chǎn)實(shí)踐表明，原用的無(wú)底柱淺孔留礦法主要存在以下問(wèn)題:

(1)應(yīng)用淺孔留礦法進(jìn)行回采上盤(pán)不穩(wěn)固礦體時(shí)，造成上盤(pán)經(jīng)常冒落，礦石損失率和二次貧化率較大，給生產(chǎn)、安全造成很多隱患和困難;

(2)在大量放礦時(shí)，礦體不能被完全放出，導(dǎo)致了大量的資源浪費(fèi);

EM斷路器產(chǎn)生的熱量主要源于其內(nèi)部脫扣器和觸頭等導(dǎo)體的通電熱效應(yīng)，并通過(guò)熱的3種傳遞方式由自身傳導(dǎo)到周圍空氣中。其傳熱過(guò)程如圖2所示。當(dāng)EM斷路器有負(fù)荷電流流過(guò)時(shí)，由焦耳定律可知，EM斷路器的火線(L)和零線(N)回路的電能功耗轉(zhuǎn)化為熱能。熱能經(jīng)導(dǎo)體、內(nèi)部氣隙與外殼間的熱對(duì)流以及導(dǎo)體與外殼間的熱輻射，被傳到外殼金屬部分的內(nèi)壁上。外殼內(nèi)壁的累積熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)傳遞至外殼表面，最后經(jīng)由外殼與周圍空氣間的熱輻射和熱對(duì)流，把熱量傳到周圍的空氣中。當(dāng)負(fù)載電流、空氣溫度等條件不發(fā)生變化，熱量的產(chǎn)生和耗散相等時(shí)，溫度場(chǎng)達(dá)到平衡。

(3)淺孔留礦法的作業(yè)機(jī)械化程度不高，人工平場(chǎng)工作量大;

(4)冒落和片幫的大塊圍巖會(huì)堵塞溜井，給大量放礦造成了很大的困難。

3 采礦方法改進(jìn)

在胡八莊礦區(qū)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查，收集礦巖試樣及其相關(guān)地質(zhì)資料，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)試樣的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)礦巖穩(wěn)定性進(jìn)行定性分級(jí)，并結(jié)合礦體賦存條件，選擇了干式充填采礦法(如圖1所示)。

3．1 采場(chǎng)布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)

2個(gè)礦房同時(shí)回采，充填1#礦房時(shí)回采2#礦房，礦房沿走向布置，礦房長(zhǎng)分別為37 m和39 m，寬度為礦體的厚度，礦體傾角51°，階段高度為30 m，礦房斜長(zhǎng)約40 m。聯(lián)絡(luò)道間距均為5 m，不留頂柱，留5 m厚的底柱，間柱寬度為6 m。每分層回采2 m，然后進(jìn)行充填。

3．2 采準(zhǔn)切割工程布置

圖1 胡八莊金礦上盤(pán)不穩(wěn)固礦體干式充填采礦法

(1)底部結(jié)構(gòu)。在5 m厚的底柱內(nèi)，2個(gè)礦房中分別鑿直徑為1．3 m的放礦溜井，并架設(shè)放礦漏斗。

(2)切割拉底方案。連通第一層聯(lián)絡(luò)道，形成拉底空間。

(3)掘進(jìn)充填井。由于礦體比較薄，并且礦房也不是很長(zhǎng)，所以每個(gè)礦房?jī)?nèi)布置1條充填井，充填井沿礦體上掘至－110 m中段，斷面1．6 m×1．8 m。

(5)聯(lián)絡(luò)道布置。沿天井向上每5 m向采場(chǎng)掘進(jìn)一穿脈聯(lián)絡(luò)道。為保證回采貫通，聯(lián)絡(luò)道穿過(guò)礦體，一是起探礦作用，二是用作行人聯(lián)絡(luò)道和采場(chǎng)通風(fēng)道，聯(lián)絡(luò)道斷面1．6 m×1．8 m，此外，電耙絞車設(shè)置在聯(lián)絡(luò)道內(nèi)。

3．3 回采充填工作

1#礦房和2#礦房同時(shí)回采，每個(gè)礦房各設(shè)1條充填井和1條礦石溜井?；夭勺韵露线M(jìn)行，每次爆破后，從溜井放出所有礦石，搭建直徑為1．3 m的鋼溜井，然后通過(guò)充填井向礦房中放入廢石，并用電耙整平，最后在充填的廢石料表面鋪設(shè)0．2 m厚、強(qiáng)度5～8 MPa的混凝土。從右向左依次回采，當(dāng)采完1#礦房時(shí)，對(duì)1#礦房進(jìn)行充填，然后回采2#礦房，采完2#礦房，對(duì)其進(jìn)行充填，同時(shí)回采1#礦房。依次交替采充，互不干擾，節(jié)省了充填體凝固的等待時(shí)間，提高了工作效率。

依次自下而上沿著斜向向上推進(jìn)至礦塊的頂部。隨著回采的進(jìn)行，將電耙絞車向上一層聯(lián)絡(luò)道轉(zhuǎn)移。充填料主要來(lái)自－110 m中段掘進(jìn)所產(chǎn)出的廢石。

3．4 落礦與出礦

采用7655型鑿巖機(jī)，站在爆堆上打上向傾斜炮孔，孔徑42 mm，孔深2 m，排距0．5 m。使用銨油炸藥或乳化炸藥卷進(jìn)行爆破，采用微差導(dǎo)爆管雷管起爆。

該方案直接采用下盤(pán)溜井出礦，礦石溜至出礦巷道，通過(guò)放礦漏斗裝車。

3．5 通風(fēng)與排水

新鮮風(fēng)流由下盤(pán)階段運(yùn)輸平巷進(jìn)入通風(fēng)行人天井，通過(guò)聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場(chǎng)，污風(fēng)通過(guò)充填回風(fēng)天井進(jìn)入上中段的回風(fēng)巷道。

中段排水由馬頭門(mén)、車場(chǎng)和石門(mén)巷水溝流入中段天井，再由天井倒段至－350 m中段水倉(cāng)，經(jīng)水倉(cāng)一次排水至地表。

4 評(píng)價(jià)

(1)采用干式充填，減少了無(wú)底柱留礦法的層間頂柱損失，提高了礦石回采率。

(2)從采場(chǎng)底部掘進(jìn)切割巷道，然后上向分層回采，減少了掘進(jìn)工程量，且采場(chǎng)暴露面積小，出礦比較安全。

(3)2個(gè)礦房同步回采，回采和充填互不干擾，大大提高了生產(chǎn)進(jìn)度，提高了采場(chǎng)生產(chǎn)能力，并及時(shí)維護(hù)了采場(chǎng)上下盤(pán)圍巖，每次回采采用淺孔爆破，便于控制采場(chǎng)上下盤(pán)，降低了采礦貧化率。

(4)回采過(guò)程中將礦石中的廢石及時(shí)手選用于采場(chǎng)充填，減少了礦石貧化和充填量，有利于降低成本。

(5)2個(gè)礦房同步回采，不留間柱，以水泥隔墻替換間柱，大大提高了礦石的回收率，減少資源損失，增加了效益。

(6)在采場(chǎng)內(nèi)部使用小型電耙子出礦及充填，提高了勞動(dòng)效率。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，上向水平分層干式充填法具有貧化、損失率低、作業(yè)安全、適應(yīng)性強(qiáng)和能控制地壓活動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于低品位、圍巖穩(wěn)固性差、礦體傾角緩的薄礦脈是一種較適宜的采礦法。在開(kāi)采礦巖中等或中等以上穩(wěn)固的勘探級(jí)別較高、產(chǎn)狀復(fù)雜的礦體方面，具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ 張洪訓(xùn)．不穩(wěn)固巖層地質(zhì)災(zāi)害機(jī)理及對(duì)策研究［J］．采礦技術(shù)，2010，10(3):70 －72．

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2010－11－10)

秦忠虎(1985－)，男，山西洪洞人，碩士研究生。研究方向:采礦方法、巖石失穩(wěn)及其控制。