詹海青，邱宏偉

(1.中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530029;2.貴州遵義匯興鐵合金有限責(zé)任公司，貴州 遵義 563004)

0 前 言

傳統(tǒng)的金屬非金屬礦山采礦方法為空?qǐng)霾傻V法、崩落采礦法、充填采礦法，由于非煤礦山受礦床賦存條件及機(jī)械設(shè)備的限制，相對(duì)而言，生產(chǎn)能力較小。貴州遵義長(zhǎng)溝錳礦礦床賦存為層狀沉積礦床，由于一直沿用留礦采礦法和房柱采礦法進(jìn)行開采，生產(chǎn)能力無法提高，安全性較差，因此借鑒煤礦長(zhǎng)壁開采工藝，尋求一種安全高效的采礦方法對(duì)于長(zhǎng)溝錳礦來說具有重要意義。

1 采礦地質(zhì)條件

長(zhǎng)溝錳礦沙壩礦區(qū)礦體呈單層狀產(chǎn)出，礦層產(chǎn)于二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M底部，以假整合接觸關(guān)系覆于二疊系下統(tǒng)“白泥塘層”(相當(dāng)于茅口組灰?guī)r第2段)薄層狀含炭質(zhì)石灰?guī)r之上，呈層狀、似曾狀產(chǎn)出，層位穩(wěn)定，走向近東西，傾向南，沿走向長(zhǎng)4 100 m，沿傾向延伸1 000 m未見尖滅，礦層平均傾角35(°)，平均厚度1.98 m，平均地質(zhì)品位：Mn 21.80%，沿走向和傾向有一定變化規(guī)律。西部?jī)A角變化較大，局部直立或倒轉(zhuǎn)，一般35(°)～55(°)；東部較緩，局部<20(°)，一般20(°)～40(°)。西部較厚，局部3.00 m以上，一般2.00～3.00 m；東部較薄，局部<1.50 m，一般1.50～2.00 m[1]。

礦層的頂?shù)装鍘r性分別為：1)老頂為深灰到灰色中厚層狀生物碎屑硅質(zhì)石灰?guī)r，巖性堅(jiān)硬，節(jié)理、裂隙一般不發(fā)育，穩(wěn)定性好，硬度系數(shù)f=15～16，厚度為10～15 m；2)直接頂為深灰色到灰白色粘土頁(yè)巖，節(jié)理、裂隙發(fā)育，極不穩(wěn)定，直接影響采場(chǎng)暴露面的大小，硬度系數(shù)f=4～5，體重為2.60 t/m3，厚度為0～2.00 m，直接頂是采場(chǎng)回采的重大安全隱患，一般不允許暴露，若采場(chǎng)回采時(shí)不慎暴露，必須采取防冒頂?shù)陌踩胧?)偽頂為深灰色長(zhǎng)石粉砂質(zhì)泥巖含菱鐵礦及黃鐵礦結(jié)核，部分含錳質(zhì)，在底部常見粘土巖斑塊及扁平礫石，不穩(wěn)定，厚度為0.11～1.85 m，平均厚度為0.50 m，偽頂暴露時(shí)易于和直接頂一起冒落；4)直接底為灰色到灰綠色粘土頁(yè)巖，含細(xì)粒狀黃鐵礦，具微細(xì)層理，硬度系數(shù)f=4～5，體重為2.60 t/m3，厚度為0～2.00 m，直接底易混入造成礦石貧化；5)老底為深灰色、灰黑色、黑色薄層至中厚層狀含炭硅質(zhì)石灰?guī)r、間夾薄層硅質(zhì)巖。

礦層中氧化錳礦石較疏松，碳酸錳礦石較堅(jiān)硬，一般下部致密堅(jiān)硬，力學(xué)性質(zhì)良好，中、上部力學(xué)性質(zhì)較差。測(cè)試礦石極限抗壓強(qiáng)度為41.32～164.15 kg/cm2，極限抗剪強(qiáng)度為7.03～62.14 kg/cm2，變化較大，力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，不同地段穩(wěn)固性差異較大。

目前長(zhǎng)溝錳礦現(xiàn)有5個(gè)生產(chǎn)采區(qū)，從西向東依次為1、2、3、4、6采區(qū)。

2 現(xiàn)有采礦方法

長(zhǎng)溝錳礦目前的采礦方法主要是留礦采礦法和房柱采礦法。

1) 留礦采礦法

留礦采礦法工藝簡(jiǎn)單，管理方便，可利用礦石自重放礦，采準(zhǔn)工程量小等優(yōu)點(diǎn)。若用留礦法開采中厚以上礦體，礦柱礦量損失貧化大；工人在較大暴露面下作業(yè)，安全性差；平場(chǎng)工作繁重，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。

2) 房柱采礦法

房柱采礦法是開采水平和緩傾斜礦體最有效的采礦方法。他的采準(zhǔn)切割工程量不大，工作組織簡(jiǎn)單，坑木消耗少，通風(fēng)良好，礦房生產(chǎn)能力高。但礦柱礦量所占比重較大，且一般不進(jìn)行回采，礦石損失較大。

由于長(zhǎng)溝錳礦礦體不是很厚，2種采礦方法的工作面單產(chǎn)均較低，實(shí)踐表明長(zhǎng)溝錳礦目前工作面平均單產(chǎn)2 000 t/月，全礦要達(dá)到30萬(wàn)t的年生產(chǎn)規(guī)模需要布置很多工作面，這會(huì)造成生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜，管理難度較大；加之頂板不是很穩(wěn)固，片幫冒頂事故時(shí)有發(fā)生。

3 俯偽斜走向長(zhǎng)壁分段(密集)采礦法研究

俯偽斜走向長(zhǎng)壁分段(密集)采礦法的主要特點(diǎn)是：直線長(zhǎng)壁工作面按俯偽斜方向布置，沿走向推進(jìn)[2]。特殊情況下，用分段水平密集切頂檔矸隔離采空區(qū)與回采空間。工作面分段打眼爆破落礦，礦石自溜運(yùn)輸。

3.1 工作面布置

俯偽斜走向長(zhǎng)壁分段密集采礦法工作面布置如圖1所示。

1 區(qū)段運(yùn)輸平巷；2 區(qū)段回風(fēng)平巷；3 準(zhǔn)備眼；4 下安全出口；5 溜礦眼；6 “人”字形溜礦眼；7 密集支柱

直線工作面?zhèn)涡辈贾茫瑐涡苯嵌纫话?0(°)～35(°)，工作面斜長(zhǎng)達(dá)50～60 m。當(dāng)后方矸石冒落易進(jìn)入支柱支護(hù)區(qū)域時(shí)，用分段水平密集切頂檔矸隔離采空區(qū)與回采空間[3]，沿礦層傾斜方向每隔3.0 m左右設(shè)置1排近似水平的密集支柱，如圖1(A點(diǎn)放大圖)所示。在回采期間，工作面下部的小眼前掘后廢。但至少要同時(shí)保持3個(gè)小眼，其中1個(gè)作準(zhǔn)備眼，1個(gè)作下安全出口，進(jìn)風(fēng)行人，1個(gè)用于溜礦。溜礦眼的傾角以滿足礦石自溜為準(zhǔn)，一般采取40(°)以上，如果因底板起伏等原因，礦流不暢時(shí)，可以鋪設(shè)溜槽。地質(zhì)條件允許情況下也可將工作面下的“人”字形溜礦眼改為雙平巷布置。

3.2 工作面初采

為便于人員上下和初采時(shí)工作面溜礦，開切眼通常沿偽斜方向掘進(jìn)，并且其下部的溜礦、行人眼沿礦層真傾斜掘進(jìn)，如圖2所示。

1 區(qū)段運(yùn)輸平巷；2 區(qū)段回風(fēng)平巷；3 開切眼；4 溜礦、行人眼；5 初采中的工作面礦壁；6 初采結(jié)束時(shí)的工作面礦壁

工作面初采從開切眼與區(qū)段回風(fēng)平巷的貫通處開始，按既定的工作面?zhèn)涡苯嵌茸陨隙峦七M(jìn)，工作面長(zhǎng)度逐漸增大。當(dāng)工作面礦壁到初采結(jié)束時(shí)的工作面礦壁位置時(shí)，初采工作面即告結(jié)束，工作面轉(zhuǎn)入正?；夭呻A段。

3.3 正?；夭?/h3>

工作面采用爆破方式落礦，自下而上分段爆破。為加快工作面推進(jìn)速度而使爆破后暴露頂板得以及時(shí)支護(hù)，爆破、運(yùn)礦、支護(hù)工序分段平行作業(yè)。為防止爆破礦石拋入采空區(qū)，爆破前在礦壁側(cè)的第1排支柱上掛設(shè)擋礦板。為保證上分段爆破時(shí)不威脅下分段支護(hù)工的安全。爆破結(jié)束后，擋板即可撤走。在礦壁與第1排隊(duì)支柱間，布置電耙耙礦。工作面采出的礦石自溜到工作面下端的溜礦眼，在溜礦眼下口裝載外運(yùn)。

工作面支護(hù)采用金屬支柱和鉸接頂梁走向棚子，正懸臂齊梁齊柱布置。支柱采用單體液壓支柱。基本柱柱距1 m，排距1 m。支柱要采取防滑措施，柱窩要挖到硬底，特殊情況下要對(duì)金屬柱作防滑處理，如在底座上焊防滑釘。

工作面采取3、5排控頂，即最大控頂距為5排支柱，最小控頂距為3排支柱。全部垮落法處理采空區(qū)，必要時(shí)人工強(qiáng)制放頂。當(dāng)回風(fēng)平巷下方的采空區(qū)出現(xiàn)大面積懸頂時(shí)，除采用人工強(qiáng)制放頂外，也可炸掉上部礦柱，將上區(qū)段采空區(qū)冒落矸石放入本區(qū)段采空區(qū)。

3.4 工作面收作

當(dāng)工作面上端礦壁推進(jìn)到距離收作眼3 m時(shí)，工作面回采進(jìn)入收作階段。在工作面收作期間，工作面?zhèn)涡苯遣蛔?，因此工作面長(zhǎng)度逐漸縮短，如圖3所示。

1 區(qū)段運(yùn)輸平巷；2 區(qū)段回風(fēng)平巷；3 收作眼；4 聯(lián)絡(luò)平巷；5 收作中的工作面礦壁；6 收作眼礦柱

為了保證收作期間通風(fēng)、行人和運(yùn)料的需要，必須始終保持收作眼暢通無阻，所以在收作眼靠工作面一側(cè)要留設(shè)保護(hù)礦柱。保護(hù)礦柱走向?qū)? m，兩聯(lián)絡(luò)平巷間的傾斜長(zhǎng)度為5 m。

3.5 頂板管理

在長(zhǎng)壁法中頂板管理是十分重要的問題，他不僅關(guān)系到安全生產(chǎn)，而且也在很大程度上影響勞動(dòng)生產(chǎn)率、支柱消耗和回采成本等。

1) 支護(hù)

工作面支護(hù)的作用主要是延緩頂板下沉，防止頂板局部片落，以保證回采工作正常進(jìn)行。因此，支柱應(yīng)具有一定的剛性和可縮性。就是說支柱應(yīng)既有一定的承載能力，又可在壓力過大時(shí)，借助一定的可縮量，避免損壞。長(zhǎng)溝錳礦設(shè)計(jì)選用單體液壓支柱加鉸接頂梁的支護(hù)方式，工作面采用齊梁齊柱直線式走向正懸臂布置。工作面采用全部垮落法頂板管理，如圖4所示。初次放頂采用4、6排管理，正?；夭刹捎?、5排管理。嚴(yán)格控制采高，初次放頂采高控制在2 m內(nèi)。

a爆破前；b爆破后

單體支柱利用液壓裝置來獲得一定的可縮量。為了防止頂板冒落應(yīng)及時(shí)支護(hù)。還必須保證支架質(zhì)量，使所有支架受力均勻?；夭蛇^程中加強(qiáng)基本支架管理，做到支架正規(guī)，保證單體初撐力達(dá)到要求。

放炮后敲幫問頂，便可在已支護(hù)頂板的頂梁前端，沿工作面掛金屬鉸接頂梁。金屬鉸接頂梁的長(zhǎng)度要與采礦工作面每次推進(jìn)度相同或成整數(shù)倍。正常支護(hù)狀態(tài)下，金屬鉸接頂梁下的單體支柱將頂梁劃分為2段，正懸臂支架的懸臂長(zhǎng)段在支柱的礦壁側(cè)，短段在支柱的采空區(qū)側(cè)，倒懸臂支架則相反，其長(zhǎng)段伸向采空區(qū)側(cè)，易損壞頂梁，但支柱不易被采空區(qū)側(cè)的矸石埋住。

爆破進(jìn)尺分3種情況：a爆破進(jìn)尺為2 m，金屬鉸接頂梁選用HDJA-1000，長(zhǎng)度為1 000 mm，爆破1次，接長(zhǎng)根數(shù)為2根；b爆破進(jìn)尺為1.6 m，金屬鉸接頂梁選用HDJA-800，長(zhǎng)度為800 mm，爆破1次，接長(zhǎng)根數(shù)為2根；c爆破進(jìn)尺為1.2 m，金屬鉸接頂梁選用HDJA-1200，長(zhǎng)度為1 200 mm，爆破1次，接長(zhǎng)根數(shù)為1根。

2) 放頂

隨長(zhǎng)壁工作面的推進(jìn)，頂板暴露面積逐漸加大，頂板壓力也隨之增大，如不及時(shí)處理，可能出現(xiàn)支柱被壓壞，甚至引起采空區(qū)全部冒落，被迫停產(chǎn)。為了減少工作空間的壓力，保證回采工作的正常進(jìn)行，當(dāng)工作面推進(jìn)一定距離后，除了保證正常回采所需要的工作空間用支柱支護(hù)外，應(yīng)將其余采空區(qū)的支柱全部(或部分)撤除，使頂板崩落下來，用崩落下來的巖石充填采空區(qū)。頂板巖石崩落后，采空區(qū)暴露面積減少，因此工作空間頂板也隨之減小，形成1個(gè)壓力降低區(qū)，如圖5所示。

a 應(yīng)力降低區(qū)；b 應(yīng)力升高區(qū)；c 應(yīng)力穩(wěn)定區(qū)

每次放頂?shù)膶挾确Q為放頂距。放頂后所保留的能維持正常開采工作的最小寬度稱為控頂距，在長(zhǎng)溝錳礦長(zhǎng)壁開采技術(shù)中選3排的支柱距離。頂板暴露后的寬度為懸頂距，放頂時(shí)的懸頂距為最大懸頂距，等于放頂距與控頂距之和，最小的懸頂距等于控頂距，如圖6。

1頂柱；2安全出口；3長(zhǎng)壁面；4礦石溜井；5放頂距；6控頂距；7懸頂距

放頂距及控頂距根據(jù)巖石穩(wěn)固性、支柱類型及工作組織等條件確定。放頂距變化的范圍較大，由1排到5排的支柱間距。合理的放頂距應(yīng)在保證安全的前提下，使支護(hù)工作量及支柱消耗量最小，使工作面采礦強(qiáng)度及勞動(dòng)生產(chǎn)率最大。除去加強(qiáng)頂板支護(hù)與放頂工作外，必須注意總結(jié)與掌握采場(chǎng)地壓分布狀態(tài)和活動(dòng)規(guī)律，以便更好的確定頂板管理中的有關(guān)參數(shù)。

礦塊開始回采的第1次放頂與以后各次放頂?shù)那闆r是不同的。第1次放頂?shù)臈l件比較困難，因?yàn)檫@時(shí)頂板類似兩端固定的梁，不容易全放下來。而以后各次放頂，頂板類似一端固定的懸臂梁，容易放頂。因此，第1次放頂?shù)膽翼斁啻?，約為常規(guī)放頂距的1.5～2倍。尤其是當(dāng)直接頂板比較好時(shí)，常產(chǎn)生頂板不下來或冒落高度不夠的現(xiàn)象，必要時(shí)采用雙排密集支柱切頂，同時(shí)加強(qiáng)控頂區(qū)的維護(hù)；當(dāng)頂板不易冒落時(shí)，可以爆破進(jìn)行強(qiáng)制放頂。

偽頂?shù)拇嬖诓粌H增加礦石的貧化，并且影響支柱的質(zhì)量，對(duì)生產(chǎn)不利。要注意加強(qiáng)頂板管理工作，保證生產(chǎn)安全。頂板管理中，除做好支護(hù)工作外，還要努力提高工作面的推進(jìn)速度，因?yàn)橛绊懙貕夯顒?dòng)的諸因素中，除地質(zhì)條件外，時(shí)間因素也很重要。實(shí)踐證明，推進(jìn)速度快，頂板下沉量小，支柱承受的壓力也小，支柱的消耗量也相應(yīng)的減少，這對(duì)安全和生產(chǎn)都極為有利。

3.6 通 風(fēng)

長(zhǎng)壁工作面的通風(fēng)條件較好，新鮮風(fēng)流由下部階段運(yùn)輸巷道經(jīng)行人道、切割巷道進(jìn)入工作面。清洗工作面后的污風(fēng)經(jīng)上部安全道，排至上部階段巷道。走向長(zhǎng)度大時(shí)，應(yīng)考慮分區(qū)通風(fēng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

俯偽斜走向長(zhǎng)壁分段密集采礦法的采準(zhǔn)工作和工作面布置比較簡(jiǎn)單，同其他采礦方法比，是一種生產(chǎn)能力大、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、損失貧化小，通風(fēng)條件好的采礦方法。由于工作面呈俯面布置，可以減少礦壁片幫傷人，同時(shí)由于頂板得到了有效控制，與房柱法和留礦法相比頂板事故可以得到有效控制。

運(yùn)輸巷道布置在礦層里，這樣的巷道布置不僅可以減少多余的運(yùn)輸巷道掘進(jìn)；而且又由于錳礦圍巖穩(wěn)固，支護(hù)簡(jiǎn)易，這樣的采礦方法優(yōu)勢(shì)明顯。

俯偽斜走向長(zhǎng)壁分段密集采礦法的缺點(diǎn)是支護(hù)工作勞動(dòng)強(qiáng)度大，頂板管理復(fù)雜。在長(zhǎng)溝錳礦中，礦石容重較大，搬運(yùn)比較困難。又由于頂板粘土巖的混入，使用刮板輸送機(jī)時(shí)粘土巖粘刮板輸送機(jī)。傾角較大時(shí)使用刮板輸送機(jī)必須使其錨固，加之工作面較短，刮板輸送機(jī)彎曲長(zhǎng)度較大(20～30 m)，操作不便。而使用電耙運(yùn)搬，電耙隨工作面搬運(yùn)頻繁，操作復(fù)雜。

經(jīng)過研究和掌握礦山地壓活動(dòng)規(guī)律，改進(jìn)頂板管理工作，應(yīng)用機(jī)械化的金屬支柱，減輕體力勞動(dòng)，提高安全程度和工作面的推進(jìn)速度。另外研制新型工作面搬運(yùn)機(jī)械，特別是能用于底板起伏不平的運(yùn)搬機(jī)械，可以改進(jìn)現(xiàn)有運(yùn)搬機(jī)械，如采用多耙頭串式電耙，可提高工作面的運(yùn)搬能力。

俯偽斜走向長(zhǎng)壁分段密集采礦法較長(zhǎng)溝錳礦原用的房柱法和留礦法工作面單產(chǎn)大幅度提高，全礦生產(chǎn)規(guī)?？梢缘玫奖ＷC。按照每年生產(chǎn)330 d，西部平均采高2.5 m，東部平均采高1.5 m，工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度49 m，每次進(jìn)尺1.6 m，錳礦石容重3.05 t/m3，東西部每次循環(huán)可開采分別為597.8，358.7 t。按照每天推進(jìn)1個(gè)循環(huán)計(jì)，東、西部各設(shè)1個(gè)工作面，每天可開采956.5 t，年產(chǎn)量可達(dá)315 638 t。另外考慮巷道掘進(jìn)出礦量，可以保證年產(chǎn)30萬(wàn)t的預(yù)期目標(biāo)。

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