生兆峰 王 磊 郭 偉

(1.淮北徐樓礦業(yè)有限公司，安徽淮北235000;2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽馬鞍山243000; 3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽馬鞍山243000; 4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司，安徽馬鞍山243000)

隨著我國(guó)易開(kāi)采資源的逐慚消耗，人們不得不將目光集中在難采的礦床上。厚大第四系含水層下礦床是眾多難采礦床之一。目前，我國(guó)近期開(kāi)發(fā)或即將開(kāi)發(fā)的礦山很多為厚大第四系(含流沙層)下礦床。如資源儲(chǔ)量近20億t安徽霍邱地區(qū)、資源量近億噸的淮北地區(qū)的鐵礦床等。其特點(diǎn)是:礦體傾角為緩傾斜～極傾斜，礦床上部為厚大的第四系松散沉積物，地表地形平坦，多為大量的村莊、農(nóng)田、水田，屬于典型的難采礦體［1］。

這些礦山地處平原，第四系層厚及含水量大，回采難度較大，尤其是二步驟礦柱的回采，難度更大。為防止二步驟礦柱回采帶來(lái)安全隱患，須在理論分析論證的基礎(chǔ)上，科學(xué)合理的制定回采方案，使礦柱回采作業(yè)能安全高效的進(jìn)行。本文以徐樓鐵礦二步驟礦柱回采為例，對(duì)此類(lèi)型礦柱回采工藝進(jìn)行探討。

1 礦山地質(zhì)概述

徐樓鐵礦礦區(qū)位于淮北市濉溪縣境內(nèi)，隸屬徐樓鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)北距濉溪縣10 km、距淮北市15 km，徐樓礦區(qū)為沖積平原，地勢(shì)平坦，海拔高度+30 m左右。

徐樓礦區(qū)包括石樓、雙莊和史小樓3個(gè)礦床，鐵品位在45%左右。石樓礦床依據(jù)礦體的埋深，分為3個(gè)礦帶，編號(hào)為一、二、三。按照規(guī)劃，一礦帶為首采礦帶，開(kāi)采已接近尾聲。石樓礦床一礦帶屬接觸交代矽卡巖型礦床，呈一大型透鏡體，礦體埋藏淺。上部被第四系覆蓋，厚度一般為40～75 m，由東北向西南逐步變厚，其巖性以黏性土(黏土、亞黏土、黏土含結(jié)核)為主，礦床范圍內(nèi)砂層累計(jì)厚度可達(dá)40 m左右。第四系沉積物中粉砂、細(xì)、中砂為主要含水層，單位涌水量(q)為0.23～0.60 L/(s·m)，滲透系數(shù)(K)為 0.76～4.10 m/d。礦體的頂?shù)装寤緸榇罄韼r，而大理巖本身就是巖溶裂隙含水層。該含水層埋藏于地表以下42～120 m處，厚度為40～80 m，似層狀，裂隙、溶洞均較發(fā)育，含水豐富，為承壓巖溶裂隙水。單位涌水量q＞10 L/(s·m)，滲透系數(shù)達(dá)17.8 m/d［2］。

目前徐樓鐵礦開(kāi)采對(duì)象為石樓礦床一礦帶。礦體走向?yàn)闁|西長(zhǎng)度400m，寬度250m;垂直方向，從－30～－150 m，約120 m。為防止第四系含水層導(dǎo)通采場(chǎng)，在圖1所示巖土風(fēng)化線約－45 m水平以上預(yù)留十幾米厚的防水頂柱。采用嗣后充填分段空?qǐng)霾傻V法，分段高約為12 m，自－45 m水平以下，分別劃分為－56，－68，－80 m分段，主運(yùn)輸水平布置在－100 m水平。采區(qū)沿走向布置，寬約50 m，長(zhǎng)為礦體垂直走向長(zhǎng)度，高為礦體厚度。采區(qū)劃分為約38 m寬的采區(qū)礦房和約12 m寬的采區(qū)間柱。采場(chǎng)平面布置如圖2所示。

圖1 一礦帶礦巖縱投影Fig.1 The features of the ore belt longitudinal projection diagram

經(jīng)過(guò)幾年的開(kāi)采，一期開(kāi)采范圍內(nèi)的保有儲(chǔ)量消失很快，回采已接近尾聲。為確保礦山生產(chǎn)接續(xù)正常，二步驟的間柱安全開(kāi)采工作需納入生產(chǎn)日程。經(jīng)過(guò)初步計(jì)算，徐樓一期采礦工程中所預(yù)留的間柱，從西到東共預(yù)留了5大2小共6個(gè)間柱，間柱－45 m水平以下資源量約為102.53萬(wàn)t，占一礦帶總儲(chǔ)量的近20%，儲(chǔ)量豐富且可靠，有很大的回采利用價(jià)值。

圖2 采場(chǎng)平面布置Fig.2 stope layout diagram

2 采礦方案選擇

2.1 采礦方法初選

間柱采場(chǎng)走向均為南北向，傾角為5°～10°，跨度普遍都在130m以上，呈長(zhǎng)條狀。為緩傾斜狀厚大礦體。從空間分布特點(diǎn)來(lái)看，呈北高南低，西高東低。

因間柱采場(chǎng)跨度較長(zhǎng)，面積較大，前期通過(guò)巖石力學(xué)理論研究及計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬等手段對(duì)間柱回采對(duì)上部隔水層的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明間柱回采時(shí)，需有效控制采礦跨度，故采場(chǎng)回采時(shí)仍劃分為礦房礦柱，分步驟進(jìn)行回采，先回采礦房，視情況在考慮礦柱的回采。對(duì)于采場(chǎng)采礦方法的選取以下幾條原則:①安全。保證礦山能安全持續(xù)生產(chǎn)，尤其是要避免大規(guī)模地壓活動(dòng)對(duì)上部含水層可能造成的破壞;②經(jīng)濟(jì)上合理。礦石貧化損失小，采準(zhǔn)工程量少，盡量對(duì)一步驟已有的巷道工程進(jìn)行合理化利用;③技術(shù)上可行。礦山現(xiàn)有條件能方便施工，便于管理;勞動(dòng)生產(chǎn)率高;④遵守有關(guān)法律、法規(guī)。設(shè)計(jì)時(shí)，以礦山實(shí)測(cè)圖及目標(biāo)礦體的地質(zhì)條件為設(shè)計(jì)依據(jù)，在確保安全的前提下，最大限度的采出地下資源，降低損失率、貧化率、節(jié)約成本提高經(jīng)濟(jì)效益。

在以上幾條原則中，安全須放在第一位，在安全的前提下，盡可能的選擇經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上可行的方案。經(jīng)反復(fù)考慮，為充分利用現(xiàn)有巷道工程及采掘設(shè)備，降低生產(chǎn)成本，對(duì)于二步驟間柱的回采，采礦方法選用一步驟礦房回采所使用的嗣后充填分段空?qǐng)龇ā?/p>

2.2 回采方案選擇

二步驟礦柱回采仍采用嗣后充填分段空?qǐng)龇ㄟM(jìn)行。該工藝大部分工程可利用一步驟回采時(shí)的各種采切巷道完成，僅出礦巷的位置需要重新確定。按出礦巷布置形式的差異來(lái)擬選方案。由于各個(gè)間柱回采技術(shù)條件基本相似，僅僅是空間上的分布情況有所差異，如部分間柱有礦體賦存在－68 m水平或是－56 m以上。故以最西側(cè)的間柱采場(chǎng)為例進(jìn)行說(shuō)明。各方案見(jiàn)表1所示。

表1 間柱回采方案對(duì)比Table1 colum n stoping schem e com parison

經(jīng)過(guò)分析對(duì)比，方案4出礦巷布置在巖體中，安全性最好，但成本較大，經(jīng)濟(jì)效益明顯不如其他方案。其他方案出礦巷均布置在充填體重，根據(jù)類(lèi)似礦山經(jīng)驗(yàn)，充填體中掘進(jìn)巷道能滿(mǎn)足安全要求［3］。方案3多采出廢石量太多。方案1工程量?jī)H稍高于方案2，兩者對(duì)比而言，多回收約7 300 t的礦石，但須多采出約1.38萬(wàn)t的廢石，且會(huì)給北側(cè)采場(chǎng)帶來(lái)較大的貧化損失，經(jīng)反復(fù)權(quán)衡對(duì)比，最后推薦方案1為間柱礦體回采方案。

3 生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 采準(zhǔn)工程布置

根據(jù)二步驟間柱采場(chǎng)穩(wěn)定性理論分析結(jié)果，由于間柱跨度較大，為減少采場(chǎng)跨度，減少空區(qū)頂板暴露面積，在間柱中間預(yù)留1～2個(gè)點(diǎn)柱。以最西側(cè)(即圖2中左側(cè))的間柱為例，該間柱跨度在160 m以上，中間預(yù)留2個(gè)15 m寬的點(diǎn)柱。自南向北大致劃分為3個(gè)采場(chǎng)。采準(zhǔn)工程中分段鑿巖巷、護(hù)頂巷、出礦溜井等工程均利用現(xiàn)有。還須新增出礦巷、出礦進(jìn)路及人行通風(fēng)井。出礦巷布置在礦房充填體中，在－56，－68，－80 m 3個(gè)水平均有分布。在北側(cè)點(diǎn)柱中新增－56～－45 m的人行通風(fēng)井，在南側(cè)點(diǎn)柱中新增－80～－45 m的人行通風(fēng)井。

根據(jù)礦體賦存形態(tài)，北側(cè)采場(chǎng)出礦水平選擇為－56 m水平，為保證有2個(gè)以上安全出口，該出礦巷須掘進(jìn)至與北側(cè)點(diǎn)礦柱內(nèi)人行通風(fēng)天井相通，整個(gè)出礦巷道長(zhǎng)度約60 m。中間采場(chǎng)出礦水平選擇為－68 m水平，該出礦巷須掘進(jìn)至南側(cè)點(diǎn)柱內(nèi)人行通風(fēng)天井相通，整個(gè)出礦巷道長(zhǎng)度約80 m，南側(cè)采場(chǎng)出礦水平選擇為－80 m水平，出礦巷直接與原有的－80 m上盤(pán)沿脈巷道連通。

圖3 間柱回采工藝布置Fig.3 stope layout diagram

3.2 回采說(shuō)明

整個(gè)間柱寬度為12 m，回采時(shí)兩邊各保留1 m的礦壁，回采寬度取10m，分段采高為12m。為兼顧到下一步頂柱及徐樓二期工程的展開(kāi)。先回采中間的4個(gè)間柱，最后回采兩頭的間柱。對(duì)單個(gè)間柱來(lái)說(shuō)，所有采場(chǎng)均從南向北采用后退式開(kāi)采。

(1)采切。施工底部出礦進(jìn)路、切割天井、切割巷，修整分段鑿巖巷。各水平出礦巷與點(diǎn)柱中人行天井連通。使用YT－28鑿巖機(jī)進(jìn)行打眼爆破。在采場(chǎng)北側(cè)掘進(jìn)切割天井，再以中深孔擴(kuò)幫形成切割槽。采用進(jìn)行中深孔落礦，從南向北依次進(jìn)行回采。每個(gè)采場(chǎng)回采結(jié)束后，即馬上進(jìn)行尾砂膠結(jié)充填。

(2)頂板支護(hù)。長(zhǎng)錨索，長(zhǎng)度15 m，排距為3 m。

(3)爆破。YGZ－90鑿巖機(jī)，中孔直徑60 mm，扇形孔布置，排距1.5 m，孔底距1.5～1.8 m，鑿巖效率50 m/臺(tái)班。同排微差爆破，炸藥單耗0.45 kg/t。

(4)回采順序。各采場(chǎng)回采時(shí)，以北側(cè)切割槽為自由面爆破，水平方向上從南向北自采場(chǎng)末端進(jìn)行后退式回采，垂直方向自上分段超前下分段3排，由上向下退采。

(5)出礦及運(yùn)輸。沿出礦巷每隔6～8 m掘出礦橫巷進(jìn)入塹溝，通過(guò)鏟運(yùn)機(jī)統(tǒng)一運(yùn)輸?shù)街卸瘟锏V井并提升到地表。

(6)通風(fēng)。利用原有的通風(fēng)天井及點(diǎn)柱中新增的人行通風(fēng)井完成通風(fēng)。

(7)充填。充填配比為1∶8。以－45 m水平下盤(pán)回風(fēng)沿脈及回風(fēng)穿脈作為充填巷，充填次序與回采次序一致，從南到北依次進(jìn)行充填。

3.3 安全技術(shù)措施

徐樓鐵礦二步驟礦柱回采時(shí)，除采用常規(guī)的安全技術(shù)措施外，針對(duì)第四系富含水層下這一難點(diǎn)，有針對(duì)性的采取了一些技術(shù)措施，取得了較好的效果。

(1)空區(qū)長(zhǎng)時(shí)間不處理，頂板易出現(xiàn)了垂直沉降，從而擾動(dòng)含水層。采場(chǎng)出礦結(jié)束后應(yīng)盡快對(duì)空區(qū)進(jìn)行一定配比的膠結(jié)充填處理。

(2)開(kāi)采過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)點(diǎn)柱的保護(hù)，一是在鑿巖時(shí)進(jìn)行控制，炮孔與礦柱應(yīng)保持一定的距離;二是爆破時(shí)降低裝藥量;三是充填時(shí)采用適當(dāng)比例的膠結(jié)充填，改善礦柱受力條件。

(3)充填體內(nèi)掘進(jìn)巷道時(shí)，邊掘進(jìn)邊支護(hù)，保證安全。

(4)礦體頂部、夾層均為大理巖(灰?guī)r)含水層，巖溶裂隙、溶洞較發(fā)育，含水豐富。須采取一定的防水措施，如果出現(xiàn)異常出水現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行處理。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)理論分析來(lái)指導(dǎo)采場(chǎng)，采用合理得采場(chǎng)工藝布置形式，是可以成功實(shí)現(xiàn)厚大第四系含水層下二步驟礦體安全回采的。

(2)在空間有限的情況下，在兩翼高強(qiáng)度充填體內(nèi)掘進(jìn)出礦巷是合理可行。不僅能較好地利用原有的出礦系統(tǒng)，縮短采切工程作業(yè)時(shí)間;也可避免新建出礦底部結(jié)構(gòu)，極大地減少采準(zhǔn)工程量，降低生產(chǎn)成本。但應(yīng)保證充填質(zhì)量，并在巷道中加強(qiáng)支護(hù)等安全措施。

(3)二步驟采場(chǎng)跨度較大的情況下，應(yīng)設(shè)立多個(gè)點(diǎn)柱來(lái)減少采場(chǎng)跨度，在回采過(guò)程中要嚴(yán)格保持點(diǎn)柱上下連貫性。以避免防水頂柱出現(xiàn)拉張裂隙導(dǎo)通含水層，回采結(jié)束后，盡量不采用目前常規(guī)的二步驟全尾砂充填，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行膠結(jié)充填，以便較好地限制頂板位移。保護(hù)上部防水頂柱。

(4)在安全的前提下，應(yīng)盡可能地利用現(xiàn)有的巷道工程及設(shè)備來(lái)完成回采。并對(duì)回采順序進(jìn)行合理規(guī)劃，以利于礦山下一步工作的展開(kāi)。

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