胡德祥

(廣西南丹縣車河鎮(zhèn)企業(yè)管理辦公室, 廣西南丹縣 547204)

茶山礦急傾斜不穩(wěn)固薄礦體采礦方法研究

胡德祥

(廣西南丹縣車河鎮(zhèn)企業(yè)管理辦公室, 廣西南丹縣 547204)

茶山礦急傾斜、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定薄礦體在開采中，多次發(fā)生冒頂片幫事故，為了安全有效開采，在分析礦山原采礦方法及改進(jìn)措施的基礎(chǔ)上，提出了2種新采礦方法，通過對該2種方法的工藝和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行對比，最終選擇方案二自下而上淺眼分層空場法作為該礦體的開采方法，實現(xiàn)了薄礦體安全、高效開采的目的。

急傾斜不穩(wěn)定薄礦體；自上而下淺眼分層采礦法；安全回采

0 引 言

南星公司茶山礦是廣西南丹縣縣屬地下礦山企業(yè),開采對象為大廠錫多金屬礦田茶山銻鎢礦區(qū)28號脈。28號礦脈裂隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固,礦山成立至今一直采用留礦采礦法,自下而上分層爆破落礦。多年來,茶山礦冒頂片幫事故不斷,據(jù)統(tǒng)計,茶山礦2005年至2010年共發(fā)生19起生產(chǎn)安全事故,死亡20人,其中冒頂事故14起,10起是在采場發(fā)生。事故頻發(fā)給茶山礦正常生產(chǎn)造成了極壞的影響。

本文以茶山礦為例,探討茶山礦急傾斜、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固薄礦體采礦方法及安全技術(shù),提出安全高效、可操作的采礦方法。

1 礦山概況

茶山礦礦區(qū)面積2.743 km2,地理坐標(biāo)為東經(jīng)107°37′50″,北緯24°50′17″。采礦方法為淺眼留礦法,開拓方式為平硐+盲斜井和斜井+盲斜井聯(lián)合開拓,采用中央進(jìn)風(fēng)、兩翼回風(fēng)的通風(fēng)方式。

茶山礦區(qū)位于丹池成礦帶南端,礦區(qū)內(nèi)的28號礦脈為石英巖低溫?zé)嵋撼涮畹V脈,屬于受斷裂構(gòu)造控制的礦床,礦體為石英脈,礦巖界線清楚,礦體穩(wěn)固性差,圍巖結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,被揭露后容易產(chǎn)生自然脫落。礦石平均安息角為33.5°,體重為2.93 t/m3,松散體重為1.83 t/m3；圍巖體重為2.5 t/m3,松散系數(shù)為1.6。

2 原采礦方法簡介

2.1 原采礦方法及改進(jìn)措施

針對急傾斜薄礦脈,茶山礦采用淺眼留礦采礦法進(jìn)行開采,主要鑿巖設(shè)備為YSP-45型氣腿鑿巖機(jī),采用漏斗放礦和人工裝礦。

(1)礦塊結(jié)構(gòu)。礦房沿礦脈走向布置,一般長40～60 m,寬為礦體水平厚度,間柱寬3～4 m,頂柱厚3～4 m,不留底柱,放礦漏斗間距5～6 m。

(2)采準(zhǔn)切割。在礦脈內(nèi)靠近下盤開鑿運輸平巷后,以40～60 m的間距為一個采場,兩端向上掘進(jìn)人行上山,采用YSP-45型上向鑿巖機(jī)脈內(nèi)巷道打上向炮孔,炮孔傾角75°～85°,孔深2 m左右,爆破后將礦石裝運,清理巷道,然后架設(shè)假底木支架,同時架設(shè)木漏斗。

(3)礦房回采。回采作業(yè)從假底開始向上分層進(jìn)行,采用YSP-45型上向鑿巖機(jī)打上向炮孔,炮孔傾角75°～85°,孔深2 m左右,采用分段爆破。爆破通風(fēng)后,工人進(jìn)入采場進(jìn)行分揀礦石、放礦、松石處理和平整采場等,然后進(jìn)行下一循環(huán)鑿巖。

(4)通風(fēng)。回采過程中新鮮風(fēng)流由運輸巷道經(jīng)人行通風(fēng)天井進(jìn)入采場作業(yè)工作面,污風(fēng)由采場另一側(cè)天井回到上中段回風(fēng)巷。

(5)礦柱回采及空區(qū)處理。在不影響其它礦塊回采的條件下,間柱采用隔一采一的方式回收,頂柱原則上不回收。已結(jié)束回采的中段,用密閉的方法進(jìn)行空區(qū)處理。

針對采場頂板不穩(wěn)固、容易冒頂?shù)膯栴},2007年茶山礦進(jìn)行了采礦方法優(yōu)化,重點在鑿巖和爆破方面進(jìn)行技術(shù)改進(jìn),將原先向上75°～85°的炮孔改為水平炮孔,采用光面爆破減少對頂板的破壞,提高采場頂板的穩(wěn)定性。2008年,分別采用脈外進(jìn)路無底柱淺眼留礦法和鋼筋混泥土假底淺眼留礦采礦法,并進(jìn)行了開采實驗,取得了一定效果。

2.2 原采礦方法及改進(jìn)評價

原采礦方法采出的礦石品位相對高,采準(zhǔn)、切割工程量小,回采成本低；但是其安全保障水平低,生產(chǎn)能力低下,采場出礦能力低,坑木用量大,巷道的維護(hù)難度大,主運輸線不暢。

采用改進(jìn)措施后,對采場冒頂起到一定的作用,但由于脈石結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,防止冒頂事故的效果不是很明顯,發(fā)生在采場上的傷亡事故并沒有減少。采礦方法的改進(jìn),對預(yù)防采場冒頂沒有提出有效的安全技術(shù)措施,采場冒頂安全問題沒有得到解決。

3 新采礦方法研究

針對茶山礦急傾斜結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定薄礦體存在的安全問題,在兼顧礦山生產(chǎn)效率的同時,提出2個可行的采礦方案。

3.1 方案一:無底柱中深孔分段空場法

(1)采場結(jié)構(gòu)布置。采場沿礦脈走向布置,采場階段高度40～45m,分段高13～15m,采場長度60 ～80 m,具體長度視礦脈連續(xù)性決定,寬為礦脈厚度。不留頂、底柱,只留間柱,上下采場的間柱在垂直方向相互錯開(見圖1)。

圖1 無底柱中深孔分段空場法

(2)采切工程布置。沿礦脈掘進(jìn)脈內(nèi)巷道、分階段鑿巖道、人行天井(2條)、切割天井,距離沿脈巷道6～8m掘進(jìn)脈外主運輸巷道,每隔5～7m掘進(jìn)出礦穿與沿脈巷道連通,人行天井、切割天井和分階段鑿巖巷道均布置在礦脈內(nèi)。人行天井兼做采場通風(fēng)井,不另設(shè)通風(fēng)井。以采場跨度60 m、階段高度40 m為例,計算采切工程量(見表1)。

(3)鑿巖爆破、出礦。以切割天井為爆破自由面,在分段鑿巖巷道和沿脈巷道鑿垂直向上和向下炮孔,分段鑿巖道內(nèi)鑿巖,要先鑿向上炮孔,后鑿向下炮孔,每分段先爆破下半部分,上半部分與上一分層下半部分同時爆破,自下而上分階段爆破,靠自重落礦。

表1 方案一采切工程量

崩落的礦石由耙礦機(jī)從出礦巷道出礦,保持采場有3m以上礦石量。礦房回采結(jié)束后及時封堵出礦巷道,確保主運輸巷道安全。

(4)采場通風(fēng)和安全管理。新鮮風(fēng)流從人行天井進(jìn)入各個分階段鑿巖,污風(fēng)從另一回風(fēng)天井排至上一中段回風(fēng)巷道。經(jīng)通風(fēng)確保采場空氣質(zhì)量的情況下,人員進(jìn)入脈內(nèi)巷道和分階段鑿巖道,先處理頂板和邊幫松石,不穩(wěn)定的地段需要進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù),確保在安全的前提下開展下一循環(huán)作業(yè)。

3.2 方案二:自上而下淺眼分層空場法

(1)采場結(jié)構(gòu)布置。采場沿礦脈走向布置,采場階段高度40～50 m。采場長度60～80 m,具體長度視礦脈連續(xù)性決定,寬為礦脈厚度(見圖2)。留底柱,不留頂柱和間柱,對底柱進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)(見圖3)。

(2)采切工程布置。沿礦脈掘進(jìn)脈內(nèi)巷道和放礦溜井,各放礦溜井之間的距離15～25 m,2個放礦溜井之間的礦脈走向無明顯變化。在距離脈內(nèi)巷道5～7 m對準(zhǔn)放礦溜井底部位置掘進(jìn)出礦巷道。以采場跨度60 m、階段高度40 m為例,計算采切工程量(見表2)。

圖3 采場底柱錨桿支護(hù)安全措施示意圖

表2 方案二采切工程量

(3)鑿巖爆破、出礦。以放礦溜井為爆破自由面,從上一中段脈內(nèi)巷道底板開始,向下鑿傾角為50°～70°的炮眼,每次鑿3～5排炮眼,每2 m為一個分層。爆破方式采用非電導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行多排微差起爆。同一水平不同作業(yè)面同時鑿巖、爆破和出礦。采用電耙出礦,用耙渣機(jī)在出礦巷道裝載礦石(見圖4)。

(4)采場通風(fēng)和安全管理。新鮮風(fēng)流從相鄰采空區(qū)進(jìn)入采場作業(yè)面,污風(fēng)從上一中段水平巷道排至回風(fēng)巷道。每一分層回采結(jié)束后,認(rèn)真清理邊幫松石,不穩(wěn)定的地段進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)。隨著開采作業(yè)面向下移動,從上架設(shè)人行爬梯。人行爬梯要固定在下盤圍巖上,并安裝扶手。

3.3 方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

方案一和方案二預(yù)期主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見表3。2種方案均解決了作業(yè)的安全問題。其中方案一需要進(jìn)行分中段鑿巖道掘進(jìn),施工難度較大,工序復(fù)雜,采準(zhǔn)切割工程量大,同時需要配套中深孔鑿巖機(jī)；方案二在完成一個分層的開采后,需要挑底,降低電耙絞車位置并重新安裝耙礦絞車,爆破后需要用電耙將礦石運搬到放礦溜井。但方案二回采全過程中,上方礦巖經(jīng)過錨網(wǎng)支護(hù),可有效防止礦脈不穩(wěn)產(chǎn)生冒落的危險。此外,除了溜礦天井施工難度相對大之外,其余的施工工藝簡單,鑿巖、爆破和采場礦石運搬作業(yè)對施工的設(shè)備要求不高,操作容易。

通過綜合對比2種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),以及各自的工藝優(yōu)缺點,選擇方案二自上而下淺眼分層空場法作為茶山礦急傾斜、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定薄礦體的開采方法。

圖4 電耙出礦

表3 方案預(yù)期技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

4 結(jié) 論

推薦的自上而下分層空場采礦法,改變傳統(tǒng)的自下而上留礦采礦法,利用上一中段底柱作為支撐,并進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù),避免人員在不斷變化的暴露面下作業(yè),回采過程安全有保障。同時,該采礦方法回采工藝簡單,生產(chǎn)能力高,滿足礦山設(shè)計的生產(chǎn)能力需要,對茶山礦開采急傾斜不穩(wěn)定薄礦體有很好的適用性。

[1]朱建國.廣西南丹縣南星銻業(yè)有限責(zé)任公司茶山礦開采方案設(shè)計[R].南丹:南星銻業(yè)有限責(zé)任公司茶山礦,2007.

[2]長沙有色冶金設(shè)計研究院.廣西南丹縣南星銻業(yè)有限責(zé)任公司茶山礦采礦方法優(yōu)化設(shè)計[R].南丹:南星銻業(yè)有限責(zé)任公司茶山礦,2007.

[3]羅懷長.茶山銻礦急傾斜薄礦體開采方法的探索[J].采礦技術(shù),2009,9(4).

[4]王 江.急傾斜薄礦體開采方法與安全技術(shù)研究[D].長沙:中南大學(xué),2015.

[5]林 聰.中國冶金百科全書(采礦)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1992.

2015-02-17)