趙明宣

(山東黃金礦業(yè)(萊州)股份有限公司三山島金礦， 山東 萊州市 261442)

三山島金礦破碎帶中采場聯(lián)絡道優(yōu)化研究

趙明宣

(山東黃金礦業(yè)(萊州)股份有限公司三山島金礦， 山東 萊州市 261442)

三山島金礦新立礦區(qū)是我國第一座海下開采的硬巖金屬礦山，采礦方法主要為上向分層充填采礦法。礦區(qū)西南部局部礦體下盤有平均厚度7～8 m左右的破碎帶，傾角幾乎與礦體平行，距離礦體約20 m左右，采場聯(lián)絡道在破碎帶處需多次短掘短支成巷，成本較高。鑒于此，筆者嘗試優(yōu)化采場聯(lián)絡道坡度，提出一種“過山車式”采場聯(lián)絡道設計，避免了分層聯(lián)絡道多次支護，縮短了施工工期，提高了作業(yè)安全系數(shù)，成功應用該設計于新立礦區(qū)5個分段共計10條采場聯(lián)絡道，節(jié)省費用176萬元。

破碎帶；采場聯(lián)絡道；過山車式；分層聯(lián)絡道

0 引 言

三山島金礦新立分礦位于山東省萊州市，隸屬于山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司，是我國第一座海下開采的硬巖金屬礦山，開拓方式主要為豎井和斜坡道聯(lián)合開拓，采礦方法主要為盤區(qū)上向分層充填采礦法[1￣11]。

采準工程設計是礦山開采設計的核心內(nèi)容之一，其是否合理經(jīng)濟對礦山生產(chǎn)的安全水平及經(jīng)濟效益有重大影響[12]。由于上向分層充填采礦法每個礦房都需布置采場聯(lián)絡道，而三山島金礦新立礦區(qū)下盤地質構造較發(fā)育，眾多采場聯(lián)絡道施工都采用U型可縮性支架支護，在地質構造發(fā)育完全區(qū)域采用短支短掘技術，采場每分層回采完畢后，都要進行轉層采場聯(lián)絡道壓頂工作，致使每條采場聯(lián)絡道都要進行多次短支短掘施工，從而增加了采礦成本及采場周轉時間，危險性較大，施工時間較長，掘進成本較高。

鑒于此，筆者嘗試優(yōu)化采場聯(lián)絡道坡度系數(shù)，提出一種“過山車式”采場聯(lián)絡道，避免了采場聯(lián)絡道短支短掘重復施工，增加了采場聯(lián)絡道服務層數(shù)，改變了原來傳統(tǒng)的采場聯(lián)絡道壓頂施工方法。該設計將采場聯(lián)絡道需要進行短支短掘的區(qū)域施工一定上行坡度的采場聯(lián)絡道，通過此區(qū)域后再施工下行的采場聯(lián)絡道，形狀類似“過山車”，實現(xiàn)采場聯(lián)絡道僅短支短掘一次，即可服務2～3分層，減少每條采場聯(lián)絡道短支短掘10 m左右，在新立礦區(qū)應用此設計于10條采場聯(lián)絡道，降低成本176萬元。

1 工程概況

三山島金礦新立礦區(qū)西南部分段運輸巷道的圍巖是鉀化碎裂花崗巖，巖石強度較低。在礦體下盤圍巖中取得的試件為花崗巖：淺褐色，中?；◢徸兙ЫY構，少量節(jié)理裂隙發(fā)育；巖石干密度為2757 kg/m3，單軸抗壓強度為93.46 MPa，彈性模量為42.57 GPa，泊松比為0.246，抗拉強度為3.900 MPa；巖石試件平均波速為4568.5 m/s，粘聚力為15.63 MPa，內(nèi)摩擦角為41.4°。屬于松動地壓，節(jié)理裂隙以及其它大型地質構造相互剪切形成了一定范圍的破碎松動范圍，巖石膨脹系數(shù)較小。

結構面屬于沉積結構面，含水量少，部分地段潮濕，巖體結構為塊體化或者碎裂化，處于其中的巷道容易發(fā)生片幫冒落。借助地質羅盤和卷尺，采用測線法在礦區(qū)西南局部區(qū)域巷道進行節(jié)理裂隙調(diào)查，采用窗口法[13￣14]對該區(qū)域進行節(jié)理裂隙調(diào)查，結果見圖1。

圖1 部分區(qū)域巷道節(jié)理空間分布

巷道地壓顯現(xiàn)明顯，巖體呈現(xiàn)塊體化或者散體結構，節(jié)理十分發(fā)育，貫穿性良好，結構面平直光滑，泥質充填且裸漏部分充填物潮濕，碎石易于沿結構面滑落造成巷道坍塌冒落。局部地段由于主節(jié)理和松動地壓次生節(jié)理非常發(fā)育，次生節(jié)理貫穿性一般，結構面粗糙，大部分節(jié)理間距小于20 cm。次生節(jié)理與原生主節(jié)理相互剪切，使得巖體塊體化或碎裂化嚴重，巖體穩(wěn)定性較差。其中多個采場聯(lián)絡道沿節(jié)理傾向掘進，成巷較易，但巷道穩(wěn)定性差。且新立礦區(qū)西南部局部礦體下盤有平均厚度7～8 m左右的破碎帶，傾角約60°，幾乎與礦體平行，距離礦體約20 m左右，使礦體開采難度加大，安全性降低，開采成本大幅增加，破碎帶與礦體位置見圖2。

圖2 新立礦區(qū)局部礦體與破碎帶位置

2 采場聯(lián)絡道優(yōu)化

2.1 原采場聯(lián)絡道

三山島金礦新立礦區(qū)原采場聯(lián)絡道的施工工序為：

(1) 自分段平巷向礦體水平掘進5 m左右；

(2) 向開采分段下層開挖分層聯(lián)絡道，并對穿過破碎帶的部位進行短掘短支加強支護；

(3) 下層礦體回采完畢后進行壓頂，后開挖中層聯(lián)絡道，并短掘短支破碎帶部位；

(4) 中層礦體回采完畢后進行壓頂，開挖上層聯(lián)絡道，并短掘短支破碎帶部位(見圖3)。

由圖3可知，原采場聯(lián)絡道施工過程中各分層聯(lián)絡道均穿過破碎帶，均需進行短掘短支，且第二分層壓頂工程量較大，極大地增加了開采成本，延長了回采工期，降低了年產(chǎn)量，影響了礦山開采經(jīng)濟效益。

2.2 “過山車式”采場聯(lián)絡道

考慮三山島新立礦區(qū)礦體下盤有一定厚度的破碎帶，采用原采場聯(lián)絡道設計施工成本高，時間長，經(jīng)濟效益差，筆者通過現(xiàn)場工程地質調(diào)查和工業(yè)試驗研究，提出一種“過山車式”采場聯(lián)絡道(見圖4)。

圖3原采場聯(lián)絡道施工剖面

圖4 “過山車式”采場聯(lián)絡道施工剖面

由圖4可知，“過山車式”采場聯(lián)絡道的施工工序為：

(1) 自分段平巷向礦體水平或微向上開挖聯(lián)絡道，采用短掘短支施工工藝穿過破碎帶；

(2) 開挖各分層聯(lián)絡道并壓頂。

由于破碎帶與礦體距離沿礦體走向和傾向有一定差異，故自分段平巷開挖至破碎帶的聯(lián)絡道(后稱為“主聯(lián)絡道”)的坡度十分重要，其直接影響分層聯(lián)絡道的坡度是否滿足鏟運機出礦的坡度。

新立礦區(qū)西南部脈外分段平巷距離礦體平均距離為40 m左右，破碎帶距離礦體20 m左右，礦體平均傾角約55°，破碎帶平均傾角約60°。主聯(lián)絡道不同坡度時，分層聯(lián)絡道的坡度曲線見圖5。

由圖5曲線可知，上分層和中分層聯(lián)絡道隨主聯(lián)絡道的坡度增大而減小，下分層聯(lián)絡道隨主聯(lián)絡道坡度的增大而增大，綜合考慮3個分層聯(lián)絡道的坡度均便于鏟運機出礦，經(jīng)現(xiàn)場工業(yè)試驗后，取主聯(lián)絡道的坡度為6°，此時上中下分層聯(lián)絡道坡度分別為10°， 1°， -11°，均滿足鏟運機的爬坡規(guī)程要求。

圖5 主聯(lián)絡道與分層聯(lián)絡道坡度關系

由圖4和圖5可知，經(jīng)優(yōu)化后的“過山車式”采場聯(lián)絡道極大的降低了短掘短支的工程量，縮短了采準作業(yè)時間，增大了作業(yè)安全系數(shù)，降低了開采成本，經(jīng)濟效益顯著，在新立礦區(qū)可應用范圍較廣，具有一定的工程意義。

2.3 工程應用及經(jīng)濟效益

依據(jù) “過山車式”采場聯(lián)絡道的工程應用條件，三山島金礦新立礦區(qū)在西南部-307分段1條、-267分段3條、-228分段3條及-187分段3條等符合應用條件的10條采場聯(lián)絡道采用此設計，縮短了采準工期，提高了回采安全性，節(jié)省了大量采場聯(lián)絡道費、施工費等，大幅降低了回采成本，取得了顯著的經(jīng)濟效益。

應用 “過山車式”采場聯(lián)絡道設計的10條采場聯(lián)絡道在采場聯(lián)絡道掘進、壓頂施工、短掘短支施工、縮短工期的施工人員勞務費等方面共降低成本約176萬，各分段節(jié)省費用明細見表1。

表1 “過山車式”采場聯(lián)絡道節(jié)省成本明細

3 結 論

(1) 針對三山島金礦新立礦區(qū)礦體下盤有約7～8 m厚破碎帶的特殊地質條件，提出了一種“過山車式”采場聯(lián)絡道的設計方案，經(jīng)參數(shù)優(yōu)化確定主聯(lián)絡道坡度為6°，上、中、下分層聯(lián)絡道坡度依次為10°、1°、-11°，滿足鏟運機的規(guī)定爬坡范圍，且為鏟運機爬坡的最優(yōu)坡度。

(2) “過山車式”采場聯(lián)絡道的設計成功應用于三山島金礦新立礦區(qū)5個分段共10條采場聯(lián)絡道，節(jié)約成本共計176萬元，且縮短了采場聯(lián)絡道和分層聯(lián)絡道的施工工期，避免了在破碎帶內(nèi)多次掘進采場聯(lián)絡道，提高了回采作業(yè)的安全性。

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趙明宣(1980-)，男，山東臨沂人，采礦工程師，主要從事金屬礦山開采設計相關工作，Email:1340664915@qq.com。