萬林海,羅 佳

(1．江西省修水香爐山鎢業(yè)有限責(zé)任公司, 江西 九江市 332400;2．長沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 湖南 長沙 410012)

0 引 言

香爐山鎢業(yè)有限責(zé)任公司為我國大型白鎢企業(yè),鎢礦床具有儲量大、傾角緩、礦體厚度大、鎢品位高、礦體及頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)固、連續(xù)性好、礦巖含水率低、工程及水文地質(zhì)條件比較簡單、開采技術(shù)條件較好等特點(diǎn)。

礦山采用地下方式開采,按照勘探線劃分盤區(qū),0~16勘探線劃分為東部采區(qū),16~24線劃分為西部采區(qū)[1-3]。本研究的對象是香爐山鎢礦東區(qū)殘礦,由于前期采用非正規(guī)的全面房柱法回采礦體,采后空區(qū)未充填,造成大多礦柱難以回采,礦石損失率大,采空區(qū)暴露面積大,在空場下運(yùn)輸、通行給礦山井下安全生產(chǎn)帶來了較大的隱患。另外,井下眾多的采空區(qū)形成了相互貫通的狀況,多采場、工作面同時(shí)作業(yè),串風(fēng)和污風(fēng)串流的現(xiàn)象比較普遍。鑒于以上情況,需開展相關(guān)采礦方法的研究改善生產(chǎn)現(xiàn)狀,治理采空區(qū),并盡可能回采空區(qū)內(nèi)殘留的大量礦石資源。

1 開采技術(shù)條件

礦石穩(wěn)固性較好,裂隙斷層一般不發(fā)育,f＞12,體重3．17 t/m3,平均松散系數(shù)為1．6,不結(jié)塊,不自燃[4-5]。頂?shù)装鍑鷰r多屬于未風(fēng)化的鈣硅角巖和細(xì)?；◢弾r,節(jié)理不發(fā)育,巖石較完整穩(wěn)固,f＞8~12,體重2．8 t/m3,平均松散系數(shù)為1．6,圍巖與礦體界面清楚。地表有民舍及廟宇需要保護(hù),地表不允許陷落。東部采區(qū)0~16線間礦體平緩,傾角10°~15°,厚度起伏不大,多小于20 m。香爐山鎢礦東部采區(qū)采用平硐開拓,鏟運(yùn)機(jī)裝載,汽車運(yùn)輸,所用的采礦方法基本上為留不規(guī)則點(diǎn)柱、條柱的全面法,采空區(qū)跨度10~30 m不等,井下礦柱分布不均,部分頂板暴露面積過大,礦體回采多沿底板掘進(jìn),許多采空區(qū)頂部礦體殘留,殘礦回采難度極大。

東部采區(qū)開采歷史悠久,開采順序凌亂無序,導(dǎo)致采空區(qū)規(guī)模宏大,且極其復(fù)雜[6-8]。東區(qū)采空區(qū)累計(jì)體積超過300萬m3,總暴露面積超過25萬m2,采空區(qū)形態(tài)非常不規(guī)則,采空區(qū)相互貫通、重疊,形成了復(fù)雜的井下開采環(huán)境?？諈^(qū)內(nèi)礦柱不規(guī)則林立,大多以不規(guī)則的點(diǎn)柱、底板礦、頂板礦、條柱、樓板礦和邊角礦體的形式存在,其回采難度非常大。東區(qū)殘礦資源量巨大,初步統(tǒng)計(jì),東區(qū)的點(diǎn)柱礦量達(dá)360萬t,頂、底板礦及邊角礦量達(dá)540萬t,總保有礦量超過900萬t。東區(qū)殘礦以高品位礦為主,是礦山下一步生產(chǎn)的重點(diǎn)。

2 殘礦回采采礦方法選擇

由于井下復(fù)雜的采空區(qū)環(huán)境,殘礦開采條件較差,需根據(jù)不同的殘礦類型,選擇合理的采礦方法。由于采用空場法繼續(xù)回采有可能出現(xiàn)大面積坍塌,導(dǎo)致整個(gè)礦山資源報(bào)廢,而采用崩落法回采會導(dǎo)致地表水位下降、地表道觀損毀、貧化損失率大以及作業(yè)安全性難以保障,因此針對礦山現(xiàn)有情況,東區(qū)殘礦回采只能采用充填法[9]。

根據(jù)東部礦體、礦柱的開采技術(shù)條件、賦存情況及工程現(xiàn)狀,綜合現(xiàn)有礦山采礦工藝技術(shù),主要有以下幾種采礦方法:超前充填空場嗣后充填采礦法、垂直分條兩步驟膠結(jié)充填采礦法、上向水平分層充填采礦法[10]。

2．1 超前充填空場嗣后充填采礦法

超前充填空場嗣后充填采礦法先對采空區(qū)進(jìn)行充填治理,膠結(jié)充填采空區(qū),并充分充填接頂,然后再回采礦柱,采用充填體支撐頂板管理地壓,形成礦柱回采的安全條件;礦柱采用淺孔落礦工藝回采,回采完畢后充填采空區(qū)。超前充填空場嗣后充填采礦法主要用來回采采空區(qū)內(nèi)的點(diǎn)柱、頂板礦和底板礦,典型方案見圖1。

回采前充填:回采前需將回采區(qū)域范圍內(nèi)的空區(qū)進(jìn)行膠結(jié)充填,并充分接頂,達(dá)到安全條件后再回采礦柱。

圖1 超前充填空場嗣后充填采礦法

回采順序:在回采區(qū)域留有點(diǎn)柱、頂板礦和底板礦時(shí),當(dāng)點(diǎn)柱采下礦石能作為回采頂板的平臺時(shí),回采順序?yàn)橄炔牲c(diǎn)柱,后采頂板礦,最后回采底板礦;當(dāng)點(diǎn)柱采下礦石不能作為回采頂板的平臺時(shí),回采順序?yàn)橄炔牲c(diǎn)柱,后采底板礦,經(jīng)充填之后再回采頂板礦。

鑿巖爆破:采用YT-27、YT-28或7655型鑿巖機(jī),以充填后露在外面的點(diǎn)柱一側(cè)為作業(yè)面,鉆鑿似水平炮孔,炮孔直徑為42 mm,炮孔深度3~4 m,炮孔排拒0．8~1．2 m,采用2＃巖石乳化炸藥,導(dǎo)爆管雷管起爆。

采場通風(fēng):新鮮風(fēng)流自平硐、井下運(yùn)輸巷道進(jìn)入作業(yè)面,清洗工作面后污風(fēng)經(jīng)井下運(yùn)輸巷、現(xiàn)有風(fēng)井排出至地表。

頂板管理:經(jīng)充分通風(fēng)后人員進(jìn)入作業(yè)面,清理松石,經(jīng)撬毛作業(yè)仍不能保障安全時(shí),可采用噴射混凝土或錨桿進(jìn)行支護(hù),確保安全后再進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。

采場出礦:采用鏟運(yùn)機(jī)裝礦、汽車運(yùn)輸?shù)姆绞?。回采點(diǎn)柱時(shí),采下礦石大部分留在空區(qū)內(nèi),作為繼續(xù)上采的平臺,待回采結(jié)束后再大量出礦。

采場充填:回采結(jié)束后,需要對空區(qū)進(jìn)行充填,充填前需在充填區(qū)域架設(shè)充填擋墻,鋪設(shè)充填管路、濾水管等。充填采用全尾砂膠結(jié)充填,充填強(qiáng)度為0．8~1．0 MPa。

2．2 垂直分條兩步驟充填采礦法

針對采空區(qū)內(nèi)完整性較好的條狀礦體,設(shè)計(jì)采用垂直分條兩步驟充填采礦法,該方法將條狀礦體按照一定的寬度分為多個(gè)采場,先采一步驟采場,然后充填采空區(qū),再回采二步驟采場,二步驟采場開采完畢,最后充填采空區(qū)。

垂直分條兩步驟充填采礦法主要用來回采較大的條狀礦體,礦石回采率高,貧化損失小,典型方案見圖2。一步驟、二步驟采場寬度均為8 m,采場長度20~30 m,采場內(nèi)不留底柱、間柱?；夭蓵r(shí),在回采礦體厚度小于10~12 m時(shí),一次性回采后再充填,在回采礦體厚度大于12 m時(shí),采用高分段,分段高度7~8 m,下部分段回采經(jīng)膠結(jié)充填后,留設(shè)1．5 m的空間作為繼續(xù)上采的平臺。

礦體回采采用淺孔落礦工藝,鏟運(yùn)機(jī)出礦,與超前充填空場嗣后充填采礦法回采工藝基本一致。

采場充填:一步驟采場回采結(jié)束后,立即進(jìn)行充填,一步驟采場充填體強(qiáng)度為1．0~1．2 MPa,待充填體養(yǎng)護(hù)至要求強(qiáng)度后,再回采二步驟采場,二步驟采場充填體強(qiáng)度要求為0．5 MPa。

圖2 垂直分條兩步驟充填采礦法

2．3 上向水平分層充填采礦法

該方案首先要對采空區(qū)進(jìn)行充填治理,通過充填采空區(qū)形成作業(yè)平臺,回采頂板礦體。采用分層回采,分層充填的方式回采礦體。上向水平分層充填采礦法典型方案見圖3?；夭蓵r(shí),分層高度一般為3~4 m,在頂板跨度小于8~10 m時(shí),可采用5~6 m的高分層,分層采場礦石出完后,立即充填,充填后留下2 m左右的作業(yè)空間。

回采工藝采用淺孔落礦工藝,本方法充分利用礦山采空區(qū)高度不一致,采空區(qū)底板形成臺階狀的特點(diǎn),隨著回采的進(jìn)行,由上一臺階進(jìn)入采場內(nèi)進(jìn)行作業(yè),并運(yùn)輸?shù)V石。落礦作業(yè)在充填體上進(jìn)行,下部充填體強(qiáng)度要求達(dá)到0．5~0．8 MPa,澆面層充填體強(qiáng)度要求達(dá)到1．5~2．0 MPa。

圖3 上向水平分層充填采礦法

3 殘礦回采采礦方法評述

3．1 采礦方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

通過對超前充填空場嗣后充填采礦法、垂直分條兩步驟充填采礦法以及上向水平分層充填采礦法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析,各采礦方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表1所示。

表1 各采礦方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

3．2 采礦方法綜合分析

超前充填空場嗣后充填采礦法主要用于空區(qū)內(nèi)留下的點(diǎn)柱、部分頂板及底板礦的回采,采切工程量小,安全性好,點(diǎn)柱回采時(shí)由于充填體的混入導(dǎo)致貧化率較頂板高,回采前需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況圈定合適的區(qū)域,建立充填擋墻后進(jìn)行充填,達(dá)到安全條件后回采周邊點(diǎn)柱、頂柱及底柱。

垂直分條兩步驟充填采礦法主要用于較完整的條柱、部分頂柱的回采。首先將回采的條柱或頂柱按照一定的采場寬度劃分為兩步驟采場,先回采一步驟采場,待充填后充填體達(dá)到足夠強(qiáng)度時(shí),再回采二步驟采場,該采礦方法采空區(qū)暴露面積小,生產(chǎn)施工安全,貧化損失率均可控制在10%以內(nèi)。

上向水平分層充填采礦法主要用于部分頂板的回采?？諈^(qū)高度大時(shí),回采前需充填下部空區(qū),充填后充填體與頂板之間留2 m左右的作業(yè)空間,根據(jù)頂板跨度大小確定分層高度,在頂板跨度較小時(shí)可采用高分層,該采礦方法采空區(qū)高度較小,作業(yè)安全性好。