段海城，朱全政

(中核韶關(guān)錦原鈾業(yè)有限公司，廣東 韶關(guān) 512328)

礦產(chǎn)資源是自然資源的重要組成部分，是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]1。礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)和利用已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其開(kāi)發(fā)需要科學(xué)的方法和先進(jìn)的裝備。采礦技術(shù)的變革依賴(lài)于采礦裝備的創(chuàng)新，沒(méi)有采礦裝備的創(chuàng)新和發(fā)展，就沒(méi)有采礦技術(shù)的進(jìn)步，就不可能有礦山的現(xiàn)代化[2]。

某鈾礦位于廣東省境內(nèi)，是一個(gè)采礦、水冶綜合配套的地下硬巖鈾礦山，于1969年建礦，1985年投入生產(chǎn)，采用平硐-豎井聯(lián)合開(kāi)拓方式。根據(jù)地質(zhì)條件和礦體賦存特征，該礦井采場(chǎng)回采主要采用上向水平分層充填法[1]4(簡(jiǎn)稱(chēng)常規(guī)開(kāi)采法)，零星礦體輔助于淺孔留礦法，用振動(dòng)漏斗放礦，采空區(qū)用廢石充填。

近年來(lái)，隨著開(kāi)采深度的增加(深度到-150 m水平中段)，地下巖層片幫脫層、巖爆、構(gòu)造裂隙熱水、高溫等現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)。若沿用原采礦方法，在采場(chǎng)內(nèi)采用YT28型鑿巖機(jī)落礦、2DPG-30電耙出礦，存在人身傷害等隱患。原采礦方法制約著采場(chǎng)產(chǎn)能和安全技術(shù)管理，因此亟需尋求一種新的安全高效的采礦方法。

1 地質(zhì)概況[3-4]

該鈾礦位于211礦區(qū)中部偏西，為棉花坑斷裂帶(走向50°～60°)和油洞斷裂帶(走向295°～310°)的夾持部位；北起61線(xiàn)，南至油洞斷裂，全長(zhǎng)約2 500 m。該鈾礦由9號(hào)脈、7號(hào)脈、8-1號(hào)脈等組成，以9號(hào)脈規(guī)模最大，礦化程度最高；其次是7號(hào)脈、8-1號(hào)脈。區(qū)內(nèi)燕山期花崗巖呈多階段浸入，主要有中粒黑云母花崗巖、細(xì)粒黑云母花崗巖及花崗斑巖，巖體內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，鈾礦化普遍而強(qiáng)烈。礦體圍巖主要為蝕變中粒黑云母花崗巖、蝕變不等粒中粒黑云母花崗巖和蝕變中粒斑狀二云母花崗巖，以及上述各種碎裂花崗巖、硅化碎裂花崗巖，有少量熱液作用形成的石英脈巖、方解石螢石石英脈巖等；巖石硬度系數(shù)為8～10，圍巖相對(duì)穩(wěn)定，較少采取支護(hù)。

2 回采方案設(shè)計(jì)及改進(jìn)

鑒于上述制約因素，該鈾礦井于2019年在原有的常規(guī)開(kāi)采法的基礎(chǔ)上改造為機(jī)械化上向水平分層充填采礦法(簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)軌開(kāi)采法)。無(wú)軌開(kāi)采法采用水平分層，自下而上分層回采；每個(gè)分層回采結(jié)束后，及時(shí)對(duì)分層進(jìn)行充填，以支撐采場(chǎng)空區(qū)兩幫，并作為下一作業(yè)循環(huán)的作業(yè)平臺(tái)[1]11。無(wú)軌開(kāi)采法回采設(shè)計(jì)方案采用脈外采準(zhǔn)斜坡道運(yùn)輸，集中溜礦井出礦，采場(chǎng)采取“一采一充”回采方式。根據(jù)礦體情況，每進(jìn)行2個(gè)循環(huán)，充填4 m，編錄1次。無(wú)軌開(kāi)采法與常規(guī)開(kāi)采法相比，具有以下幾方面優(yōu)勢(shì)。

在采礦設(shè)備方面。常規(guī)開(kāi)采法采用YT-28型手持式鑿巖機(jī)鑿巖，撬棍排險(xiǎn)，2JP-30型電耙出礦的人工作業(yè)；無(wú)軌開(kāi)采法采用阿特拉斯H104型鑿巖臺(tái)車(chē)鑿巖，撬毛臺(tái)車(chē)排險(xiǎn)，WJ-1型鏟運(yùn)機(jī)出礦的機(jī)械化聯(lián)合作業(yè)。

在采礦工藝方面。常規(guī)開(kāi)采法采用鑿巖、爆破、通風(fēng)排險(xiǎn)、出礦、順路井升砼、充填、砂漿墊板、分層編錄等采礦工序；無(wú)軌開(kāi)采法取消了順路井升砼和砂漿墊板施工兩道工序。

在生產(chǎn)模式方面。常規(guī)開(kāi)采法采用單個(gè)采場(chǎng)一個(gè)作業(yè)班組作業(yè)；無(wú)軌開(kāi)采法采用分工種按鑿巖、爆破、出礦、充填4個(gè)工序循環(huán)作業(yè)，實(shí)施集中爆破集中出礦。

3 無(wú)軌開(kāi)采法應(yīng)用

3.1 采場(chǎng)布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)

該鈾礦-150 m中段12-1采場(chǎng)位于37號(hào)勘探線(xiàn)至43號(hào)勘探線(xiàn)間，階段高50 m，長(zhǎng)120 m，采場(chǎng)已按常規(guī)充填法完成第一分層回采，回采高度6 m；采場(chǎng)南北部有12T05、12T07通風(fēng)充填井，采場(chǎng)面積266 m2。采場(chǎng)無(wú)軌斜坡道每分層回采高度為2 m。采場(chǎng)布置如圖1所示。

3.2 無(wú)軌設(shè)備配置

12-1采場(chǎng)無(wú)軌機(jī)械化開(kāi)采設(shè)備配置見(jiàn)表1。

表1 12-1采場(chǎng)機(jī)械化開(kāi)采設(shè)備配置

3.3 采切工程

12-1采場(chǎng)采用脈外上盤(pán)斜坡道、脈外集中溜礦井與各分層聯(lián)絡(luò)道聯(lián)合采準(zhǔn)方式。在礦體外側(cè)圍巖內(nèi)布置與礦體走向平行的斜坡道[5]6；每間隔4 m左右高程施工1條分層聯(lián)絡(luò)道，與采場(chǎng)礦體連通，并穿過(guò)礦體，揭露礦體全厚，為采場(chǎng)上采時(shí)貫通聯(lián)絡(luò)道做好準(zhǔn)備。為保證鏟運(yùn)機(jī)能夠正常出礦，采場(chǎng)斜坡道坡度為15%，巷道斷面規(guī)格為2.6 m×2.6 m。分層聯(lián)絡(luò)道開(kāi)口根據(jù)設(shè)計(jì)位置確定，坡度不大于13%，規(guī)格為2.6 m×2.6 m。采場(chǎng)溜礦井布置在斜坡道折返巷道的中間部位，規(guī)格為2.0 m×2.0 m，傾角為90°，溜礦井上口安裝0.35 m×0.35 m格篩，以防止大塊礦石掉落。通風(fēng)充填天井利用采場(chǎng)內(nèi)原有的12T05、12T07天井。采場(chǎng)回采時(shí)，每分層施工2條分層聯(lián)絡(luò)道與采空區(qū)連通，保證采場(chǎng)有2個(gè)安全出口。

3.4 回采工藝

3.4.1 鑿巖爆破

12-1采場(chǎng)采用阿特拉斯H104型鑿巖臺(tái)車(chē)上向鑿巖，炮孔直徑為40 mm，孔深2.0 m，2人1班作業(yè)，1人操作1人監(jiān)護(hù)，每班施工鉆孔110個(gè)。采用集中鑿巖集中爆破，采礦鑿巖工效由原有常規(guī)開(kāi)采法的50 m/臺(tái)班提高到220 m/臺(tái)班，采礦直接工效由5 t/(人·工班)提高到10 t/(人·工班)，采礦作業(yè)人員由每班5人減少到2人，減少了人員進(jìn)入采場(chǎng)內(nèi)的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了縮短爆破裝藥時(shí)間，提高裝藥質(zhì)量和爆破效果，公司引進(jìn)了BQF-100型裝藥器與PNJ-A型炮泥機(jī)聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)。

根據(jù)巖石硬度系數(shù)f=8～10，采場(chǎng)鑿巖網(wǎng)度取孔距0.7 m，排距0.6 m；巖性破碎時(shí)可作適當(dāng)調(diào)整。采用2號(hào)巖石硝銨炸藥，如遇到采場(chǎng)頂板裂隙水，則使用2號(hào)乳化炸藥。采場(chǎng)集中爆破前，先在采場(chǎng)中部或天井附近沿礦體厚度施工1條2 m寬的切割槽，作為采場(chǎng)集中爆破臨空自由面。采用導(dǎo)爆索和毫秒導(dǎo)爆管雷管作為起爆器材，導(dǎo)爆管與導(dǎo)爆索綁扎連接。采用非電起爆網(wǎng)路，孔外延時(shí)非電毫秒微差爆破，聯(lián)接方式為接力式簇聯(lián)網(wǎng)路。12-1采場(chǎng)起爆網(wǎng)路如圖2所示，主要材料消耗見(jiàn)表2。

表2 12-1采場(chǎng)采礦主要材料消耗

3.4.2 通風(fēng)排險(xiǎn)

新鮮風(fēng)從豎井進(jìn)入-150 m中段，通過(guò)12-1采場(chǎng)斜坡道和采場(chǎng)分層聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場(chǎng)；污風(fēng)經(jīng)由采場(chǎng)內(nèi)12T05和12T07天井流入-100 m中段主回風(fēng)天井排至地表。每分層爆破后，由專(zhuān)職松石工對(duì)采場(chǎng)頂幫浮石全面清理排險(xiǎn)；對(duì)于采場(chǎng)空頂較高的天井、聯(lián)絡(luò)道接口等附近浮石，則采用撬毛臺(tái)車(chē)處理。每班由安全員和技術(shù)人員對(duì)采場(chǎng)進(jìn)行全面巡查，保證作業(yè)安全。

3.4.3 礦石運(yùn)搬

采場(chǎng)出礦采用1 m3國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃式鏟運(yùn)機(jī)。鏟運(yùn)機(jī)在采場(chǎng)內(nèi)鏟出礦石，經(jīng)分層聯(lián)絡(luò)巷、采場(chǎng)斜坡道倒入采場(chǎng)溜礦井內(nèi)；經(jīng)溜礦井底部振動(dòng)漏斗放入到-150 m中段水平運(yùn)輸?shù)V車(chē)機(jī)組；再通過(guò)CJY3/6G型架線(xiàn)式電機(jī)車(chē)牽引運(yùn)輸?shù)?150 m中段主石門(mén)，經(jīng)豎井提升運(yùn)輸?shù)降乇淼V倉(cāng)。采場(chǎng)內(nèi)的大塊由鏟運(yùn)機(jī)集中移到采場(chǎng)一側(cè)，集中破碎后再鏟出。

3.4.4 采場(chǎng)充填

在采場(chǎng)每分層鏟礦完畢后，由工程技術(shù)人員使用物探γ輻射儀對(duì)采場(chǎng)內(nèi)底幫礦石進(jìn)行掃底清場(chǎng)。在下發(fā)充填施工通知單后，采場(chǎng)開(kāi)始轉(zhuǎn)入充填作業(yè)。采場(chǎng)充填料以倒運(yùn)為主，主要充填料來(lái)源于礦井29線(xiàn)充填系統(tǒng)，通過(guò)充填系統(tǒng)底部振動(dòng)漏斗放料到礦車(chē)機(jī)組，由電機(jī)車(chē)牽引運(yùn)輸至采場(chǎng)充填井上口，并倒入采場(chǎng)內(nèi)充填；另外，掘進(jìn)廢渣也可直接使用鏟運(yùn)機(jī)倒入采場(chǎng)充填。通過(guò)鏟運(yùn)機(jī)對(duì)采場(chǎng)內(nèi)充填料轉(zhuǎn)運(yùn)和平場(chǎng)，控制充填空間高度在4 m左右，為下一分層編錄做好準(zhǔn)備。

該鈾礦無(wú)軌機(jī)械化采礦聯(lián)合作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

3.5 存在問(wèn)題及改進(jìn)措施

無(wú)軌開(kāi)采法是一種安全高效、高回收、低貧化的采礦方法，但在該鈾礦實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中仍存在一些需要改進(jìn)的問(wèn)題[5]7。通過(guò)在實(shí)踐中不斷優(yōu)化改進(jìn)，并借鑒其他礦山成功經(jīng)驗(yàn)，制訂了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

存在問(wèn)題①：采場(chǎng)裝藥爆破作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，爆破效果不理想，影響工效提高。改進(jìn)措施：引進(jìn)了BQF-100型裝藥器，并采用PNJ-A型炮泥機(jī)加工好炮泥，使用炮泥填塞炮孔，縮短時(shí)間，提高爆破效果。

存在問(wèn)題②：在采場(chǎng)溜礦井井筒與分層聯(lián)絡(luò)道貫通處，用鏟運(yùn)機(jī)倒運(yùn)礦石并在天井格篩上處理大塊時(shí)，井筒易產(chǎn)生片幫等浮石，存在安全隱患。改進(jìn)措施：在倒礦段溜礦井井筒上口，采用錨桿支撐鋼絲安全網(wǎng)加防護(hù)棚聯(lián)合防護(hù)措施，防止溜礦井上部浮石傷人；并且每班由專(zhuān)職安全員巡查排險(xiǎn)，消除隱患。

存在問(wèn)題③：斜坡道鏟運(yùn)機(jī)鏟礦與斜坡道行人，在聯(lián)絡(luò)道采場(chǎng)入口段形成交叉走動(dòng)區(qū)域，存在機(jī)械傷害安全隱患。改進(jìn)措施：制訂《無(wú)軌斜坡道行車(chē)和行人管理規(guī)定》，通過(guò)斜坡道燈光聯(lián)絡(luò)信號(hào)、聯(lián)絡(luò)電話(huà)、管理調(diào)度等措施，嚴(yán)格執(zhí)行“行車(chē)不行人，行人不行車(chē)”原則，保證行人與行車(chē)安全順利。

存在問(wèn)題④：采場(chǎng)充填時(shí)間較長(zhǎng)，制約采場(chǎng)生產(chǎn)能力。改進(jìn)措施：合理安排生產(chǎn)計(jì)劃，細(xì)化施工組織，優(yōu)化采充順序，減少充填不均衡現(xiàn)象。

3.6 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

無(wú)軌開(kāi)采法已成為該礦井全新的采礦方法，承擔(dān)了礦井所有的生產(chǎn)任務(wù)，12-1采場(chǎng)改造前后采礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表3。常規(guī)開(kāi)采法中的充填環(huán)節(jié)包括采空區(qū)充填、順路井升砼、砂漿墊板等工藝；無(wú)軌開(kāi)采法中的充填環(huán)節(jié)只包括采空區(qū)充填，取消了順路井升砼、砂漿墊板等工藝。

表3 12-1采場(chǎng)改造前后采礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

從表3可知，12-1采場(chǎng)采用無(wú)軌開(kāi)采法，回采高度為4 m時(shí)，充填時(shí)間縮短了40 d，采礦鑿巖工效提高了3.4倍，采礦直接工效提高了1倍，采礦貧化率和損失率也比改造前均有所提升；無(wú)軌開(kāi)采法優(yōu)越性顯著。

4 結(jié)論

某鈾礦采用地下礦山無(wú)軌機(jī)械化開(kāi)采后，減少了采場(chǎng)作業(yè)人員，改善了作業(yè)環(huán)境，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了采礦工效。采礦工藝流程中的各個(gè)工序取得了顯著的效果：1)在鑿巖方面，采用鑿巖臺(tái)車(chē)鑿巖實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，確保了炮孔數(shù)目、炮孔網(wǎng)度符合設(shè)計(jì)要求；2)在充填方面，充填料從采場(chǎng)內(nèi)充填天井下放，采用鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行充填料的轉(zhuǎn)運(yùn)和平場(chǎng)，減少了順路井升砼和砂漿墊板施工的工序，縮短了充填周期，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度；3)在爆破方面，采取分區(qū)域集中爆破，逐排微差起爆，減少了爆破振動(dòng)對(duì)頂板的影響，有效地控制了礦石大塊產(chǎn)出率；4)在出礦方面，利用鏟運(yùn)機(jī)加采場(chǎng)溜礦井出礦，淘汰了電耙加順路井的出礦方式，提升了礦山本質(zhì)安全度；而且利用鏟運(yùn)機(jī)出礦便于在礦體不連續(xù)、有尖滅復(fù)合的采場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分采分運(yùn)，降低了采礦貧化損失率。