詹進(jìn)，彭躍金，陸錦濤

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012；2.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410012)

0 引言

鉛鋅資源是我國重要的礦產(chǎn)資源，在制造業(yè)領(lǐng)域具有重要地位，由于礦產(chǎn)資源的日漸枯竭，許多礦山逐漸向深部勘探發(fā)展，針對(duì)淺部由于技術(shù)條件及開采手段單一而造成的殘礦資源，均在制定安全高效的回采方案，為充分回采殘礦資源、提高礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益以及延長礦山服務(wù)年限開辟了一條重要途徑。然而，由于井下制約安全開采的因素較多，井下條件錯(cuò)綜復(fù)雜，必須經(jīng)過充分的科學(xué)論證，制定相應(yīng)的安全對(duì)策，方能確保資源的安全回采。近年來，大量學(xué)者針對(duì)此類問題開展了大量研究。王平等[1]基于隨機(jī)介質(zhì)放礦理論，研究了合理的放礦體高度及合理的覆蓋層厚度，使得礦石回采率和廢石混入率都取得較優(yōu)水平；張宗生等[2]基于端部放礦理論，計(jì)算了礦巖散體顆粒運(yùn)動(dòng)跡線方程、移動(dòng)概率密度方程，為采場設(shè)計(jì)及放礦提供了理論指導(dǎo)；劉振東等[3]基于隨機(jī)介質(zhì)放礦理論，視端部放礦時(shí)的放出體為旋轉(zhuǎn)體，推導(dǎo)了端部放礦時(shí)貧化率和損失率的計(jì)算公式；陶干強(qiáng)等[4]基于隨機(jī)介質(zhì)放礦理論的散體流動(dòng)參數(shù)試驗(yàn)，較好地反映了崩落礦巖的流動(dòng)特性，增強(qiáng)了隨機(jī)介質(zhì)放礦理論的工程適用性。吳世平等[5?6]針對(duì)橢球體放礦理論的缺點(diǎn)與不足進(jìn)行了理論重構(gòu)；劉光清等[7]針對(duì)具體礦山企業(yè)，采用數(shù)值模擬研究的方式進(jìn)行了殘礦回采安全性分析，對(duì)礦山安全生產(chǎn)起到了良好的效果；其他相關(guān)學(xué)者[8?10]也進(jìn)行了大量研究。本文基于某鉛鋅礦礦巖混合散體等問題開展相關(guān)研究，為礦山安全高效生產(chǎn)，合理回采礦石，減少礦石貧化，增加企業(yè)效益起到良好效果。

1 礦巖混合散體現(xiàn)狀分析

某鉛鋅礦在礦區(qū)內(nèi)圈定了3 條礦帶（Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)、Ⅲ號(hào)），均為急傾斜礦體，傾角為60°～80°，厚度數(shù)米到40 多米，平均厚度為28 m，礦體連續(xù)性較差。礦化形式主要為浸染狀鉛鋅礦石、細(xì)脈狀-網(wǎng)狀鉛鋅礦石，次為角礫狀鉛鋅礦石、團(tuán)塊-塊狀鉛鋅礦石、星散浸染狀鉛鋅礦礦石、斑點(diǎn)狀鉛鋅礦礦石，鉛鋅品位為4%左右。礦體本身的穩(wěn)固性較好，局部不穩(wěn)固，礦體下盤的礦巖邊界上存在一條斷層破碎帶，局部位置的上盤破碎帶遠(yuǎn)離礦巖邊界。夾石主要為白云巖，其次為碎屑巖。南部Ⅱ號(hào)礦體上盤圍巖結(jié)構(gòu)較好，允許一定面積的暴露，由于受構(gòu)造影響，礦體下盤圍巖結(jié)構(gòu)較差，不允許有較大面積的暴露；北部Ⅲ-1 號(hào)礦體下盤圍巖主要是白云巖和黑色破碎帶，前者穩(wěn)固到中等穩(wěn)固，后者不穩(wěn)固到極不穩(wěn)固，上盤主要為麥地坪組白云巖，穩(wěn)固性較好，允許有較大面積的暴露；Ⅲ-2、Ⅲ-3號(hào)礦體上盤主要為粉砂巖，結(jié)構(gòu)很差，不允許較大面積的暴露，下盤絕大多數(shù)圍巖結(jié)構(gòu)較好，允許較大面積以及較長時(shí)間的暴露。

1.1 開采現(xiàn)狀分析

礦山6-2 中段27～31 線采場采用淺孔留礦法進(jìn)行回采，回采過程中為確保安全，6-2 中段27～29 采場上部留有10 m 左右的頂柱（據(jù)推算，頂柱礦量約1.3 萬t，品位約為7%），礦體崩落后在集中放礦過程中，27～29 線的上盤圍巖出現(xiàn)了大面積冒落，且27 線以南頂柱全部垮塌，27～29 線頂柱出現(xiàn)了部分垮塌。由于27～31 線采場采用底部漏斗放礦結(jié)構(gòu)，致使在放出少量礦石后垮落的粉砂巖隨即混入礦堆，將采場內(nèi)崩落的礦石隔開，導(dǎo)致采場內(nèi)崩落的大量礦石無法放出。據(jù)推算，采場內(nèi)約有3 萬t 左右的礦巖混合散體，平均品位約3.5%。

據(jù)礦山資料，在6-2 中段27～29 線采場下方的6-3 中段27～31 線采場已回采至2734 m 標(biāo)高（距6-2 中段底板2748 m 標(biāo)高約15 m），考慮到6-2 中段27 線～31 線采場內(nèi)的存窿礦石還未放出，礦山在6-3 中段27～31 線采場回采至2734 m 標(biāo)高時(shí)，停止了回采，目前6-3 中段27～31 線采場還有存窿礦石3000 t 左右，頂柱礦量大約4 萬t，平均品位約5%。針對(duì)上述開采現(xiàn)狀，對(duì)6-2 中段礦巖混合散體及6-3 中段頂柱進(jìn)行分析，并做出基本預(yù)測及初步回采方案。

1.2 基于放礦理論的散體形態(tài)預(yù)測

基于上述開采現(xiàn)狀，可以看出目前采場內(nèi)已形成完整放出體，放出體是從采場放出的礦石在原礦石堆積體中占有的形體，當(dāng)原堆積體尺寸不限制時(shí)放出體的形態(tài)總是呈近似橢球體，所以也稱為放出橢球體。

6-2 中段27～29 線采場內(nèi)的存窿礦石為礦巖混合散體，礦石上盤及頂部覆蓋有大量冒落的粉砂巖，粉砂巖平均塊度粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于崩落礦石塊度，根據(jù)隨機(jī)介質(zhì)放礦理論，礦巖混合散體可視為一種“隨機(jī)介質(zhì)”，將礦巖混合散體放出過程視為一個(gè)隨機(jī)過程。從統(tǒng)計(jì)及概率學(xué)觀點(diǎn)描述散體內(nèi)部的移動(dòng)規(guī)律，即顆粒由概率較小的位置向概率較大的位置移動(dòng)。散體顆粒在角度為θ的移動(dòng)跡線受力情況如圖1 所示。

圖1 散體移動(dòng)跡線

假定散體顆粒僅受重力及摩擦力作用且為連續(xù)運(yùn)動(dòng)過程，則可得到其運(yùn)動(dòng)方程為：

式中，最大可移動(dòng)角θG取決于礦巖散體內(nèi)摩擦角φ0，。

由礦山資料及式（1）可知，取放出高度h=30 m，θG=35°，得到放出體形態(tài)如圖2 所示，由圖2 可以看出，放出體呈近似橢球體形狀，放出體最寬部位位于上半部分。

圖2 放出體理論形態(tài)

由礦山資料可知，6-2 中段27～29 線采場實(shí)際生產(chǎn)是以爆破漏斗下的出礦穿脈進(jìn)行放礦，在放礦口上部存在喇叭口結(jié)構(gòu)，喇叭口最寬處位置位于底板上方12 m 左右。根據(jù)上述理論分析可知，喇叭口最寬位置處于放出體最寬位置下方，而漏斗喇叭口與邊壁之間存在空腔，這為上盤粉砂巖垮落留下了空間，在粉砂巖垮落后填滿空腔，導(dǎo)致與礦石發(fā)生混合，如圖3 所示。由散體移動(dòng)規(guī)律可知，顆粒由概率較小的位置向概率較大位置移動(dòng)，在前期放礦過程中，上盤垮落的粉砂巖細(xì)小顆粒會(huì)沿邊壁向下移動(dòng)混入礦石中，所以在下部進(jìn)行放礦顯然是不合理的。因此，結(jié)合上述理論分析針對(duì)6-2 中段27～29 線采場混合散體進(jìn)行了出礦技術(shù)方案研究。

圖3 推測放出體與漏斗形態(tài)關(guān)系

2 技術(shù)方案及預(yù)期效果

結(jié)合上述分析結(jié)果及現(xiàn)場勘探，在6-2 中段底部漏斗放礦并不理想，故針對(duì)6-2 中段礦巖混合散體決定在礦體下盤開拓斜坡道及脈外運(yùn)輸巷等工程進(jìn)行出礦，具體方案如下：

（1）據(jù)礦山資料可知，礦體下盤暫無工程，故在6-2 中段礦體下盤附近選取合適位置施工一條斜坡道至2760 m標(biāo)高。6-2中段底板標(biāo)高為2748 m，斜坡道坡度為12%，即向上抬高12 m 后進(jìn)行相關(guān)工程布置。

（2） 在27～29 線之間施工下盤脈外運(yùn)輸平巷，脈外運(yùn)輸平巷距礦體下盤10 m 左右，先施工一條出礦穿脈至下盤礦體進(jìn)行探礦，若探礦結(jié)果理想，則沿下盤每隔8 m 施工一條出礦穿脈至礦石堆。

（3）結(jié)合礦山實(shí)際生產(chǎn)中存在機(jī)械配套設(shè)施落后，礦車運(yùn)礦效率低等問題，擬在礦體下盤施工一條短溜井至2748 m 標(biāo)高，采用鏟運(yùn)機(jī)將存窿礦石運(yùn)至溜井后，礦車在6-2 中段運(yùn)輸平巷裝車運(yùn)礦。

（4）因存窿礦石屬于礦巖混合散體，故存在一定的貧化損失，所以需要在出礦過程中跟蹤取樣，待各出礦穿脈出礦品位低于2%時(shí)即停止出礦。圖4 為6-2 中段現(xiàn)場工程布置。

圖4 6-2 中段工程布置

根據(jù)以上理論分析及現(xiàn)場勘測可知，上述過程布置是合理的，有極大可能將6-2 中段27 線～29線采場內(nèi)的存窿礦石放出一部分。待6-2 中段27線～29 線采場內(nèi)出礦至截止品位后（低于2%），停止6-2 中段27 線～29 線采場的出礦工作。因考慮到6-2 中段下方的6-3 中段仍有存窿礦石及15 m 的頂柱，故6-2 中段停止出礦后需對(duì)剩余礦巖混合散體進(jìn)行充填膠結(jié)，為回采下部礦體做準(zhǔn)備。

在6-2 中段礦巖混合散體充填的同時(shí)，在礦體下盤施工一條斜坡道（坡度為12%）至2734 m 標(biāo)高，并施工充填聯(lián)絡(luò)巷與6-3 中段的27 線～29 線采場貫通，以待6-3 中段27 線～29 線采場存窿礦石出礦完成后，將形成的空區(qū)進(jìn)行充填。待充填體達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，在2734 m 標(biāo)高施工鑿巖巷道對(duì)15 m 頂柱進(jìn)行后退式崩落回采。

3 結(jié)論

（1）結(jié)合開采現(xiàn)狀及理論分析，推測了6-2中段27～29 線的礦巖混合散體的形態(tài)特征及上盤粉砂巖垮落后的顆粒流動(dòng)特征，為確定回采方案奠定了基礎(chǔ)。

（2）根據(jù)現(xiàn)場勘察及分析，確定了6-2 中段27～29 線的礦巖混合散體回采方案及6-3 中段27線～29 線采場存窿礦石和頂板的回采方案。