馮壹，劉方求，鄭劍洪

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責任公司，湖南岳陽市414507)

難采厚大破碎礦體采礦方法試驗研究

馮壹，劉方求，鄭劍洪

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責任公司，湖南岳陽市414507)

以黃金洞金礦難采厚大破碎礦體為研究對象，針對其開采中存在支護成本高、生產(chǎn)效率低、礦石損失大和頂板易冒落等技術難題開展了研究，提出了水壓支柱控頂與小型挖機出礦相結(jié)合的上向進路充填采礦法。通過水壓支柱控頂和機械化開采實現(xiàn)了厚大破碎礦體安全、高效、低貧損開采。工業(yè)試驗證明，該采礦方法作業(yè)機動靈活、安全性好、開采成本低、生產(chǎn)能力大，是一種適合于黃金洞金礦傾斜厚大破碎礦體的理想采礦方法。

厚大破碎礦體;采礦方法;水壓支柱;小型挖機;上向進路充填

湖南黃金洞礦業(yè)有限責任公司(原黃金洞金礦)是一個具有400多年開采歷史的老礦，位于湖南省平江縣黃金洞鄉(xiāng)境內(nèi)。黃金洞金礦金塘礦區(qū)3號脈屬于難采厚大破碎礦體，公司先后聘請科研院所對3號脈厚大破碎礦體進行了崩落采礦法、長錨索網(wǎng)護頂采礦法等采礦方法試驗，均未取得成功。為此，采用采空區(qū)頂板暴露面積較小的水壓支柱控頂與小型挖機出礦相結(jié)合的上向進路充填采礦法對3號脈進行采礦方法試驗。

1 開采技術條件

黃金洞金礦金塘礦區(qū)3號脈為厚大礦體，走向為近東西方向，礦脈厚度為10～60m，平均脈厚約40m，傾角45°～55°，平均約50°，礦脈下盤穩(wěn)固，礦脈及上盤均非常破碎，節(jié)理與裂隙極發(fā)育，礦石多為網(wǎng)狀石英脈夾破碎蝕變板巖礦石及少量泥質(zhì)巖夾石英巖型礦石，礦石遇水泥化現(xiàn)象嚴重，屬難采厚大破碎礦體。

2 采礦方法的特點與主要設備

2.1 采礦方法的主要特點

水壓支柱控頂與小型挖機出礦相結(jié)合的上向進路充填采礦法的主要特點是:以水壓支柱為護頂工具對回采工作面附近的空區(qū)進行臨時地壓管理，廢石充填采空區(qū);以小型挖機配合斗車來完成出礦和充填工藝。

2.2 采礦方法試驗的基本原則

從礦體開采技術條件和礦山生產(chǎn)實際出發(fā)，制定采礦方法試驗方案應遵循的基本原則是:

(1)安全第一，確保安全是采礦方法試驗的首要原則;

(2)推廣機械化、減少環(huán)境污染、提高效率是采礦方法選用與試驗的根本目的;

(3)降低成本、提高經(jīng)濟效益是采礦方法選用與試驗的最終目的。

2.3 SYZ型水壓支柱系統(tǒng)

SYZ型水壓支柱是中南大學與湖南辰州礦業(yè)有限責任公司合作研發(fā)的支護設備，該設備為國內(nèi)首創(chuàng)，其各項技術指標均達到了國際先進水平。

SYZ型水壓支柱系統(tǒng)由水壓支柱和增壓泵兩部分組成。水壓支柱具有安全、穩(wěn)定、環(huán)保等優(yōu)點，增壓泵具有輕巧、耐用、增壓率大等優(yōu)點。水壓支柱由柱體和承壓頂架兩部分構成，支柱底座可套承壓板，對松軟、破碎的頂?shù)装寰蛇m應，柱體與柱體之間可用鋼構件連接，形成網(wǎng)狀結(jié)構對頂板實施主動支撐。水壓支柱的初撐載荷為160kN(0～200kN可調(diào))，柱體的支撐高度可在1500～2400mm之間調(diào)節(jié)，水壓支柱的安設、回收可在3m外遙控操作。增壓泵由泵體及其附件組成，它以空氣為動力，以水為動力介質(zhì)，對環(huán)境幾乎不造成污染，其最少啟動壓力為0.1MPa，最大輸出壓力為30MPa，泵重27kg，附件總重5kg，因而增壓泵具有啟動壓力小、輸出壓力大、重量輕、環(huán)保性能好等優(yōu)點。

2.4 08型井下用小型挖機

08型井下用小型挖機是三河智能機械公司自主研發(fā)出來的挖機，具有穩(wěn)定性好、重量輕、結(jié)構緊湊、靈活高效、耐用、環(huán)保等優(yōu)點，其技術指標已達到國際先進水平。

(1)以電力做驅(qū)動力，電機功率7.5kW，對井下空氣無污染，環(huán)保性能好。

(2)附帶液壓破碎錘，可進行輔助破碎大塊、處理松石，與礦車配套完成礦巖的裝載及運輸任務。

(3)借助于鏟斗的特殊設計，能較好地用于進路式回采空間的接頂充填。

通過試驗對比，08型井下用小型挖機裝巖效率高、成本低，裝巖效率是耙?guī)r機的1.5倍，是人工(5人同時作業(yè))的3倍;而完成同樣噸位礦巖的裝載，挖機的裝載成本是耙?guī)r機的65%，是人工(5人同時作業(yè))的35%。

3 工業(yè)試驗

3.1 試驗采場選擇

采礦方法試驗采場選在金塘礦區(qū)3號脈－20中段的4號礦體。該礦體平均傾角約50°，垂高約40m，礦脈走向長約100m，傾向長約52m，礦脈平均厚度約30m。礦石類型為含金網(wǎng)狀石英脈夾破碎蝕變板巖，礦石遇水泥化。礦體及圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，特別是上盤圍巖和礦體與斷層相交部位，巖體破碎，穩(wěn)固性極差。

3.2 試驗礦塊布置及結(jié)構參數(shù)

試驗礦塊沿礦體走向布置，按50m左右劃分礦塊，階段高度40m，寬度為礦體厚度。以分層鑿巖爆破、分層出礦和分層充填方式，自下而上分層進路式回采，分層高度為2.2m?；夭蛇M路沿礦體走向連續(xù)推進，回采進路的寬為2.2m，高為2.2m，長為礦層全厚。工作面采用08型井下用小型挖機出礦，順路溜井溜礦至階段運輸平巷裝入礦車運出。試驗礦塊采礦方案如圖1所示。

圖1 試驗礦塊采礦方案

3.3 采準切割工程

首先掘進斷面為2.2m×2.2m的充填聯(lián)絡巷，掘進斷面為2.2m×2.2m的溜井聯(lián)絡巷，然后自階段運輸平巷向上以大于45°的傾角向上朝礦體方向掘進斷面為1.0m×1.0m的放礦斗穿直達，同時自充填聯(lián)絡巷和溜井聯(lián)絡巷分別向上掘進斷面為1.8 m×1.6m的充填天井和回風天井至上中段水平，并與大于45°傾角斜向上中段運輸平巷底板相通。以沿脈切割平巷作為初始自由面垂直礦脈走向掘進斷面為2m×2m穿脈回采進路。

3.4 回采工藝與技術

采用分段爆破法進行回采，一次爆破的分段長度為3.0～3.5m，分段寬度為回采進路寬度。由于頂板礦巖破碎，采空區(qū)暴露面不宜過大，故待充填進路采空區(qū)為一條。每一分層有兩條回采進路同時推進，兩回采進路的間距為20m。

鑿巖與崩礦。用7655型鑿巖機鉆鑿Φ42mm淺孔，孔深為2.4m，炮眼采用水平“梅花形”布孔方式，側(cè)向崩礦，即逆回采進路掘進方向崩礦。

通風。新鮮風流從采場下部中段運輸平巷經(jīng)順路通風上山、溜井聯(lián)絡巷進入采場，污風從回風天井進入上中段平巷，再經(jīng)各級通風斜井排出。

采場頂板管理。在底板沿脈切割平巷和回采穿脈進路施工過程中，隨著掘進工作面向前推進，進路空區(qū)均以水壓支柱支撐頂板，水壓支柱的設計排距為2.0～2.2m，設計間距為0.6～0.8m。

出礦。以挖機配斗車為出礦設備，以分層底板沿脈切割平巷和溜井聯(lián)絡巷作為斗車運輸平巷出礦。

撤柱與充填。撤柱的順序是從里向外一根一根依次撤卸，撤柱時，作業(yè)人員站在3m開外遙控操作。撤卸完水壓支柱后，用挖機將這段回采進路空區(qū)密實充填好。

3.5 工業(yè)試驗結(jié)果及主要技術經(jīng)濟指標

通過現(xiàn)場工業(yè)試驗，比較原采礦方法與新型上向進路充填采礦法的技術經(jīng)濟指標，可以看出，水壓支柱控頂與小型挖機出礦相結(jié)合的上向進路充填采礦法出礦能力和效率遠大于原采礦方法，而采場支護成本遠遠小于原采礦方法采場的支柱成本。經(jīng)現(xiàn)場統(tǒng)計，主要技術經(jīng)濟指標如表1所示。工業(yè)試驗證明，新的采礦工藝作業(yè)機動靈活、安全性好、開采成本低、生產(chǎn)能力大，是一種適合于黃金洞金礦傾斜厚大破碎礦體的理想采礦方法。

表1 試驗礦塊主要技術經(jīng)濟指標

4 結(jié)論

(1)現(xiàn)場工業(yè)試驗證明:水壓支柱護頂，能有效控制采空區(qū)頂板，避免采場頂板垮塌，提高作業(yè)環(huán)境的安全性;小型挖機出礦與充填，減輕了出礦和充填工人的勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率，縮短了礦房回采周期。

(2)在初始試驗階段，挖機裝礦與斗車運礦、挖機充填與斗車運料等工序之間銜接工作不是很密切，使采礦工藝效率沒有完全體現(xiàn)出來，因此采用水壓支柱控頂與小型挖機出礦相結(jié)合的上向進路充填采礦法回采厚大破碎礦體，關鍵在于做好水壓支柱的控頂工作，做好挖機裝礦和斗車運礦之間的銜接工作及挖機充填與斗車運充料之間的銜接工作。

(3)厚大破碎礦體開采一直是國內(nèi)一些礦山企業(yè)和科研院所面臨的難題。水壓支柱控頂和機械化開采厚大破碎礦體具有安全、高效、低貧損的優(yōu)勢，為回采厚大破碎礦體開拓了新的思路。

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2011－08－11)

馮壹(1973－)，男，湖南衡陽人，工程師，碩士，主要從事金屬礦采礦技術研究和頂板加固技術研究，Email:373589746@qq.com。