石求志，李 春，蘭曉平

（1.贛州有色冶金研究所，江西 贛州 341000；2.香爐山鎢業(yè)股份有限公司，江西 修水 332400）

0 概述

香爐山鎢礦是一座礦石日處理能力2 500t，年產(chǎn)（WO3）金屬量5 000t的大型地下白鎢礦山。礦床內(nèi)有白鎢礦體50個(gè)，其中1#、5#、6#、7#的鎢儲(chǔ)量（WO3）占全區(qū)的93％以上，而1#儲(chǔ)量（WO3）占整個(gè)區(qū)段的79％，為區(qū)段的主要礦體。礦區(qū)主要礦體呈面形展開(kāi)，總體呈北東—南西走向，礦化總長(zhǎng)度大于3 200m。

香爐山白鎢礦床是20世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)，1993年開(kāi)始開(kāi)采，礦山主要采用平硐開(kāi)拓方案，采礦方法為全面法、房柱法及部分留礦法。由于礦山開(kāi)發(fā)的初期缺乏整體規(guī)劃與開(kāi)采設(shè)計(jì)，并且其生產(chǎn)裝備、管理水平落后等因素的影響，導(dǎo)致開(kāi)采生產(chǎn)效率低下、安全作業(yè)條件差和資源浪費(fèi)嚴(yán)重。2003年成立香爐山鎢業(yè)股份有限公司，對(duì)礦區(qū)進(jìn)行了整合和規(guī)范，將西部礦段原生礦體采用盤(pán)區(qū)斜坡道無(wú)軌開(kāi)拓，并開(kāi)展了采礦方法研究。

1 開(kāi)采地質(zhì)條件

礦體賦存于花崗巖體與楊柳崗組含炭硅泥質(zhì)灰?guī)r的接觸帶上，其走向和傾向均呈緩波狀。沿走向，北東端較厚，往南西變??；沿傾向，軸部最厚，向翼部逐漸變薄，軸部厚度23.15～45.59m，平均25.83m，屬局部膨大的似層狀礦體。最大傾斜長(zhǎng)635m，最小331m，平均510m。礦段最大厚度45.59m，最小0.44m，平均15.16m。

礦石類(lèi)型主要為原生礦。礦體中裂隙斷層一般不發(fā)育，礦石穩(wěn)固性好，f＞12，密度3.16t/m3，平均品位0.663％。平均松散系數(shù)1.6，不結(jié)塊，不自燃。礦床頂板已蝕變?yōu)殁}硅角巖，巖石致密，巖芯大部分呈柱狀，屬堅(jiān)固巖層。東區(qū)巷道施工中未出現(xiàn)坍塌掉塊現(xiàn)象。

礦體底板為細(xì)粒黑云母花崗巖，具有較強(qiáng)云英巖化和硅化，屬新鮮堅(jiān)硬塊狀巖石，基本上不需支護(hù)，只是淺部可能遇到風(fēng)化較強(qiáng)的巖石，也可能遇到各種未控制的斷裂、擠壓破碎帶等。

主要的地質(zhì)構(gòu)造有北北西、北東向兩組斷裂。

北北西向斷裂：主要分布在礦區(qū)中西部。北北西走向，切割地層，傾向南西西，局部反傾，傾角45～88°，走向長(zhǎng)80～580m，寬0～6.8m。

北北東—北東向斷裂：主要分布在香爐山—太陽(yáng)山背斜南東翼。呈12～40°方向斜切地層、巖體、礦體。傾向南東，局部反傾，傾角47～84°，走向長(zhǎng)100～1860m，寬0～15m。

礦體中絕大部分儲(chǔ)量賦存于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面之上，礦區(qū)內(nèi)無(wú)湖、河等地表水體，礦床主要充水來(lái)源為大氣降水。礦體及圍巖的含水性弱，巖溶不發(fā)育。礦床水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

開(kāi)采范圍地表有村落、民舍等，不允許崩落。

2 預(yù)切頂中深孔房柱法的應(yīng)用

2.1 試驗(yàn)采場(chǎng)地點(diǎn)與基本情況

試驗(yàn)采場(chǎng)選擇在16～18線，位于一盤(pán)區(qū)中部的W2采場(chǎng)。該采場(chǎng)礦體厚度10～15m，平均12m，傾向西，傾角10～25°。其西部為正在開(kāi)拓的原生礦體，東、南部為原采空區(qū)。

西部礦段沿礦體走向由北東往南西每隔100m，原則上以勘探線為盤(pán)區(qū)邊界劃分為4個(gè)回采盤(pán)區(qū)，依次稱(chēng)之為一盤(pán)區(qū)、二盤(pán)區(qū)、三盤(pán)區(qū)和四盤(pán)區(qū)；礦塊采取垂直于盤(pán)區(qū)長(zhǎng)軸方向應(yīng)每隔25m劃分礦塊，礦塊分礦房與礦柱，寬分別為13m、12m。回采時(shí)以先采礦房、后采礦柱的隔一采一方式，分別稱(chēng)之為一步回采和二步回采。預(yù)切頂中深孔房柱法應(yīng)用于礦塊的一步回采。

2.2 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)與工程布置

采場(chǎng)沿礦體走向、垂直盤(pán)區(qū)長(zhǎng)軸方向布置，長(zhǎng)100m（含兩端的隔離礦柱），寬15m，高為礦體厚度10～15m，16線南西側(cè)和18線兩側(cè)均留10m的隔離礦柱。采場(chǎng)設(shè)計(jì)切頂層平均厚2.2m，不留底柱，由于該采場(chǎng)的礦體最大厚度為15m，采場(chǎng)只設(shè)計(jì)一個(gè)分層（見(jiàn)圖1）。

圖1 預(yù)切頂中深孔房柱法

采切工程包括鑿巖出礦巷道、聯(lián)絡(luò)巷、切割橫巷、切頂上山、切頂橫巷、回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷、人行聯(lián)絡(luò)井、切割天井和回風(fēng)井等。

鑿巖出礦巷道。規(guī)格3.7m×3.7m，形狀為拱形。平行于采場(chǎng)長(zhǎng)軸方向布置在采場(chǎng)中央的底部，巷道的底板須低于礦體底板1.5m，兩端分別與聯(lián)絡(luò)巷相連。主要功能為房采鑿巖與爆破的作業(yè)空間和采場(chǎng)出礦通道。

聯(lián)絡(luò)巷道。規(guī)格3.7m×3.7m，形狀為拱形。設(shè)計(jì)兩條，分別布置在16線和18線盤(pán)區(qū)隔離礦柱的底部，連結(jié)鑿巖出礦巷道與盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷，起聯(lián)絡(luò)道和出礦通道的作用。

切割橫巷。規(guī)格為3.0m×3.0m，形狀為矩形。布置在分層底部切割槽位置，與分層鑿巖巷道同一水平，并與鑿巖出礦巷道、切割天井構(gòu)成互相垂直的關(guān)系。并且要求巷道的底板低于礦體底板1.5m，同時(shí)全部揭露礦房邊界。主要作用是拉切割槽鑿巖爆破的作業(yè)空間。

切頂上山。規(guī)格為2.0m×2.2m，形狀為矩形。平行于采場(chǎng)長(zhǎng)軸方向布置在采場(chǎng)的中央頂部，要求巷道的頂板緊貼礦體頂板，兩端分別與人行聯(lián)絡(luò)井相連。主要功能是通風(fēng)、聯(lián)絡(luò)和人行設(shè)備通道。

切頂橫巷。規(guī)格為2.0m×2.2m，形狀為矩形。布置在切頂層切割槽位置，與切頂上山同一水平，并與切頂上山、切割天井構(gòu)成互相垂直的關(guān)系。主要作用是切頂鑿巖爆破的最初補(bǔ)償空間。

回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷。規(guī)格為2.0m×2.2m，形狀為拱形，平行于勘探線，布置在16線隔離礦柱內(nèi)，要求巷道的頂板緊貼礦體頂板，分別與采場(chǎng)的切頂上山、人行聯(lián)絡(luò)井以及盤(pán)區(qū)的回風(fēng)井相連。主要起通風(fēng)、人行聯(lián)絡(luò)作用，以及今后采場(chǎng)充填管路的布設(shè)通道。

人行聯(lián)絡(luò)井。規(guī)格為1.5m×2.5m，在采場(chǎng)兩端隔離礦柱布置，與聯(lián)絡(luò)巷道和切頂上山連接，為人行、設(shè)備和材料通道。

切割天井。規(guī)格為2.0m×2.5m，布置在礦體中央切割槽位置，要求鉛垂、并貫通整個(gè)采場(chǎng)高度。上與切頂上山、切頂橫巷構(gòu)成互相垂直的關(guān)系，下與鑿巖出礦巷道、切割橫巷構(gòu)成互相垂直的關(guān)系。主要功能是拉切割槽（切采）的補(bǔ)償空間，同時(shí)在采準(zhǔn)工程施工中出碴與通風(fēng)的作用。

回風(fēng)井。規(guī)格為2.0m×2.0m，布置在16線隔離礦柱的上部圍巖中，上與采區(qū)主回風(fēng)巷相連，下與采場(chǎng)回風(fēng)巷相連，每隔50m布置一條。主要作用是盤(pán)區(qū)開(kāi)采時(shí)作為回風(fēng)通道，以及今后采場(chǎng)充填的管道布設(shè)通道。

2.3 采場(chǎng)切頂與護(hù)頂

2.3.1 切 頂

采場(chǎng)切頂采取前進(jìn)式，以切頂上山為自由面，以切頂橫巷作鑿巖工作面，由切頂上山向采場(chǎng)兩側(cè)推進(jìn)，最后形成鑿巖階梯［1］，如圖2所示。整個(gè)切頂過(guò)程由18線向16線前進(jìn)式切采，按試驗(yàn)采場(chǎng)設(shè)計(jì)的邊界控制切采邊界。

鑿巖。采用YT-27鉆鑿水平或微傾斜淺炮孔，切頂上山兩側(cè)各設(shè)計(jì)4個(gè)臺(tái)階，臺(tái)階長(zhǎng)2.0m，寬1.6～1.7m，炮孔排距0.8m，孔間距1.0m，孔深2.1m。

爆破。采取2號(hào)巖石炸藥，非電雷管分段起爆。

通風(fēng)。整個(gè)西礦段（或盤(pán)區(qū)）采取機(jī)械抽出式通風(fēng)，采場(chǎng)通風(fēng)將納入整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)。為提高采場(chǎng)通風(fēng)效率，切頂爆破崩礦后，可采取局扇進(jìn)行輔助通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由18線盤(pán)區(qū)運(yùn)輸?shù)澜?jīng)人行天井進(jìn)入切頂工作面，洗清作業(yè)面后，污風(fēng)由切頂上山經(jīng)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷排至回風(fēng)井。

圖2 前進(jìn)式切頂示意圖

清理作業(yè)面與頂板。通風(fēng)結(jié)束后，進(jìn)入作業(yè)面施工之前，必須對(duì)作業(yè)面和頂板進(jìn)行清理。這工序主要是對(duì)頂板的松石進(jìn)行清理，同時(shí)為出碴作準(zhǔn)備。

出碴（礦）。作業(yè)面采用電耙出礦，由電耙運(yùn)至切割天井，由天井自溜到運(yùn)輸巷道，由鏟運(yùn)機(jī)裝車(chē)運(yùn)出。考慮到電耙的有效搬運(yùn)距離，西2運(yùn)輸巷兩側(cè)附近切頂?shù)V石可以從西2運(yùn)輸巷運(yùn)出。

2.3.2 護(hù) 頂

采場(chǎng)護(hù)頂采用錨網(wǎng)支護(hù)的形式，特殊地段采用錨網(wǎng)噴的方式進(jìn)行。

錨桿。采用金屬管縫式錨桿（摩擦式），直徑40mm，大于鉆孔直徑2mm，長(zhǎng)分別為1.5m和1m兩種，鋼墊板尺寸180mm×180mm×10mm，錨桿布置網(wǎng)度1.0m×1.0m。對(duì)于特殊地段可以采用2.3m錨桿（此時(shí)切頂層局部高度必須大于2.3m），并加噴混凝土。

鋼筋網(wǎng)。采用?6mm鋼筋編制成網(wǎng)格為100mm×100mm，鋼筋網(wǎng)裁成1.2m×1.2m的網(wǎng)塊。

噴射混凝土。水泥∶細(xì)沙∶碎石的配比為1∶2∶2，水泥用325普通硅酸鹽水泥。細(xì)沙粒徑為0.35～1.00mm，含泥量不超過(guò)3％，碎石粒徑為5～10mm。選用782型速凝劑，其用量為水泥用量的5％～5.5％。

護(hù)頂施工以滯后于切頂作業(yè)20～30m為宜，具體以能保證作業(yè)面安全，以及切頂崩礦不影響和破壞護(hù)頂層為原則。施工工序如下：

鑿錨桿眼。按設(shè)計(jì)規(guī)格，使用YSP-45型鉆機(jī)垂直頂板鉆鑿錨桿眼?？咨钜猿^(guò)錨桿長(zhǎng)10mm為宜。眼打好后，清理鉆孔即可進(jìn)行錨桿網(wǎng)的安裝。錨桿的安裝可采用錨桿安裝器進(jìn)行，也可以直接使用YSP-45型鉆機(jī)進(jìn)行安裝。網(wǎng)的安裝與錨桿同時(shí)進(jìn)行，施工時(shí)必須使一塊一塊的筋網(wǎng)通過(guò)錨桿，焊接連成一個(gè)整體。對(duì)于有特殊地質(zhì)構(gòu)造的地段，必須加噴混凝土，噴射混凝土厚度30～50mm，把筋網(wǎng)覆蓋掉，不能露筋為宜。

2.4 回采工藝

切采（本采礦方法就是拉切割槽）。切割橫巷與切割天井完工后，就可進(jìn)行拉切割槽。使用YGZ-90鉆機(jī)鑿巖，在切割橫巷內(nèi)施工平行中深孔，鉆頭直徑60mm，孔間距（或孔底距）1～1.1m，排距0.8～1m。采用BQ-100型風(fēng)動(dòng)裝藥器裝粉狀炸藥，以切割天井為補(bǔ)償空間逐排微差起爆，一次性爆破拉槽。也可以采取淺眼留礦法等其他形式進(jìn)行拉槽，形成寬2m的切割槽，為采場(chǎng)房采爆破提供初始補(bǔ)償空間。

房采。鑿巖使用YGZ-90中深孔鉆機(jī)（配TJ25鉆架），在出礦鑿巖巷道內(nèi)鑿上向垂直扇形中深孔。鉆頭直徑60mm，炮孔長(zhǎng)不大于16m，孔底距2.0m，排距一般1.3m。

裝藥爆破。采用多孔粒狀黏性銨油炸藥，BQ-100型風(fēng)動(dòng)裝藥器裝藥，采用孔底復(fù)式起爆方式，非電系統(tǒng)爆破。

通風(fēng)。采用對(duì)角式通風(fēng)，爆破后，新鮮風(fēng)流自主平硐（副平硐）由盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷道經(jīng)采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入采場(chǎng)，洗清工作面后，污風(fēng)由采空區(qū)經(jīng)上部切頂層空區(qū)排至采場(chǎng)回風(fēng)巷。

出礦。使用TCY-2型2m3鏟運(yùn)機(jī)（或扒碴機(jī)）裝礦，CA-10運(yùn)礦卡車(chē)運(yùn)輸至井下礦倉(cāng)。

2.5 礦柱回采與空區(qū)處理

采空區(qū)的管理主要采取錨網(wǎng)護(hù)頂和采空區(qū)充填：礦房回采所形成的采空區(qū)，采取嗣后尾砂膠結(jié)充填；礦柱回采所形成的采空區(qū)，采取全尾砂充填，也可以采用全尾砂與部分掘進(jìn)廢石充填［2］。

2.6 試驗(yàn)采場(chǎng)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

試驗(yàn)采場(chǎng)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)采場(chǎng)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3 主要技術(shù)措施與效果分析

3.1 采場(chǎng)切頂與護(hù)頂

采場(chǎng)切頂設(shè)計(jì)高度是一重要的參數(shù)［1］。切頂層過(guò)高，則降低采場(chǎng)效率，同時(shí)不利于對(duì)頂板松石處理和護(hù)頂施工，影響施工的安全性。切頂層過(guò)低，除了不利于高效率設(shè)備的使用，從而降低生產(chǎn)效率外，對(duì)護(hù)頂錨桿等施工造成不利?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況驗(yàn)證，切頂層的設(shè)計(jì)高度2.2m較為合適。

切頂施工采取淺眼前進(jìn)式。由于礦體的直接頂板是灰?guī)r，暴露后容易風(fēng)化垮塌，其穩(wěn)定性相對(duì)較差，尤其是破壞后穩(wěn)定性更差，切頂時(shí)留0.5m的礦層，并順著巖層的同一層面進(jìn)行施工。為了縮短頂板不支護(hù)的暴露時(shí)間，切頂作業(yè)面應(yīng)控制平整，避免采場(chǎng)一邊超前另一邊的現(xiàn)象發(fā)生。

采場(chǎng)護(hù)頂?shù)年P(guān)鍵是護(hù)頂方式和護(hù)頂時(shí)間。由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)于頂板相對(duì)穩(wěn)固的層狀巖體，采用錨網(wǎng)護(hù)頂是一種有效的方式。護(hù)頂時(shí)間最好選擇當(dāng)巖層產(chǎn)生彈性變形時(shí)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際，護(hù)頂工作面距切頂作業(yè)面20～30m較為合適，過(guò)長(zhǎng)增加頂板不支護(hù)的暴露時(shí)間，過(guò)短不利于施工，還可能因切頂施工爆破炸壞鋼網(wǎng)。此外，選擇錨桿時(shí)，其外徑要求大于鑿眼鉆頭直徑2mm，允許+0.5mm誤差最為合適。

3.2 采場(chǎng)切割槽

試驗(yàn)采場(chǎng)的切割槽采取上向垂直扇形中深孔拉槽方式，在其他兩個(gè)推廣應(yīng)用的采場(chǎng)則分別采用了上向垂直平行孔拉槽和淺眼拉槽方式。

扇形中深孔切槽。優(yōu)點(diǎn)有鑿巖施工方便、切割橫巷邊幫平整度要求相對(duì)較低；缺點(diǎn)是鑿巖工程量大、爆破成槽邊幫不規(guī)整、炸藥量等爆破材料消耗較多。

平行中深孔切槽。優(yōu)點(diǎn)有鑿巖工程量小、爆破成槽邊幫規(guī)整、炸藥量等爆破材料消耗較少；缺點(diǎn)是鑿巖施工麻煩、切割橫巷邊幫平整度要求相對(duì)較高。

淺孔切槽。優(yōu)點(diǎn)有施工靈活、對(duì)護(hù)頂不產(chǎn)生破壞；缺點(diǎn)是施工復(fù)雜、成本高、時(shí)間長(zhǎng)。

綜合而言，單從技術(shù)上、施工方便和成本來(lái)說(shuō)，中深孔切槽方式優(yōu)于淺眼切槽方式，而從中孔兩種拉槽方式而言，上向垂直平行孔拉槽相對(duì)較優(yōu)。但考慮到采場(chǎng)切采爆破對(duì)頂板有一定的影響，尤其是對(duì)護(hù)頂鋼筋網(wǎng)破壞較大，采取淺孔切槽更適合香爐山礦區(qū)的實(shí)際。

3.3 鑿巖爆破參數(shù)

設(shè)計(jì)采用上向扇形中深孔崩礦，在采場(chǎng)進(jìn)行了6組中深孔崩礦爆破，其參數(shù)為：鉆頭直徑60mm、排距1.2m、孔底距分別為2.0m、2.2m和2.4m；鉆頭直徑60mm、排距1.3m、孔底距分別為1.8m、2.0m和2.2m。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：鑿巖鉆頭直徑60mm、排距1.3m和孔底距2.0m綜合最優(yōu)；同時(shí)也表明，當(dāng)孔底距超過(guò)2.2m時(shí)，炮孔的利用率和采場(chǎng)的邊幫平整度有降低的趨勢(shì)。為了避免采場(chǎng)縮小，房采邊孔采取超出采場(chǎng)邊界線0.3～0.5m。為使護(hù)頂鋼網(wǎng)不被破壞，臨近切頂層的中深孔的底端與切頂空區(qū)距離控制在1.2m較為合適。

3.4 崩礦爆破對(duì)周邊的影響

香爐山礦區(qū)東部房柱法采礦現(xiàn)存空區(qū)大，為避免采場(chǎng)崩礦對(duì)周邊采區(qū)和采場(chǎng)頂板的影響，設(shè)計(jì)一次爆破的炸藥量控制在1.5t以內(nèi)，并且控制同段爆破的炸藥量；應(yīng)避免多個(gè)采場(chǎng)同時(shí)回采爆破，以及爆破施工采場(chǎng)應(yīng)保證周邊各通道暢通。

3.5 采場(chǎng)出礦

香爐山礦區(qū)礦體傾角一般在10～30°，屬緩傾斜，大部分礦體傾角大于無(wú)軌設(shè)備的爬坡能力12°，利用無(wú)軌設(shè)備出礦難度較大。今后可以采用如下出礦方式出礦：①使用扒碴機(jī)、挖機(jī)和聯(lián)合大斗容的電耙進(jìn)行聯(lián)合出礦，可采取上段推、下段扒裝等接力的方式進(jìn)行出礦。②可根據(jù)礦體的產(chǎn)狀選擇底板相對(duì)較緩的方向布置采場(chǎng)。③在允許增大損失與貧化率范圍的前提下，降低采場(chǎng)底板鑿巖出礦巷道設(shè)計(jì)坡度。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）預(yù)切頂中深孔房柱法具有生產(chǎn)能力大、資源利用率高和生產(chǎn)施工安全等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于礦巖穩(wěn)固的水平至緩傾斜中厚礦體具有較強(qiáng)適用性。

（2）預(yù)切頂中深孔房柱法在香爐山礦區(qū)的成功應(yīng)用，為香爐山礦區(qū)資源的充分利用打下了基礎(chǔ)。

（3）預(yù)切頂中深孔房柱法的部分工藝環(huán)節(jié)是在采空區(qū)下作業(yè)，盡管采場(chǎng)頂板進(jìn)行過(guò)護(hù)頂，但仍存在一定的不安全性。因此，采用合理的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、護(hù)頂方式與優(yōu)良的質(zhì)量和施工管理措施將是該采礦方法使用的關(guān)鍵所在。同時(shí)，采場(chǎng)施工時(shí)必須加強(qiáng)采場(chǎng)頂板的監(jiān)控和及時(shí)合理地處理采空區(qū)。

［1］王家齊，施永祿.空?qǐng)霾傻V法［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1988.

［2］周崇仁.礦柱回采與空區(qū)處理［M］.長(zhǎng)沙：冶金工業(yè)出版社，1989.