朱 徹，解聯(lián)庫，崔 松

（1．銅陵有色金蟾礦業(yè)有限公司，安徽 銅陵244000；2．北京礦冶研究總院，北京100160）

根據(jù)書記溝鐵礦礦體的賦存條件，采用傳統(tǒng)的無底柱分段崩落法回采，其分段高度為12m，開拓和采準(zhǔn)的工程量大、時間長、最大生產(chǎn)能力只能達(dá)到40萬t／a，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足日益擴(kuò)大的選廠生產(chǎn)規(guī)模。回采后采空區(qū)無法有效地進(jìn)行充填，造成地壓問題凸顯以及地表塌陷，給當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成極大的破壞［1－2］。另外書記溝鐵礦生產(chǎn)能力需求的進(jìn)一步加大再加上后續(xù)的采空區(qū)處理問題，使得傳統(tǒng)的無底柱分段崩落法已經(jīng)不太能滿足現(xiàn)在采礦的需求，垂直深孔階段強(qiáng)制崩落嗣后充填采礦法可以有效地解決采空區(qū)問題，合理控制地壓，確保不會造成地表塌陷，并且可以滿足日益增長的生產(chǎn)能力需求［3］。

1 技術(shù)條件

書記溝鐵礦區(qū)大面積被新生界地層覆蓋，基巖出露不佳，基巖出露面積約占5%。礦體賦存于上太古界色爾騰山群東五分子巖組中，共分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等四個異常區(qū)，現(xiàn)進(jìn)行Ⅳ號礦體的開采。該礦體位于礦區(qū)的中東部，向南傾斜，傾角為39°～77°，局部出現(xiàn)地層反向現(xiàn)象，根據(jù)目前井下生產(chǎn)探礦揭露的礦體情況來看，礦體水平厚度50～180m，傾角68°～75°，并且形態(tài)規(guī)則，屬于急傾斜厚大礦體［4］。

礦區(qū)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，坑道和鉆孔所見礦體與頂?shù)装褰佑|處一般都較為破碎，礦體內(nèi)部和圍巖中也常見構(gòu)造角礫巖和斷層泥等破碎帶。根據(jù)坑道和鉆孔揭露情況，有五條較大規(guī)模的斷層分布在IV號礦體內(nèi)。

2 采礦方法特點(diǎn)

垂直深孔階段強(qiáng)制崩落嗣后充填采礦法是一種新的采礦方法，該方法在傳統(tǒng)的無底柱分段崩落采礦方法的基礎(chǔ)上充分結(jié)合充填采礦法演變而來。該采礦方法具有采礦工藝簡單、礦塊生產(chǎn)能力大、生產(chǎn)成本低、地壓控制明顯等優(yōu)點(diǎn)。該采礦方法擁有一個大量出礦的階段有利于保證產(chǎn)量的均衡，爆下的礦石可以對周邊的圍巖起到臨時支撐作用，對爆破后采空區(qū)的及時充填有利于減弱地壓作用，維護(hù)巷道和頂板的安全［5］。目前該種采礦方法在國內(nèi)外大中型礦山已經(jīng)得到廣泛運(yùn)用。

3 施工工藝

垂直深孔階段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法首先在書記溝鐵礦4號井1 030～975中段的5號采場進(jìn)行回采試驗。由于是首次使用該種采礦方法，施工過程需要不斷地對施工工藝進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)，通過近一年時間的努力最終取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果，形成了比較優(yōu)越的施工方案。

表1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)Table 1 Technical and economic indicators

3．1 礦塊結(jié)構(gòu)布置

礦塊垂直走向布置，礦房寬14m，礦柱寬18 m，長度為礦體水平厚度，礦塊高度為階段高度50 m。具體布置見采礦方法圖，如圖1所示。

圖1 采礦方法布置示意圖Fig．1 The layout diagram of mining method

在1 030中段進(jìn)行鑿巖硐室和切割天井的施工，在975中段進(jìn)行礦塊底部結(jié)構(gòu)（裝礦進(jìn)路、拉底巷道）施工。

3．2 采場鑿巖與爆破

鑿巖施工過程中1 030中段采用T150潛孔鉆機(jī)向下施工大直徑深孔，975中段采用T90鉆機(jī)向上施工扇形中深孔。采準(zhǔn)工作結(jié)束后，先對底部中深孔進(jìn)行爆破，礦石全部出完后形成底部的拉底空間，作為深孔爆破的補(bǔ)償空間。在這個階段，中深孔爆破和礦塊頂部的深孔鑿巖工作可以同時進(jìn)行，等到礦塊底部拉底空間形成以后，以切割天井為自由面再進(jìn)行深孔爆破回采工作［6－7］。

深孔爆破時采用全孔裝藥或者全孔間隔裝藥，側(cè)向崩礦，一次爆破1～2排，可以多排同段擠壓爆破，也可以同排分段擠壓爆破，直至將整個礦塊回采完畢［8］，待礦石出空后立即對該礦房進(jìn)行尾砂膠結(jié)充填。

3．3 出礦路徑

采場采用塹溝進(jìn)路式出礦結(jié)構(gòu)，回采層礦體時兩個采場共用一個出礦巷，出礦巷布置在采場底板桃形底柱中，為了出礦方便，出礦進(jìn)路與礦體走向成45°夾角，同側(cè)進(jìn)路中心距為15m，采場進(jìn)路交錯布置在采場兩側(cè)并且兩側(cè)使用不同的出礦穿脈巷道，這樣大大提高了出礦的效率，也減小了出礦中事故發(fā)生的可能。出礦路徑如圖2所示。

圖2 采場底部結(jié)構(gòu)圖Fig．2 The structure of stope bottom

3．4 通風(fēng)

采場通風(fēng)路線如下：回采中段—分段石門—分段平巷—采場—回風(fēng)天井—上盤回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷—上盤回風(fēng)巷—回風(fēng)井排出地表。由于采場風(fēng)路較長，作業(yè)面可以安裝輔扇輔助通風(fēng)，清洗工作面的污濁空氣，排入回風(fēng)井。各采場工作面爆破完畢后，必須及時開啟局扇，確保工作面空氣達(dá)到安全規(guī)程要求，才可進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。

3．5 空區(qū)充填方案

礦體回采出礦完畢后，封閉采場的所有入口，主要是采場進(jìn)路口、分段鑿巖巷入口和回風(fēng)口，一般采用磚墻和立模的方式來封閉，采場頂板一側(cè)的回風(fēng)連接口作為充填管路的入口和充填情況觀察口，并在另一側(cè)設(shè)排氣口［9］。

充填擋墻的設(shè)計應(yīng)該離采場口一段距離，減小采場充填體對擋墻的壓力，擋墻或立模的根部可利用毛石、編織袋在交界處按設(shè)計高度筑壩。此方法可以大大降低筑壩的工程量。采用全尾砂充填，條件具備時掘進(jìn)的廢石可運(yùn)入采場經(jīng)行充填。根據(jù)回采間柱的需要并從節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本角度出發(fā)，應(yīng)該采用不同的灰砂比。采場首層5m和頂層5m采用灰砂比為1∶4的尾砂充填，中間部分采用灰砂比為1∶8的尾砂充填，根據(jù)現(xiàn)場情況可以加入采場廢石充填。

每分層充填完后，充填體中的水由波紋泄水管泄出，為了保障泄水的可靠性，應(yīng)在一個采場至少配備兩條泄水管，并盡量分散布置，同時泄水管應(yīng)用雙層紗布纏繞，防止小孔堵塞，提高泄水速度和可靠度。水流進(jìn)入中段后流入水倉，適時準(zhǔn)備循環(huán)利用［10］。

4 施工效果評價

經(jīng)過大量實(shí)踐驗證，采用垂直深孔階段強(qiáng)制崩落嗣后充填采礦法過程后，取得了以下效果：

1）增加了階段高度，減少了開拓和采準(zhǔn)的工程量，可以提高采場回采施工進(jìn)度。

2）一次崩落的礦量較大，提高了生產(chǎn)效率，減小了回采成本。

3）鑿巖和爆破作業(yè)的安全性提高。

4）礦石出完后對空區(qū)立即進(jìn)行密閉充填，相比較崩落圍巖充填空區(qū)，其充填密度提高很多，更利于采準(zhǔn)巷道的穩(wěn)定與維護(hù)，也減小了地表塌陷的可能性。

5 結(jié)論

實(shí)踐表明，垂直深孔階段強(qiáng)制崩落嗣后充填采礦法可以有效地解決采空區(qū)難處理的問題，合理控制地壓并確保地表不會塌陷，比較符合書記溝鐵礦的生產(chǎn)實(shí)際，保證了礦山生產(chǎn)的安全、高效、經(jīng)濟(jì)。該采礦方法在礦山生產(chǎn)過程中得到成功應(yīng)用，同時也為其他類似礦山提供借鑒。

［1］ 解世俊 ．金屬礦床地下開采［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，1986．

［2］ 古德生，李夕兵 ．現(xiàn)代金屬礦床地下開采科學(xué)技術(shù)［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2006．

［3］ 《采礦手冊》編輯委員會 ．采礦手冊［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2005．

［4］ 王 軍 ．內(nèi)蒙古書記溝鐵礦地質(zhì)特征及控礦因素探討［J］．河南理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010（3）：87－90．

［5］ 董世華 ．冬瓜山銅礦大團(tuán)山礦床采礦工藝及其應(yīng)用［J］．金屬礦山，2003（8）：8－12．

［6］ 汪旭光，鄭炳旭，張正忠，等 ．爆破手冊［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2010．

［7］ 袁向全 ．平行束狀深孔爆破技術(shù)的研究［J］．有色金屬，1999，51（3）：20－23．

［8］ 魏雪松，喬登攀 ．分段空場法分區(qū)回采工藝及其應(yīng)用［J］．金屬礦山，2010（3）：32－39．

［9］ 汪 生，顧家寬 ．嗣后充填階段礦房采礦法在張家夏樓鐵礦的應(yīng)用［J］．現(xiàn)代采礦，2011（7）：68－70．

［10］ 毛市龍，楊 鵬，蔡嗣經(jīng)，等 ．尾砂充填采礦法采場預(yù)控頂護(hù)幫綜合技術(shù)研究［J］．金屬礦山，2011（1）：18－20．