袁昌洪

（華潤水泥（南寧）有限公司 廣西南寧 530028）

地下開采石灰石礦山設(shè)計(jì)優(yōu)化分析

袁昌洪

（華潤水泥（南寧）有限公司 廣西南寧 530028）

優(yōu)良環(huán)境是現(xiàn)代人所追求的，作者在安全與環(huán)保基礎(chǔ)上提出如何開采石灰石礦。最初的開采方式不能適應(yīng)特定項(xiàng)目的需要，開始對(duì)礦石灰石礦開采方式進(jìn)行探究，本文就針對(duì)這一工程進(jìn)行討論。

礦山地質(zhì)；地下開采；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 前言

部分地區(qū)石灰石的賦存條件埋藏較深，在礦山剝離量大大增加的過程中，需要加大土地征用力度，同時(shí)征用土地的成本在逐年上升，這就給項(xiàng)目建設(shè)與生產(chǎn)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)壓力。綜合分析考慮后，必須采取新的石灰石礦開采方式來代替原來的露天開采方式，而石灰石礦的地下開采方式就是一種優(yōu)良的選擇，這種地下開采方式正在逐步被投資者納入試用范圍。

2 工程概況

福建省漳平市石坂坑石灰石礦區(qū)位于漳平市城區(qū)西南2250方向，直距約9km的石坂坑一帶。礦區(qū)距漳平市區(qū)約16km。本區(qū)屬博平嶺山脈北端，整體地勢東高西低。區(qū)內(nèi)最高標(biāo)高海拔約930m，最低標(biāo)高海拔約195m，最大相對(duì)高差約735m。

2.1 設(shè)計(jì)方案

初期露天開采，時(shí)限約2～3年。露天開采的同時(shí)進(jìn)行地下開采的基建工作。地下開采用平硐開拓，平底結(jié)構(gòu)的分段采礦法開采，裝載機(jī)鏟裝，白卸汽車直接進(jìn)硐運(yùn)輸出礦。機(jī)械抽出式通風(fēng)，主通風(fēng)機(jī)設(shè)于南東側(cè)520m水平通風(fēng)平巷硐口，輔助通風(fēng)機(jī)設(shè)于南西側(cè)390m水平。空壓機(jī)站建于地表丁業(yè)場地內(nèi)。總供風(fēng)能力約215m3/min。敷設(shè)供風(fēng)管道向井下各中段供風(fēng)。

2.2 礦山地質(zhì)

石坂坑礦段主要組成了石灰?guī)r礦床，其礦層地表出露標(biāo)高416～563m，礦層大部分埋藏于地下，傾角20～55°，而巖高礦段的礦層出露標(biāo)高就在450m左右，礦層產(chǎn)狀與石坂坑礦段相似，礦體巖溶率約8.5%。

2.3 礦山開采

（1）開采范圍內(nèi)資源量：設(shè)計(jì)開采界限范圍內(nèi)總資源量為7381.5×104t占資源總利用率為79.1%。

（2）作業(yè)制度，生產(chǎn)規(guī)模及服務(wù)年限。作業(yè)制度：進(jìn)行開采就必須制定嚴(yán)格的作業(yè)制度，這很大程度上影響工作量的完成。礦山開采工作量大，分為露天開采和地下開采，從而決定開采時(shí)間不同，每班分為8h，地下開采時(shí)每天工作三班，而露天開采每天工作兩班。年工作300d。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力：礦山建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)石灰石120×104t。

（3）決定礦山開采方法：在進(jìn)行礦山開采時(shí)，不難發(fā)現(xiàn)一些礦體適合地下開采，有些地段的礦體會(huì)露出地表，有些延生到地下較多，就造成了比較厚的上部覆蓋層，并且由于陡峭的產(chǎn)狀，這些現(xiàn)象就會(huì)決定這種地段適合地下開采。

（4）開采順序制定：開采分為露天開采和地下開采，開采時(shí)需要提前安排好開采順序，以使工作可以順利高效進(jìn)行。比如地下開采工作安排的同時(shí)進(jìn)行露天開采，底下開采分為掘進(jìn)，采準(zhǔn)，井巷開拓等工作，這些工作也是地下開采的基礎(chǔ)工作。

（5）地下開采可采礦量：根據(jù)礦體賦存特征及擬采用的采礦方法.估算可采純礦石量約為3247×l04t。計(jì)人10%開采貧化率后的實(shí)際開采出礦量約為3572t。全礦綜合回采率約為45%。

（6）地下開采生產(chǎn)能力驗(yàn)證：確定礦山采用2個(gè)中段同時(shí)開采。根據(jù)初期開采中段（450m及390m）的礦體分布及礦塊布置，2個(gè)中段共可同時(shí)布置30個(gè)生產(chǎn)礦塊。取礦塊生產(chǎn)能力為600t。礦塊利用系數(shù)為0.4。地質(zhì)影響系數(shù)為0.7，掘進(jìn)、采準(zhǔn)作業(yè)礦石附產(chǎn)率為10%.驗(yàn)算得本礦地下開采最大生產(chǎn)能力約為168×104ta大于實(shí)際所需的120×104t/a生產(chǎn)規(guī)模。

2.4 地下開采礦井開拓

（1）中段高度：設(shè)計(jì)中一般采用中段為70～55m的高度，可以盡量的減少開拓工程量，使用以上中段高度可以有效地減少中段數(shù)量。開采中上部中段采用中段高度同樣有要求，需要根據(jù)礦體產(chǎn)狀來確定，一般會(huì)采用70～60m的高度。本礦開采范圍內(nèi)的礦體賦存高度超過300m，開采時(shí)下部中段的高度一般采用55m。不論是上部中段還是下部中段，目的都在于使礦山開采的經(jīng)濟(jì)效益和整體效益得到最大程度提高。

（2）運(yùn)輸方案：根據(jù)現(xiàn)場相關(guān)條件?？刹捎玫倪\(yùn)輸方案擬主要有自卸汽車運(yùn)輸及架線電機(jī)車牽引軌道式礦車運(yùn)輸。采用白卸汽車直接進(jìn)硐運(yùn)輸方案?？珊喕a(chǎn)及運(yùn)輸環(huán)節(jié)，降低設(shè)備投入。

（3）開拓工程布置：本礦設(shè)計(jì)共布置5個(gè)開采中段。各中段均為平硐開拓，主平硐縱坡取為5‰。各中段主平硐硐口均布置在易于內(nèi)外聯(lián)系、巷道長度相對(duì)最短的位置。

2.5 通風(fēng)系統(tǒng)布置

（1）主通風(fēng)系統(tǒng)：設(shè)計(jì)確定在該處礦體下盤脈外約10m處的520m標(biāo)高布置礦區(qū)的主回風(fēng)巷道（主回風(fēng)巷道設(shè)于開采塌陷區(qū)之外）。520m水平主回風(fēng)巷道長度約580m。

（2）輔助通風(fēng)系統(tǒng)：輔助通風(fēng)巷道擬設(shè)在390m中段主平硐北側(cè)約40m的390m標(biāo)高處。輔助通風(fēng)巷為礦井的另一安全出口。

3 地下開采采礦方法

3.1 初期設(shè)計(jì)采用分段房柱采礦法實(shí)際生產(chǎn)中面臨的主要問題

石坂坑石灰石礦450中段以上開拓掘進(jìn)建設(shè)工程完成后一年時(shí)間里實(shí)際采礦生產(chǎn)能力較低，隨著礦山生產(chǎn)展開，井下陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些地質(zhì)異?，F(xiàn)象，450主運(yùn)輸巷局部冒頂、片幫，穿脈巷道大塊掉落兩次堵塞通道，巷道交叉處兩側(cè)壓裂厚度約50cm，部分礦房附近巷道底板出現(xiàn)下沉，上、下盤兩邊墻均出現(xiàn)斷裂破碎。出現(xiàn)這些情況對(duì)礦山生產(chǎn)安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響，原設(shè)計(jì)的大部分礦房無法生產(chǎn)，沒有穩(wěn)固的礦柱，更不用說礦柱的回采。

3.2 采礦方案設(shè)計(jì)優(yōu)化思路

原設(shè)計(jì)的房柱采礦方法不能適應(yīng)該礦山條件，需研究改變采礦設(shè)計(jì)方案。根據(jù)原設(shè)計(jì)參數(shù)，研究國內(nèi)外先進(jìn)的采礦設(shè)備，可以把原有的礦柱回采鑿巖巷道作為采礦鑿巖巷道，在局部試用井下中深孔鉆機(jī)穿孔，把原來設(shè)計(jì)的礦房與礦柱采用中深孔崩落法采礦。經(jīng)過試驗(yàn)采用崩落方法開采，可以克服不良地質(zhì)條件的影響，采礦作業(yè)較安全，出現(xiàn)地表部分塌陷可控。采用“無底柱分段崩落法”在510m老采空區(qū)附近開始放頂后形成一定厚度的覆蓋層，作為放礦墊層，下一分段試用崩落法采礦形成了“無底柱分段崩落法”采礦效果。經(jīng)過試驗(yàn)后，礦山在已經(jīng)完成開拓采準(zhǔn)工作450中段逐步采用“無底柱分段崩落法”生產(chǎn)，維持了礦山的持續(xù)生產(chǎn)，找到了優(yōu)化采礦方法新途徑。

3.3 無底柱分段崩落法的優(yōu)點(diǎn)

（1）提高回采率

空?qǐng)龇ㄩ_采時(shí)需要預(yù)留礦柱。但礦柱回采的回采率很低?？?qǐng)龇ㄩ_采將損失相當(dāng)多的“三角礦柱”。華潤漳平石灰石礦是厚大的緩傾斜礦體，按原設(shè)計(jì)采用空?qǐng)龇ㄩ_采，采場需要布置成方方正正的立方體。礦體頂板、底板的“三角礦柱”無法開采，進(jìn)一步降低了回采率。采用“無底柱分段崩落法”后，礦體內(nèi)不需要留礦柱，也不存在“三角礦柱”，回采率必然會(huì)提高。

（2）降低采切比

原設(shè)計(jì)方案的采切比為23m/kt（標(biāo)準(zhǔn)米，折合為92m3/kt）。按目前漳平礦實(shí)際結(jié)算的平巷掘進(jìn)結(jié)算價(jià)格210元/m3，折合到礦石的采切掘進(jìn)成本就達(dá)到了19.32元/t。采用“無底柱分段崩落法”后，采切比將下降到30m3/kt以下，僅此一項(xiàng)就可以降低成本13.02元/kt。

底柱分段崩落法，采切比降低，減少掘進(jìn)工作量。不再設(shè)礦柱、不再有采場塌陷的隱患，徹底消除采空區(qū)對(duì)礦山安全生產(chǎn)的威脅。分步投資、分步擴(kuò)大規(guī)模。提高回采率、降低采切比，降低成本。

4 礦井通風(fēng)

為了可以保證井下通風(fēng)需要，在設(shè)計(jì)全礦主通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，需要在采場的附近設(shè)計(jì)輔助通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)機(jī)裝于地表井口，在此基礎(chǔ)上根據(jù)工程采掘的情況在進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后需要確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際構(gòu)成來確定最終設(shè)計(jì)。新鮮風(fēng)流從各中段平硐口進(jìn)入。經(jīng)沖洗采掘工作面后。從礦井主回風(fēng)巷道排出地表。

5 采空區(qū)處理

對(duì)于采用淺孔房柱法、預(yù)切頂中深孔房柱法地段，當(dāng)采空區(qū)體積不大，頂?shù)桶遢^為穩(wěn)固，下部不再進(jìn)行回采工作。可選擇采用封閉采空區(qū)的辦法。當(dāng)采空區(qū)面積較大或空區(qū)下需進(jìn)行回采工作時(shí)，選擇崩落法處理采空區(qū)。用崩落圍巖處理采空區(qū)時(shí)，在生產(chǎn)區(qū)上部形成15～20m的保護(hù)墊層，以防上部圍巖大量冒落時(shí)，沖擊氣浪和機(jī)械沖擊對(duì)采準(zhǔn)巷道、采掘設(shè)備和人員的危害。在崩落圍巖時(shí)，為減少?zèng)_擊氣浪的危害，對(duì)于離地表的空區(qū)或與地表貫通的相鄰空區(qū)，提前與上述空區(qū)崩透，形成“天窗”。對(duì)開采后會(huì)形成的大面積采空區(qū)，若不能自行冒落，應(yīng)考慮予以強(qiáng)制放頂處理。強(qiáng)制放頂工作一般與礦柱回采同段進(jìn)行，且要求礦柱超前爆破。對(duì)于采用淺孔房柱法、預(yù)切頂中深孔房柱法開采時(shí)，由于不回采礦柱，則要崩落所有支撐礦（巖）柱，以保證較好強(qiáng)制崩落圍巖的效果。放頂工作應(yīng)高度重視，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場相關(guān)情況編制相應(yīng)計(jì)劃及具體實(shí)施方案，并制定專門的安全措施。放頂后原進(jìn)入采空區(qū)的一切通道均應(yīng)予以封閉，防止人員誤入。應(yīng)切實(shí)做好巷道和采空區(qū)排水工作，避免巷道和采空區(qū)積水對(duì)巖石浸泡所導(dǎo)致的基巖的力學(xué)性質(zhì)的變化，而引起巷道和采空區(qū)頂?shù)装迨Х€(wěn)。封閉進(jìn)入采空區(qū)的通道，并設(shè)立明顯的警示標(biāo)志，防止人員誤入。

6 結(jié)束語

綜合分析考慮后，必須采取新的石灰石礦開采方式來代替原來的露天開采方式，而石灰石礦的地下開采方式就是一種優(yōu)良的選擇，這種地下開采方式正在逐步被投資者納入試用范圍。

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TD876.3

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1004-7344（2016）21-0173-02

2016-7-6