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        極不穩(wěn)固圍巖松散礦體回采工藝的改進(jìn)

        2016-08-30 13:25:43陳義糧郁富林2
        采礦技術(shù) 2016年4期
        關(guān)鍵詞:采場(chǎng)礦體頂板

        陳義糧,郁富林2

        (1.湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司, 湖南衡陽(yáng)市 421513;2.江西小龍鎢業(yè)有限公司, 江西吉安市 343723)

        極不穩(wěn)固圍巖松散礦體回采工藝的改進(jìn)

        陳義糧1,郁富林2

        (1.湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司, 湖南衡陽(yáng)市 421513;2.江西小龍鎢業(yè)有限公司, 江西吉安市 343723)

        摘 要:柏坊銅礦銅鼓塘礦段八中段Ⅵ礦體為軟巖礦體,礦體頂板為溶洞沉積型松散圍巖,底板為煤系層頁(yè)巖,礦體和圍巖極不穩(wěn)固,采用傳統(tǒng)進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填法順序采礦,存在著進(jìn)路支護(hù)量多,垮區(qū)處理次數(shù)多,導(dǎo)致生產(chǎn)效率低,成本高,安全性差。針對(duì)八中段的生產(chǎn)條件,掘進(jìn)井巷時(shí),遇到圍巖松散的垮區(qū),利用氣腳式鉆機(jī)打空心標(biāo)桿至圍巖中,進(jìn)行超前支護(hù)控頂。在布置采場(chǎng)時(shí),結(jié)合上向或下向進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填采礦順序特點(diǎn),提出錯(cuò)位下向進(jìn)路式分層膠結(jié)充填法,顯著提高采礦生產(chǎn)效率和作業(yè)安全,且進(jìn)路支護(hù)成本明顯降低。

        關(guān)鍵詞:極不圍巖松散礦體;超前支護(hù);錯(cuò)位下向進(jìn)路式分層膠結(jié)充填法

        1 礦床特征與礦石類型

        湖南水口山柏坊銅礦銅鼓塘礦床是全國(guó)著名的小而富隱伏銅鈾礦床,伴生鈾、銀元素,由Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ四個(gè)礦體組成。礦區(qū)位于衡陽(yáng)盆地南緣與上古生代隆起過(guò)渡地帶,祁陽(yáng)—水口山東西向基底斷裂帶,處于耒陽(yáng)—臨武南北向構(gòu)造帶的北端和新華夏構(gòu)造體系的交接復(fù)合部位,構(gòu)造十分復(fù)雜,且斷層、褶皺非常發(fā)育,常見(jiàn)有斷層泥、破碎角礫構(gòu)造等。其中Ⅵ號(hào)礦體為礦段規(guī)模最大的礦體,位于Ⅱ號(hào)礦體的南東,嚴(yán)格受東西向的F22斷層的控制。礦體產(chǎn)于F22斷層上盤(pán)石炭系壺天群碳酸鹽構(gòu)造中及下盤(pán)二疊系斗嶺組煤系及砂頁(yè)巖中,礦體埋深155~230m,礦體走向長(zhǎng)250m,延深140m,最大厚度為26.61m,平均厚度為7.76m,礦體傾向?yàn)?00°,傾角為10° ~30°,礦體呈不規(guī)則的透鏡狀和扁豆?fàn)?,且常?jiàn)分支、膨大縮少現(xiàn)象。礦體平均品位Cu 6.18%,Ag 104.10 g/t。

        礦石主要結(jié)構(gòu)以他形粒狀為主,其次為交代殘余結(jié)構(gòu)、結(jié)核狀結(jié)構(gòu)、葉片狀結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造以致密塊狀為主,其次為角礫狀、脈狀、浸染狀、層狀等。礦石自然類型較復(fù)雜。礦段上部(-40m標(biāo)高以上)氧化程度高,代表礦物為孔雀石;中部(-40~-70m標(biāo)高)為混合礦,以孔雀石、輝銅礦為主;下部(-70m標(biāo)高以下)則以硫化礦石為主,其代表礦物為輝銅礦。

        2 現(xiàn)狀分析

        柏坊銅礦到現(xiàn)在已經(jīng)有近50 a的開(kāi)采歷史。主要礦體為Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、劉家灣礦體。目前除八中段Ⅵ礦體礦石儲(chǔ)量較大點(diǎn)外,其余礦體均開(kāi)采完畢,礦產(chǎn)資源已近枯竭。Ⅵ礦體上盤(pán)為紅色泥巖、砂巖、角礫巖組成,下盤(pán)為碳質(zhì)葉巖和灰?guī)r組成,曾先后采用上向水平分層膠結(jié)充填法、下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填法回采八中段底部至一付層以下高品位礦石?,F(xiàn)八中段一付層以上Ⅵ礦體未開(kāi)采部分儲(chǔ)量約2.8 萬(wàn)t,呈東西走向,礦體傾角10°~30°,礦體厚度1~8m,礦體及圍巖不穩(wěn)固,孔隙水比較發(fā)育,容易形成泥石流,作業(yè)過(guò)程中頂板管理比較困難,巷道或開(kāi)采進(jìn)路需采用木架支護(hù),導(dǎo)致生產(chǎn)成本比較高,極大影響了作業(yè)效率。由于此處礦體為含量大的泥質(zhì)礦體,每當(dāng)進(jìn)路掘至水流比較多的地段就出現(xiàn)泥石流現(xiàn)象,使采礦無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行,給生產(chǎn)帶來(lái)很大的安全隱患。為了克服這些困難,礦山采用水泥注漿進(jìn)行堵水加固圍巖的方式處理,而效果并不理想。

        3 傳統(tǒng)工藝分析

        3.1采礦方法

        礦山自1972年全面推廣采用上向或下向水平分層膠結(jié)充填采礦法,目前也是礦山主要的采礦方法,而崩落法只用于無(wú)充填系統(tǒng)的殘礦回收。

        根據(jù)礦巖的穩(wěn)固程度,上向水平分層膠結(jié)充填采礦法的回采進(jìn)路規(guī)格一般為(2.0~2.5)m×(2.0~3.0)m,進(jìn)路長(zhǎng)10~30m,坡度10°左右。根據(jù)礦體傾角和厚度的不同,分兩種情況布置進(jìn)路:當(dāng)?shù)V體傾角小于30°,厚度大于15m時(shí),采場(chǎng)垂直走向布置;當(dāng)?shù)V體傾角大于30°,厚度小于15m時(shí),采場(chǎng)沿走向布置。采場(chǎng)可單側(cè)布置,也可采用雙側(cè)布置。

        采礦順序?yàn)椋菏紫仍诘V體底板拉底,布置出礦系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和行人通道,然后從采場(chǎng)一分層分進(jìn)路逐條開(kāi)采,每條進(jìn)路采完后進(jìn)行充填,最后待一分層礦體全部采出后,轉(zhuǎn)到上一分層進(jìn)行采礦。

        上向進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填采礦法優(yōu)點(diǎn):

        (1)進(jìn)路回采,頂板暴露面積較小,暴露時(shí)間較短,回采作業(yè)的安全性易于保證;

        (2)巷道規(guī)格及方向靈活多變,適應(yīng)該礦復(fù)雜多變的礦體,故貧化、損失指標(biāo)較低;

        (3)進(jìn)路出礦比較快,回風(fēng)較快,污風(fēng)可較快排出,故一個(gè)工作循環(huán)耗時(shí)比較短。

        上向進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填采礦法對(duì)于比較松軟的礦巖,其優(yōu)點(diǎn)不能較好的體現(xiàn),采礦進(jìn)路需要及時(shí)支護(hù),支護(hù)材料消耗比較多,使得采礦效率和采礦效益都大幅降低,不利于礦山企業(yè)的發(fā)展。

        下向進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填采礦法與上向進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填采礦法類似,不同之處在于先從礦體頂板往礦體底板開(kāi)采,其優(yōu)點(diǎn)除了具備上向進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填采礦法優(yōu)點(diǎn)外,其頂板較上向進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填采礦法易管理,但是其前期采礦成本較高,第一分層每條進(jìn)路支護(hù)量較多,且每分層需要掘進(jìn)主電耙道,工程量較大。

        3.2巷道掘進(jìn)支護(hù)

        柏坊銅礦主要運(yùn)輸平巷采用混凝土砌碹和錨噴聯(lián)合進(jìn)行支護(hù),而部分巷道或采場(chǎng)進(jìn)路采用木材與工字鋼聯(lián)合支護(hù)。由于該礦體地質(zhì)條件復(fù)雜、礦巖不穩(wěn)定且地壓活動(dòng)頻繁,許多井巷工程施工至圍巖極不穩(wěn)固區(qū)域時(shí),頂板圍巖出現(xiàn)邊施工邊冒落下來(lái)的情形,給作業(yè)帶來(lái)極大安全威脅。

        4 工藝改進(jìn)

        4.1垮區(qū)處理工藝改進(jìn)

        在井巷掘進(jìn)或采場(chǎng)進(jìn)路作業(yè)面,遇松散圍巖易垮落的地段,采用氣腳式鉆機(jī)在垮區(qū)端頭面打4m左右無(wú)縫鋼管標(biāo)桿控頂進(jìn)行超前支護(hù)(如圖1所示),形成了一排承接巷道頂板壓力的鋼管抗壓層,然后再向前掘進(jìn)。每掘進(jìn)0.5~1.0m時(shí),用普通木架或工字鋼在鋼管鏢尖抗壓層下面支護(hù)。如此循環(huán)作業(yè),便形成了一條穩(wěn)定安全的巷道。

        圖1 垮區(qū)支護(hù)示意

        4.2采礦方法改進(jìn)

        軟弱礦體之所以開(kāi)采難度大,主要問(wèn)題是圍巖松軟破碎,巷道容易變形,架木支護(hù)量比較多,人工搬運(yùn)支護(hù)材料耗時(shí)較多。針對(duì)這種情況,通過(guò)改進(jìn)采礦工藝后,可克服這種困難,不僅可節(jié)約大部分支護(hù)材料,而且提高了工作進(jìn)度及采場(chǎng)安全系數(shù)。

        本次改進(jìn)主要通過(guò)采用錯(cuò)位下向進(jìn)路式分層膠結(jié)充填法(如圖2所示),以兩個(gè)分層開(kāi)采為一個(gè)循環(huán),首先在礦體底板切割人行出礦斗至礦體頂板,接著在礦體頂板施工n-1#進(jìn)路、充填斜坡道,然后進(jìn)行進(jìn)路回采。其次錯(cuò)位回采n分層與n1分層礦體,采礦順序?yàn)橄炔蒼-1#進(jìn)路,接著采n1-1#進(jìn)路;待n1-1#進(jìn)路采完,再轉(zhuǎn)到n-2#進(jìn)路開(kāi)采;n-2#進(jìn)路采完,再采n1-2#進(jìn)路,這樣交替布置進(jìn)路使得下一分層進(jìn)路頂板及一側(cè)形成兩面堅(jiān)固的充填料,形成比較穩(wěn)固的人工圍巖,該人工圍巖減小了進(jìn)路支護(hù)量,給下層礦體的回采提供了一個(gè)安全穩(wěn)定作業(yè)環(huán)境,以此類推至采完此兩分層礦。最后按照此方法依次回采下一個(gè)循環(huán)至無(wú)礦為止。

        4.3改進(jìn)后的效果

        改進(jìn)后的回采方法,每?jī)蓚€(gè)分層可共用一條出礦電耙道,減少切割工程量,節(jié)約出礦電耙道支護(hù)成本;減少了下面分層進(jìn)路支護(hù)量,增加了采礦作業(yè)面安全系數(shù),提高了采礦工作效率。

        5 結(jié) 語(yǔ)

        本次改進(jìn)后,從八中段幾個(gè)采場(chǎng)的開(kāi)采情況來(lái)看,采礦回收率達(dá)到96%以上,取得了良好的采礦經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。說(shuō)明本次改進(jìn)措施切實(shí)可行,在本礦區(qū)破碎松軟地段取得理想效果。首先改善了八中段采場(chǎng)作業(yè)環(huán)境,提高了作業(yè)面安全系數(shù),其次采減少了電耙道掘進(jìn)量,增加了回采作業(yè)時(shí)間,最后對(duì)于巖性松軟,減少了支護(hù)工程,材料的消耗大幅減少,創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

        參考文獻(xiàn):

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

        [2]東兆星,吳士良.井巷工程[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2004.

        [3]陳昭怡,吳桂英.材料力學(xué)[M].北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社,2005.

        [4]GB50595-2010.有色金屬采礦設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        收稿日期:(2016-01-15)

        作者簡(jiǎn)介:陳義糧(1988-),男,江西萍鄉(xiāng)人,助理工程師,主要從事工作為金屬地下礦山開(kāi)采,Email:2856317290@qq. com。

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