熊有為

(1.長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，　湖南 長沙　410000；2.深井礦山安全高效開采技術(shù)湖南省工程研究中心，　湖南 長沙　410000)

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緩傾斜破碎薄礦體盤區(qū)機(jī)械化進(jìn)路充填采礦方法研究

熊有為1，2

(1.長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙410000；2.深井礦山安全高效開采技術(shù)湖南省工程研究中心，湖南 長沙410000)

針對金屬礦山緩傾斜破碎薄礦體開采難的技術(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合某銀礦的開采技術(shù)條件，開展采礦方法研究，提出盤區(qū)機(jī)械化進(jìn)路充填采礦法技術(shù)方案。采用臺車淺孔鑿巖，鏟運(yùn)機(jī)出礦，坑內(nèi)卡車直接運(yùn)出地表，嗣后尾砂膠結(jié)充填。生產(chǎn)實(shí)踐表明，該采礦方法使得盤區(qū)綜合生產(chǎn)能力達(dá)到600～800 t/d，盤區(qū)損失率5%～7%，貧化率8%～10%，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

緩傾斜；薄礦體；盤區(qū)機(jī)械化進(jìn)路采礦；尾砂膠結(jié)充填

緩傾斜破碎薄礦體的回采一直以來是國內(nèi)外公認(rèn)的一大技術(shù)難題。由于礦體傾角緩，采場底板的水平傾角小于礦堆自然安息角，礦石無法自溜，不能在底部結(jié)構(gòu)中集中出礦；礦體厚度薄，不適宜中深孔高效爆破，且礦石貧化率較高；礦體和圍巖破碎，允許暴露面積較小，安全性較差，礦柱回收困難，礦量損失較大[1]。針對這種礦體的回采，主要采用水壓支柱護(hù)頂?shù)娜娣ê头恐╗2￣3]，偽傾斜單采尾砂膠結(jié)充填法[4]，以及在采場內(nèi)采取控制爆破等技術(shù)措施[5]。以上采礦方法雖然一定程度改善了采場安全性，適應(yīng)礦體產(chǎn)狀，但生產(chǎn)能力較低，勞動強(qiáng)度較大。

本文根據(jù)廣東某銀礦典型緩傾斜破碎薄礦體的賦存特征，進(jìn)行采礦方法研究，形成技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)可行的采礦方法技術(shù)方案，為緩傾斜破碎薄礦體安全高效回采提供參考。

1　開采技術(shù)條件

礦區(qū)位于廣東省佛山市與肇慶市交界處，離城市較近，靠近西江，周邊有密集村落、大學(xué)城等，地表環(huán)保要求高。礦床為中—低溫?zé)嵋盒碗[伏銀礦床，礦體呈似層狀，多層平行產(chǎn)出。主礦體Ⅰ號礦體賦存于上三疊統(tǒng)小坪組與下石炭統(tǒng)界面間的Fx1滑脫斷裂帶內(nèi)，含礦巖石為硅化巖、硅化角礫巖、硅化灰?guī)r等。結(jié)構(gòu)面以Ⅱ級為主，巖體結(jié)構(gòu)類型為層狀結(jié)構(gòu)(Ⅱ1)、層狀碎裂結(jié)構(gòu)(Ⅲ2)，巖石呈多角形塊體。巖石天然抗壓強(qiáng)度24.40～115.50 MPa，平均值為62.05 MPa。工程穩(wěn)定性中等。裂隙發(fā)育，巖石較破碎，巖芯多呈塊狀，少量短柱狀，局部破碎成碎屑狀，RQD多在25%～68%之間，平均值為43%，巖石質(zhì)量屬劣～中等，巖石質(zhì)量多為Ⅳ級，局部為Ⅲ級。巖體質(zhì)量等級極壞，巖體質(zhì)量差，屬Ⅳ類巖體。礦體頂板為上三疊統(tǒng)碎屑巖，主要巖性為長石石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、含礫砂巖等，受構(gòu)造活動影響，頂板圍巖完整性和穩(wěn)固性差。礦體底板圍巖以灰?guī)r為主，部分為角礫狀灰?guī)r，完整性和穩(wěn)固性好，工程性質(zhì)佳。礦體連續(xù)性較好，局部存在膨大縮小、分枝復(fù)合及尖滅再現(xiàn)的現(xiàn)象。礦體總體走向40°左右，總長2318 m，水平投影寬100～670 m，平均寬373 m，厚0.28～32.2 m，平均厚度4.72 m，賦礦標(biāo)高一般在-54～-220 m 之間。產(chǎn)狀與斷裂帶產(chǎn)狀基本一致，形如向斜，剖面上呈“碟狀”，不同部位產(chǎn)狀有所變化，礦體傾角10°～20°，平均傾角12°。銀礦石平均品位Ag 225.93 g/t，同時伴生Au 0.19 g/t、Pb 0.20%，Zn 0.65%。礦體中空洞發(fā)育，規(guī)模從數(shù)十厘米到十幾米不等，多數(shù)空洞上下皆為礦(化)體，空洞的存在可能會增加開采難度。礦石工業(yè)類型為原生銀礦石，自然類型主要為硅質(zhì)銀礦石，其次為鈣硅質(zhì)銀礦石，礦石平均體重為2.65 t/m3。

2　開拓運(yùn)輸系統(tǒng)布置

根據(jù)礦體的賦存狀態(tài)、擬定的采礦方法，以方便開采、減少投入、提高產(chǎn)出為原則，確定中段高度為30 m。開拓系統(tǒng)為雙無軌斜坡道開拓方式，滿足礦山6000 t/d生產(chǎn)規(guī)模。中段的礦石通過采場溜井下部的振動放礦機(jī)裝入井下卡車后，再由井下卡車通過中段運(yùn)輸巷道、斜坡道和地表公路運(yùn)至地表礦石堆場或選廠礦倉。中段的廢石由井下卡車通過中段運(yùn)輸巷道、斜坡道和地表公路運(yùn)至廢石場。由此形成井下和地表全無軌運(yùn)輸模式。

3　采礦方法

3.1采礦方法選擇

根據(jù)礦區(qū)地表環(huán)境及礦體賦存特征，主要從以下幾方面進(jìn)行采礦方法選擇：

(1) 考慮礦區(qū)附近有珠江水系、村落、大學(xué)城等，周邊環(huán)境復(fù)雜，對環(huán)保、水保和安全要求較高，地表不允許塌陷，同時銀礦石品位較高，銀礦體只宜采用充填法進(jìn)行回采。

(2) 礦體傾角緩，具備鑿巖臺車、鏟運(yùn)機(jī)等無軌設(shè)備進(jìn)入采場的作業(yè)條件；采用無軌機(jī)械化設(shè)備能更好適應(yīng)礦體底板起伏和增大采場生產(chǎn)能力。

(3) 礦體走向較長，連續(xù)性好，具備盤區(qū)開采條件，有利于減少采準(zhǔn)切割工程量，提高生產(chǎn)效率。

(4) 礦體頂板不穩(wěn)固，礦石穩(wěn)固性中等，且礦體中空洞發(fā)育，工作面暴露面積不宜太大，采場宜以進(jìn)路形式布置。

因此，綜合以上因素，提出適用于緩傾斜破碎薄礦體開采的盤區(qū)機(jī)械化進(jìn)路充填采礦法。

3.2采礦方法簡述

(1) 盤區(qū)結(jié)構(gòu)參數(shù)。盤區(qū)沿礦體走向布置，長度100～120 m，沿傾向方向盤區(qū)斜長100～120 m，寬度為礦體水平厚度，留底柱3 m，頂柱3 m。盤區(qū)內(nèi)布置進(jìn)路分條開采，進(jìn)路斷面寬×高為4 m×4 m，礦山在實(shí)際生產(chǎn)過程中可根據(jù)礦體厚度和礦巖穩(wěn)固性進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

(2) 采準(zhǔn)、切割工程。主要包括無軌設(shè)備聯(lián)絡(luò)道、切割橫巷、盤區(qū)斜坡道、盤區(qū)溜井等。由中段無軌運(yùn)輸巷道向礦體掘進(jìn)坡度≤15%的無軌設(shè)備聯(lián)絡(luò)道，作為無軌設(shè)備進(jìn)出盤區(qū)的通道；聯(lián)絡(luò)道抵達(dá)礦體后沿礦體走向掘進(jìn)切割橫巷，再從切割橫巷往上沿礦體傾向掘進(jìn)盤區(qū)斜坡道，坡度≤15% (礦體傾角≥8.5°時，采用折返式布置；礦體傾角<8.5°時，沿礦體傾向直線布置)，與上中段切割橫巷連通；在盤區(qū)內(nèi)布置兩條Φ=3.0 m盤區(qū)溜井，從中段運(yùn)輸巷道掘進(jìn)穿脈運(yùn)輸巷道與溜井連通，作為卡車裝運(yùn)礦石的通道，溜井底部安裝振動放礦機(jī)。盤區(qū)機(jī)械化進(jìn)路充填采礦法見圖1。

圖1 盤區(qū)機(jī)械化進(jìn)路充填采礦法

(3) 礦石回采。在盤區(qū)內(nèi)進(jìn)行進(jìn)路式回采，自盤區(qū)斜坡道沿礦體走向布置回采進(jìn)路。為方便無軌設(shè)備行走，進(jìn)路底板水平布置。根據(jù)礦體及頂板圍巖穩(wěn)固性，采用“隔一采一”或“隔三采一”的進(jìn)路回采布置方式，進(jìn)路采完后立即進(jìn)行充填。

鑿巖主要采用Boomer 281進(jìn)口液壓鑿巖臺車，鑿巖效率為150～180 t/臺班。炮孔直徑45 mm，孔深3～3.5 m，孔底距1.5～2.0 m，排間距1.5～1.8 m，采用銨油或乳化炸藥、非電毫秒雷管及導(dǎo)爆管爆破。

出礦主要采用ST-3.5型3.0 m3柴油鏟運(yùn)機(jī)。工作面爆破后進(jìn)行通風(fēng)，頂板浮石處理，然后爆落礦石由鏟運(yùn)機(jī)鏟裝卸入采場溜井。鏟運(yùn)機(jī)出礦效率為250～300 t/臺班。

礦石從溜井底板振動放礦機(jī)放至MT-436B型30 t卡車，通過中段運(yùn)輸平巷和主斜坡道運(yùn)出地表。

(4) 采場通風(fēng)。采場主要依靠貫穿風(fēng)流通風(fēng)，新鮮風(fēng)流從斜坡道、專用進(jìn)風(fēng)井等進(jìn)入中段，經(jīng)穿脈巷道、脈內(nèi)聯(lián)絡(luò)平巷及盤區(qū)進(jìn)入采場，進(jìn)路掘進(jìn)時為獨(dú)頭巷道，爆破后采用局扇加強(qiáng)通風(fēng)，將污風(fēng)匯入上部回風(fēng)中段，最終通過主回風(fēng)道、回風(fēng)豎井等排出地表。

(5) 頂板管理。通風(fēng)結(jié)束后，工人進(jìn)入工作面檢查爆破效果，查看有無啞炮和頂板安全狀況，撬掉浮石和松動巖石，同時向爆堆進(jìn)行噴霧灑水。如頂板局部不穩(wěn)定，可用錨桿支護(hù)。

(6) 采場充填。進(jìn)路回采結(jié)束后采用尾砂膠結(jié)充填。充填管道由鉆孔下到井下鉆孔硐室，通過中段運(yùn)輸平巷、無軌設(shè)備聯(lián)絡(luò)道和盤區(qū)斜坡道進(jìn)入采場。平巷充填管道為Φ146 mm×6 mm的無縫鋼管，采場充填支管為Φ140 mm×6 mm PVC復(fù)合管。

待充填進(jìn)路先砌筑鋼筋混凝土擋墻，鋪設(shè)泄水管，然后進(jìn)行充填。盤區(qū)一步驟回采進(jìn)路采用灰砂比為1∶8的尾砂膠結(jié)料進(jìn)行充填，二步驟回采進(jìn)路可采用廢石和灰砂比1∶20的尾砂膠結(jié)料進(jìn)行充填。

(7) 盤區(qū)生產(chǎn)能力。工作面鑿巖、出礦均為機(jī)械化作業(yè)，單條進(jìn)路生產(chǎn)能力為150～200 t/d，每個盤區(qū)平均組織4條進(jìn)路同時進(jìn)行生產(chǎn)，盤區(qū)綜合生產(chǎn)能力為600～800 t/d。礦山正常生產(chǎn)時期2～3個中段同時生產(chǎn)，同時工作盤區(qū)數(shù)為12～14個，能夠滿足礦山6000 t/d生產(chǎn)規(guī)模。

3.3主要技術(shù)指標(biāo)

盤區(qū)機(jī)械化進(jìn)路充填采礦法主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1　盤區(qū)機(jī)械化進(jìn)路充填采礦法主要技術(shù)指標(biāo)

盤區(qū)機(jī)械化進(jìn)路充填采礦法的噸礦回采材料消耗見表2。

表2　盤區(qū)機(jī)械化進(jìn)路充填采礦法材料消耗

4　結(jié)　論

(1) 根據(jù)某礦礦體賦存條件及開拓運(yùn)輸系統(tǒng)布置，對采礦方法進(jìn)行研究，形成適用于緩傾斜破碎薄礦體的盤區(qū)機(jī)械化進(jìn)路充填采礦方法技術(shù)方案。

(2) 礦塊采用盤區(qū)布置，進(jìn)路回采，盤區(qū)綜合生產(chǎn)能力為600～800 t/d，盤區(qū)損失率5%～7%，貧化率8%～10%。

(3) 采用充填法對緩傾斜破碎薄礦體進(jìn)行回采，既提高了礦石回采率，也有利于控制地壓活動和巖石移動，保護(hù)井下人員、設(shè)備和地表建筑、設(shè)施的安全。

[1]甯瑜琳，胡建華.緩傾斜薄礦體采場極限暴露面積與參數(shù)優(yōu)化[J].礦冶工程,2014,34(1):14￣17.[2]周科平，翟建波，高峰，等.緩傾斜薄礦體采場偽傾斜布置及參數(shù)優(yōu)化研究[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,37(2):376￣378.[3]王貽明，姚高輝，夏紅春，等.緩傾斜破碎薄礦體采礦方法選擇與采場參數(shù)優(yōu)化[J].現(xiàn)代礦業(yè),2010(5):15￣18.[4]梁乃躍，楊鵬，呂文生，等.偽傾斜單采尾砂膠結(jié)充填采礦法在緩傾斜薄礦體開采中的應(yīng)用[J].有色金屬(礦山部分),2012,64(4):6￣9.[5]柯錦福，吳愛祥，王貽明.破碎礦巖采場控制爆破技術(shù)[J].現(xiàn)代礦業(yè),2015(7):36￣38.

2016￣02￣17)

熊有為(1987-)，男，湖南汨羅人，工程師，碩士，研究方向?yàn)榻饘俚V山安全高效開采。