劉 濤

(湖南安化湘安鎢業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 安化縣 413508)

大溶溪白鎢礦區(qū)II、III礦層采礦參數(shù)的確定

劉 濤

(湖南安化湘安鎢業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 安化縣 413508)

湘安鎢業(yè)大溶溪礦區(qū)已有25 a采礦歷史，隨著I、IV礦層的開采已逐漸不能夠滿足生產(chǎn)礦量需求，開始將低品位II、III礦層納入開采范圍。因礦體厚大，不適用原有全面法進(jìn)行開采，擬使用上向水平分層充填采礦法進(jìn)行開采，并針對此采礦法作出相應(yīng)的采礦系統(tǒng)配套與采礦結(jié)構(gòu)布置,并確定了鑿巖與爆破參數(shù)。應(yīng)用結(jié)果表明，上向水平分層充填采礦法適用于開采低品位礦層。

厚大礦體；水平上向分層充填采礦法；中深孔；采場結(jié)構(gòu)

1 大溶溪白鎢礦區(qū)概況

大溶溪白鎢礦區(qū)位于揚(yáng)子地體與湘中南地體的結(jié)合部位，雪峰弧形韌性剪切構(gòu)造帶由NEE向NE方向的轉(zhuǎn)折處，著名的湘西鎢銻金礦帶中段。礦區(qū)為具有舒緩波狀向斜的單斜構(gòu)造，礦體傾斜與地形坡向相同，傾角較平緩，一般30°左右。深部埋藏90 m左右，大部分礦體位于侵蝕基準(zhǔn)面以上，埋藏淺，礦體距地表垂深最淺處不足30 m，一般150 m左右，最深不過300 m。礦體頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)固，破壞礦體的成礦后斷裂少見，斷距小。礦體硬度系數(shù)為12～18級，礦體基本連續(xù)完整，圍巖堅(jiān)硬穩(wěn)固，巖石硬度系數(shù)為12～14級，礦山開采十年來，井下少有支護(hù)現(xiàn)象，總的來說，礦山工程地質(zhì)條件良好。礦體整體呈大透鏡狀產(chǎn)出，從上到下依次劃分為I、II、III、IV四個(gè)礦層，其中以I、IV礦層礦石品位較好，II、III礦層次之，尤以I礦層產(chǎn)狀與品位最優(yōu)。礦體整體厚度50～70 m，東西走向長500～1000 m，呈向北傾向，礦體出露標(biāo)高580 m，鉆孔控制最低標(biāo)高為0 m。

2 采礦方法及采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.1 原采礦方法

礦山自1987年開采以來，一直使用全面法開采I礦層資源，后鎢金屬價(jià)格上漲，受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動又以全面法動采IV礦層。目前共計(jì)形成采空區(qū)約82萬m3。礦區(qū)所使用采礦法為留不規(guī)則礦柱的房柱法，其采場結(jié)構(gòu)布置見圖1。

采場沿礦體走向劃分礦房、礦柱，礦柱規(guī)格設(shè)計(jì)為Φ3.0 m,礦柱間距6～8 m(即為礦房)；先沿設(shè)計(jì)方向掘進(jìn)中段天井，礦體利用天井為自由面，自切巷往上推進(jìn)；鑿巖爆破采用7655式鑿巖機(jī)鑿巖，淺孔爆破，孔徑40 mm，深度1.8～2.2 m，平均孔距70～90 cm；使用巖石膨化硝銨炸藥爆破，導(dǎo)爆管、雷管起爆?？刂拼髩K率，礦石塊度控制在250 mm×250 mm以內(nèi)；采場通風(fēng)以自然通風(fēng)為主，局部使用機(jī)械通風(fēng)。新鮮風(fēng)流從中段天井進(jìn)入，清洗工作面后，經(jīng)東部切割巷道聯(lián)絡(luò)道與采空區(qū)由底巷排出地表；礦石經(jīng)電耙耙礦至斗口，采用人工放斗，機(jī)車加礦車運(yùn)輸至中段溜井或礦、廢石倉。

2.2 上向水平分層充填采礦法

經(jīng)過長達(dá)25 a的開采，目前大溶溪礦區(qū)白鎢礦床I、IV礦層資源消耗過快無法滿足生產(chǎn)需求，根據(jù)生產(chǎn)發(fā)展的需要準(zhǔn)備開始對II、III礦層進(jìn)行開采。針對礦體賦存的實(shí)際情況和采礦擬對II、III脈開采使用上向水平分層充填采礦法進(jìn)行開采。初步擬定采場布置見圖2。

采場垂直走向布置，每個(gè)礦房寬度為10 m，長度50 m，中段高度35 m。將礦塊沿傾斜方向分層，分層高度4 m，共分9層；每個(gè)礦塊布置6個(gè)大礦房，分別為1-6#礦房。即每個(gè)礦塊總計(jì)分為18個(gè)小礦房；在第一分層掘進(jìn)垂直于礦體走向的拉底巷道6條，然后垂直于拉底巷道扇形布孔采礦，下分層采礦時(shí)順帶形成上分層拉底巷道。在分層巷道與采場分層之間掘刷采準(zhǔn)斜坡道，在原IV脈采場采空區(qū)內(nèi)有礦體阻礙同分層礦房聯(lián)通時(shí)，掘進(jìn)或刷通；采場回采自下而上分層進(jìn)行，分層內(nèi)礦房分奇偶數(shù)跳間回采，礦房沿水平進(jìn)路后退式回采。其中，遇夾石則不采，留為礦柱。每采完一個(gè)礦房，立即進(jìn)行尾砂膠結(jié)充填。第一分層采用CY-0.75鏟運(yùn)機(jī)出礦，鏟運(yùn)機(jī)直接鏟裝至FYC0.75礦車，由礦車運(yùn)往主斜井溜井，第二分層及以上分層采場礦石采用CY-2C柴油鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)，每一臺鏟運(yùn)機(jī)供3個(gè)礦房同時(shí)出礦。鏟運(yùn)機(jī)將礦石運(yùn)至采場溜井，經(jīng)中段運(yùn)輸?shù)街骶锞儆芍骶岢龅孛妫坏谝环謱硬捎肶T28鉆機(jī)，鋼釬長度2.5 m，鉆頭直徑38 mm，人工鑿巖鉆孔平行于拉底，拉底規(guī)格3 m×2.8 m；中段通風(fēng)由主扇產(chǎn)生的負(fù)壓完成，采場局部通風(fēng)使用機(jī)械通風(fēng)，使用正壓通風(fēng)為工作面送入新鮮風(fēng)流，同時(shí)通過拉底巷道排出污風(fēng)，經(jīng)分段平巷東部的通風(fēng)井抽出；主充填系統(tǒng)通過360平硐進(jìn)入IV脈采空區(qū)，由采場采空區(qū)直接下放到需要充填的分層高度，再由拉底巷道進(jìn)入到需要充填的礦房，在礦房端部設(shè)置濾水墻，通過水溝將水引入到中段水倉。一分層充填前先施工人工假底作為下中段采場的假頂，假底厚1～2 m，采用12 mm鋼筋布網(wǎng)，網(wǎng)度300 mm×300 mm；砼標(biāo)號大于C15；膠結(jié)部分固化劑∶尾砂=1∶8比例膠結(jié)，28 d齡期強(qiáng)度超3 MPa。充填技術(shù)控制由采礦技術(shù)人員按充填技術(shù)要求，現(xiàn)場具體情況指揮和確定； 單個(gè)采場最大暴露面積350～550 m2,回采深度+290～+410 m，適合大溶溪礦區(qū)礦巖穩(wěn)固、采深淺地壓小的情況，因此，基本不需要支護(hù)。必要時(shí)可以通過減小回采跨度減小暴露面積，加強(qiáng)充填等措施控制頂板。

圖1房柱法

圖2 上向水平分層充填采礦法

3 鑿巖與爆破參數(shù)的確定

(1) 炮孔布置:炮孔為垂直上向扇形炮孔。選用YGZ90導(dǎo)軌式鉆架加TJ25圓盤鉆架進(jìn)行鑿巖，中深孔的架點(diǎn)高度為1.4 m(即TJ25圓盤鉆架的圓盤重心高度)，以1.4 m為起點(diǎn)，在控制范圍內(nèi)做扇形放射狀布孔，先布中心孔，再根據(jù)鉆孔爆破設(shè)計(jì)角度按設(shè)計(jì)位置標(biāo)定標(biāo)點(diǎn)布孔。奇偶數(shù)排孔呈梅花狀交錯(cuò)排列。

(2) 炮孔直徑D:根據(jù)選用設(shè)備YGZ90導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)可選擇孔徑為50～80 mm，根據(jù)礦山的實(shí)際情況以及大塊率的控制、孔深要求、鉆頭的耐用性等綜合考慮選擇D=60 mm。

(3) 最小抵抗線:按炮孔的直徑確定最小抵抗線，對于堅(jiān)硬巖石：

w=(20～30)d=1.2～1.8 m

式中，w為最小抵抗線，m；d為炮孔直徑，為60 mm;

參考國內(nèi)類似礦山資料，根據(jù)礦山的巖石硬度f=12～18，綜合公式計(jì)算，選擇最小抵抗線為1.35 m;

(4) 炮孔排距：垂直扇形中深孔鑿巖爆破炮孔排距即為爆破的最小抵抗線，為1.35 m;

(5) 孔底距：對于扇形孔，孔底距a可以按照以下公式計(jì)算:

a=mw=2.025～2.7 m

式中，m為密集系數(shù)，扇形中深孔，孔底m值為1.5～2.0 m；w為最小抵抗線，1.35 m;

(6) 單位炸藥消耗量：目前礦山還未開展實(shí)際的爆破藥量統(tǒng)計(jì)工作，參考國內(nèi)同類礦山經(jīng)驗(yàn)數(shù)值與礦體堅(jiān)固性系數(shù)(見表1)，取q=1.0 kg/m3。

表1 按巖石堅(jiān)固性系數(shù)取值炸藥單耗

根據(jù)計(jì)算所得的參數(shù)，對大溶溪礦區(qū)290中段的290-6#厚大礦體實(shí)驗(yàn)采場使用該參數(shù)進(jìn)行了中深孔的布孔設(shè)計(jì)，炮孔的排距為1.35 m，炮孔的孔底距為1.6～2.2 m炮孔孔徑為60 mm。炮孔的布置情況見圖3～圖4。

圖3 290-6#中深孔排孔布置

圖4 扇形孔布置及裝藥

由于大溶溪礦區(qū)礦體傾角較緩，坡度大約為30°。而且II、III礦層位于I、IV礦層的中間，因此在采場切槽方面可以省下大量的工作量，可以用原有的IV礦層采空區(qū)作為采場側(cè)向拉槽。布置排孔的坡度時(shí)應(yīng)根據(jù)采場的實(shí)際條件來因地制宜。II礦層靠近I礦層的交界處并沒有明顯的界限，其礦石品位呈逐漸下降的趨勢，在布置最后幾排排孔時(shí)因根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)?shù)臏p少孔深。

考慮到使用尾砂膠結(jié)充填，其存在的濾水以及充填體塌落收縮等問題，單次充填的厚度不宜超過5 m，因此每采礦分條應(yīng)分2次充滿，可以用上階段的拉底巷道作為充填管路與通風(fēng)管路的布設(shè)巷道。

實(shí)驗(yàn)階段使用的爆破器材為導(dǎo)爆管雷管加柱狀硝銨或乳化炸藥(直徑D=50 mm)，正式開采應(yīng)使用應(yīng)改變爆破器材，使用導(dǎo)爆索加粒狀銨油炸藥來進(jìn)行爆破，使用BQF-100裝藥器來提高炮孔裝藥的效率以及節(jié)省火工材料成本。

4 結(jié) 論

通過理論計(jì)算確定了適合大溶溪礦區(qū)的中深孔爆破參數(shù)，為厚大礦體采礦開采實(shí)驗(yàn)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。通過改變采礦方法與采礦結(jié)構(gòu)，引入機(jī)械化鑿巖與裝礦，有效的減輕了井下作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，提高了采礦效率；通過采礦嗣后充填，減少了井下空區(qū)，減少了采礦的安全風(fēng)險(xiǎn)。

[1]采礦手冊編委會.采礦設(shè)計(jì)手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社.1990.

[2]王運(yùn)敏，等.現(xiàn)代采礦手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社.2012.

[3]王黎明，等.湖南安化湘安鎢業(yè)公司大溶溪礦區(qū)1500 t/d改擴(kuò)建方案說明書[R].2008.10.

[4]劉成平，等.新型尾砂膠結(jié)材料在礦山充填中的應(yīng)用[C]//第五屆中國充填采礦技術(shù)與裝備大會,2011.

2017-05-19)

劉 濤(1986-)，男，湖南常德人，助理工程師，主要從事采礦技術(shù)與管理工作,Email：32540298@qq.com。