趙明宣

(山東黃金礦業(yè)(萊州)股份有限公司三山島金礦， 山東 萊州市 261442)

三山島金礦破碎帶中采場聯(lián)絡(luò)道優(yōu)化研究

趙明宣

(山東黃金礦業(yè)(萊州)股份有限公司三山島金礦， 山東 萊州市 261442)

三山島金礦新立礦區(qū)是我國第一座海下開采的硬巖金屬礦山，采礦方法主要為上向分層充填采礦法。礦區(qū)西南部局部礦體下盤有平均厚度7～8 m左右的破碎帶，傾角幾乎與礦體平行，距離礦體約20 m左右，采場聯(lián)絡(luò)道在破碎帶處需多次短掘短支成巷，成本較高。鑒于此，筆者嘗試優(yōu)化采場聯(lián)絡(luò)道坡度，提出一種“過山車式”采場聯(lián)絡(luò)道設(shè)計(jì)，避免了分層聯(lián)絡(luò)道多次支護(hù)，縮短了施工工期，提高了作業(yè)安全系數(shù)，成功應(yīng)用該設(shè)計(jì)于新立礦區(qū)5個(gè)分段共計(jì)10條采場聯(lián)絡(luò)道，節(jié)省費(fèi)用176萬元。

破碎帶；采場聯(lián)絡(luò)道；過山車式；分層聯(lián)絡(luò)道

0 引 言

三山島金礦新立分礦位于山東省萊州市，隸屬于山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司，是我國第一座海下開采的硬巖金屬礦山，開拓方式主要為豎井和斜坡道聯(lián)合開拓，采礦方法主要為盤區(qū)上向分層充填采礦法[1￣11]。

采準(zhǔn)工程設(shè)計(jì)是礦山開采設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容之一，其是否合理經(jīng)濟(jì)對礦山生產(chǎn)的安全水平及經(jīng)濟(jì)效益有重大影響[12]。由于上向分層充填采礦法每個(gè)礦房都需布置采場聯(lián)絡(luò)道，而三山島金礦新立礦區(qū)下盤地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，眾多采場聯(lián)絡(luò)道施工都采用U型可縮性支架支護(hù)，在地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育完全區(qū)域采用短支短掘技術(shù)，采場每分層回采完畢后，都要進(jìn)行轉(zhuǎn)層采場聯(lián)絡(luò)道壓頂工作，致使每條采場聯(lián)絡(luò)道都要進(jìn)行多次短支短掘施工，從而增加了采礦成本及采場周轉(zhuǎn)時(shí)間，危險(xiǎn)性較大，施工時(shí)間較長，掘進(jìn)成本較高。

鑒于此，筆者嘗試優(yōu)化采場聯(lián)絡(luò)道坡度系數(shù)，提出一種“過山車式”采場聯(lián)絡(luò)道，避免了采場聯(lián)絡(luò)道短支短掘重復(fù)施工，增加了采場聯(lián)絡(luò)道服務(wù)層數(shù)，改變了原來傳統(tǒng)的采場聯(lián)絡(luò)道壓頂施工方法。該設(shè)計(jì)將采場聯(lián)絡(luò)道需要進(jìn)行短支短掘的區(qū)域施工一定上行坡度的采場聯(lián)絡(luò)道，通過此區(qū)域后再施工下行的采場聯(lián)絡(luò)道，形狀類似“過山車”，實(shí)現(xiàn)采場聯(lián)絡(luò)道僅短支短掘一次，即可服務(wù)2～3分層，減少每條采場聯(lián)絡(luò)道短支短掘10 m左右，在新立礦區(qū)應(yīng)用此設(shè)計(jì)于10條采場聯(lián)絡(luò)道，降低成本176萬元。

1 工程概況

三山島金礦新立礦區(qū)西南部分段運(yùn)輸巷道的圍巖是鉀化碎裂花崗巖，巖石強(qiáng)度較低。在礦體下盤圍巖中取得的試件為花崗巖：淺褐色，中粒花崗變晶結(jié)構(gòu)，少量節(jié)理裂隙發(fā)育；巖石干密度為2757 kg/m3，單軸抗壓強(qiáng)度為93.46 MPa，彈性模量為42.57 GPa，泊松比為0.246，抗拉強(qiáng)度為3.900 MPa；巖石試件平均波速為4568.5 m/s，粘聚力為15.63 MPa，內(nèi)摩擦角為41.4°。屬于松動(dòng)地壓，節(jié)理裂隙以及其它大型地質(zhì)構(gòu)造相互剪切形成了一定范圍的破碎松動(dòng)范圍，巖石膨脹系數(shù)較小。

結(jié)構(gòu)面屬于沉積結(jié)構(gòu)面，含水量少，部分地段潮濕，巖體結(jié)構(gòu)為塊體化或者碎裂化，處于其中的巷道容易發(fā)生片幫冒落。借助地質(zhì)羅盤和卷尺，采用測線法在礦區(qū)西南局部區(qū)域巷道進(jìn)行節(jié)理裂隙調(diào)查，采用窗口法[13￣14]對該區(qū)域進(jìn)行節(jié)理裂隙調(diào)查，結(jié)果見圖1。

圖1 部分區(qū)域巷道節(jié)理空間分布

巷道地壓顯現(xiàn)明顯，巖體呈現(xiàn)塊體化或者散體結(jié)構(gòu)，節(jié)理十分發(fā)育，貫穿性良好，結(jié)構(gòu)面平直光滑，泥質(zhì)充填且裸漏部分充填物潮濕，碎石易于沿結(jié)構(gòu)面滑落造成巷道坍塌冒落。局部地段由于主節(jié)理和松動(dòng)地壓次生節(jié)理非常發(fā)育，次生節(jié)理貫穿性一般，結(jié)構(gòu)面粗糙，大部分節(jié)理間距小于20 cm。次生節(jié)理與原生主節(jié)理相互剪切，使得巖體塊體化或碎裂化嚴(yán)重，巖體穩(wěn)定性較差。其中多個(gè)采場聯(lián)絡(luò)道沿節(jié)理傾向掘進(jìn)，成巷較易，但巷道穩(wěn)定性差。且新立礦區(qū)西南部局部礦體下盤有平均厚度7～8 m左右的破碎帶，傾角約60°，幾乎與礦體平行，距離礦體約20 m左右，使礦體開采難度加大，安全性降低，開采成本大幅增加，破碎帶與礦體位置見圖2。

圖2 新立礦區(qū)局部礦體與破碎帶位置

2 采場聯(lián)絡(luò)道優(yōu)化

2.1 原采場聯(lián)絡(luò)道

三山島金礦新立礦區(qū)原采場聯(lián)絡(luò)道的施工工序?yàn)椋?/p>

(1) 自分段平巷向礦體水平掘進(jìn)5 m左右；

(2) 向開采分段下層開挖分層聯(lián)絡(luò)道，并對穿過破碎帶的部位進(jìn)行短掘短支加強(qiáng)支護(hù)；

(3) 下層礦體回采完畢后進(jìn)行壓頂，后開挖中層聯(lián)絡(luò)道，并短掘短支破碎帶部位；

(4) 中層礦體回采完畢后進(jìn)行壓頂，開挖上層聯(lián)絡(luò)道，并短掘短支破碎帶部位(見圖3)。

由圖3可知，原采場聯(lián)絡(luò)道施工過程中各分層聯(lián)絡(luò)道均穿過破碎帶，均需進(jìn)行短掘短支，且第二分層壓頂工程量較大，極大地增加了開采成本，延長了回采工期，降低了年產(chǎn)量，影響了礦山開采經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 “過山車式”采場聯(lián)絡(luò)道

考慮三山島新立礦區(qū)礦體下盤有一定厚度的破碎帶，采用原采場聯(lián)絡(luò)道設(shè)計(jì)施工成本高，時(shí)間長，經(jīng)濟(jì)效益差，筆者通過現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查和工業(yè)試驗(yàn)研究，提出一種“過山車式”采場聯(lián)絡(luò)道(見圖4)。

圖3原采場聯(lián)絡(luò)道施工剖面

圖4 “過山車式”采場聯(lián)絡(luò)道施工剖面

由圖4可知，“過山車式”采場聯(lián)絡(luò)道的施工工序?yàn)椋?/p>

(1) 自分段平巷向礦體水平或微向上開挖聯(lián)絡(luò)道，采用短掘短支施工工藝穿過破碎帶；

(2) 開挖各分層聯(lián)絡(luò)道并壓頂。

由于破碎帶與礦體距離沿礦體走向和傾向有一定差異，故自分段平巷開挖至破碎帶的聯(lián)絡(luò)道(后稱為“主聯(lián)絡(luò)道”)的坡度十分重要，其直接影響分層聯(lián)絡(luò)道的坡度是否滿足鏟運(yùn)機(jī)出礦的坡度。

新立礦區(qū)西南部脈外分段平巷距離礦體平均距離為40 m左右，破碎帶距離礦體20 m左右，礦體平均傾角約55°，破碎帶平均傾角約60°。主聯(lián)絡(luò)道不同坡度時(shí)，分層聯(lián)絡(luò)道的坡度曲線見圖5。

由圖5曲線可知，上分層和中分層聯(lián)絡(luò)道隨主聯(lián)絡(luò)道的坡度增大而減小，下分層聯(lián)絡(luò)道隨主聯(lián)絡(luò)道坡度的增大而增大，綜合考慮3個(gè)分層聯(lián)絡(luò)道的坡度均便于鏟運(yùn)機(jī)出礦，經(jīng)現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)后，取主聯(lián)絡(luò)道的坡度為6°，此時(shí)上中下分層聯(lián)絡(luò)道坡度分別為10°， 1°， -11°，均滿足鏟運(yùn)機(jī)的爬坡規(guī)程要求。

圖5 主聯(lián)絡(luò)道與分層聯(lián)絡(luò)道坡度關(guān)系

由圖4和圖5可知，經(jīng)優(yōu)化后的“過山車式”采場聯(lián)絡(luò)道極大的降低了短掘短支的工程量，縮短了采準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間，增大了作業(yè)安全系數(shù)，降低了開采成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著，在新立礦區(qū)可應(yīng)用范圍較廣，具有一定的工程意義。

2.3 工程應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益

依據(jù) “過山車式”采場聯(lián)絡(luò)道的工程應(yīng)用條件，三山島金礦新立礦區(qū)在西南部-307分段1條、-267分段3條、-228分段3條及-187分段3條等符合應(yīng)用條件的10條采場聯(lián)絡(luò)道采用此設(shè)計(jì)，縮短了采準(zhǔn)工期，提高了回采安全性，節(jié)省了大量采場聯(lián)絡(luò)道費(fèi)、施工費(fèi)等，大幅降低了回采成本，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

應(yīng)用 “過山車式”采場聯(lián)絡(luò)道設(shè)計(jì)的10條采場聯(lián)絡(luò)道在采場聯(lián)絡(luò)道掘進(jìn)、壓頂施工、短掘短支施工、縮短工期的施工人員勞務(wù)費(fèi)等方面共降低成本約176萬，各分段節(jié)省費(fèi)用明細(xì)見表1。

表1 “過山車式”采場聯(lián)絡(luò)道節(jié)省成本明細(xì)

3 結(jié) 論

(1) 針對三山島金礦新立礦區(qū)礦體下盤有約7～8 m厚破碎帶的特殊地質(zhì)條件，提出了一種“過山車式”采場聯(lián)絡(luò)道的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)參數(shù)優(yōu)化確定主聯(lián)絡(luò)道坡度為6°，上、中、下分層聯(lián)絡(luò)道坡度依次為10°、1°、-11°，滿足鏟運(yùn)機(jī)的規(guī)定爬坡范圍，且為鏟運(yùn)機(jī)爬坡的最優(yōu)坡度。

(2) “過山車式”采場聯(lián)絡(luò)道的設(shè)計(jì)成功應(yīng)用于三山島金礦新立礦區(qū)5個(gè)分段共10條采場聯(lián)絡(luò)道，節(jié)約成本共計(jì)176萬元，且縮短了采場聯(lián)絡(luò)道和分層聯(lián)絡(luò)道的施工工期，避免了在破碎帶內(nèi)多次掘進(jìn)采場聯(lián)絡(luò)道，提高了回采作業(yè)的安全性。

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趙明宣(1980-)，男，山東臨沂人，采礦工程師，主要從事金屬礦山開采設(shè)計(jì)相關(guān)工作，Email:1340664915@qq.com。