梁 發(fā) 潘曉鋒 陸安叢 吳學(xué)謙

(1.廣西建工一建綜合設(shè)計(jì)研究院礦山所;2.廣西銘明建設(shè)工程有限公司;3.廣西華銀鋁業(yè)有限公司)

某鉬鎳礦區(qū)礦體傾角緩、厚度薄，由于礦體賦存特點(diǎn)，采用壁式削壁充填法，但此方法采出圍巖量大，崩落圍巖不能借助自重放出，需采用機(jī)械運(yùn)搬或人工扒運(yùn);回采時(shí)，人和設(shè)備需進(jìn)入采空區(qū)作業(yè)，由于采場水平方向暴露面積大，頂板管理困難，頂板冒落時(shí)有發(fā)生，生產(chǎn)過程存在安全隱患；后期采空區(qū)管理難度較大，易產(chǎn)生地表陷落。因此,必須對原采礦方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以保證礦山安全高效開采。

1 礦床開采技術(shù)條件

鉬鎳礦體產(chǎn)于中寒武統(tǒng)田蓬組次深水相砂泥巖和碳酸鹽巖中，容礦巖石為熱水沉積成因的硅質(zhì)巖類，主要有硅質(zhì)巖、絹云母硅質(zhì)巖、鉀長石硅質(zhì)巖、鉀長石絹云母硅質(zhì)巖、綠泥石硅質(zhì)巖、含菱鐵礦綠泥石硅質(zhì)巖、含斜長石綠泥石硅質(zhì)巖、含滑石綠泥石硅質(zhì)巖及含白云母綠泥石硅質(zhì)巖，為銀、錫、鉛、鋅多組分共生礦。其含礦巖組為寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組第一段(∈1n1)，一般厚0.5～12 m，最厚達(dá)18 m。含礦巖組為寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組第一段(∈1n1)，一般厚0.5～12 m，最厚達(dá) 18 m，其巖性為硅質(zhì)巖、條帶狀白云質(zhì)磷塊巖、含硅質(zhì)磷塊巖、含炭質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖、含硅質(zhì)砂巖、含炭質(zhì)泥巖、含黃鐵礦炭質(zhì)粉砂巖及鉬鎳礦層等。

該鉬鎳礦為伴生礦， 礦層產(chǎn)于含礦巖組頂部，礦體呈層狀，傾角為3°～8°，局部達(dá)16°，厚度為0.02～0.51 m，平均為0.03 m，厚度變化系數(shù)為63.0%，屬較穩(wěn)定類型。Mo 含量為1.90%～9.25%，平均品位為4.64%；Ni 含量為1.05%～5.78%，平均品位為2.87%。

礦體直接頂板巖性為黑色、褐黃色炭質(zhì)黏土巖，厚約8 m，直接底板巖性為深灰色、黑灰色薄層硅質(zhì)巖夾少量炭質(zhì)黏土巖，厚0.41～13.00 m，屬軟質(zhì)工程地質(zhì)巖組，礦體及頂?shù)装宸€(wěn)定性差。

2 原采礦方法

極薄礦脈的開采是一個(gè)世界性的難題，根據(jù)礦體賦存條件、開采技術(shù)條件等，適合本類礦床開采的常規(guī)采礦方法主要為壁式削壁充填法。

采場沿礦體走向布置，采場走向長25～30 m，斜長約50 m；在采場間柱內(nèi)分別掘進(jìn)一條采準(zhǔn)上山與回風(fēng)上山，并連通上中段運(yùn)輸平巷，解決人員行走、材料運(yùn)輸及安全通風(fēng)。在人行上山內(nèi)距中段運(yùn)輸平巷3 m處沿礦體走向布置一條切割平巷，連通回風(fēng)上山。該方法先根據(jù)采場設(shè)計(jì)要求完成采準(zhǔn)切割巷道，之后從切割平巷開始，采用拋擲爆破開采礦脈頂部圍巖，將頂部圍巖向切割平巷處拋擲，以創(chuàng)造人工作業(yè)空間；再采用松動爆破回采礦體。根據(jù)同類型礦山生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，采場作業(yè)的高度一般控制在1.8 m 左右。按0.03 m礦厚估算，平均采出1 t的礦石要相應(yīng)采出59 t廢石。

采空區(qū)頂板管理主要措施：采場留設(shè)連續(xù)頂?shù)字Ｗo(hù)中段運(yùn)輸平巷，采場內(nèi)留不規(guī)則礦柱確保人員安全作業(yè)；采準(zhǔn)上山兩側(cè)砌筑人工垛柱接頂，支撐、保護(hù)頂板人行、回風(fēng)上山；采場內(nèi)作業(yè)時(shí)，視頂板穩(wěn)固情況可采用不支護(hù)、架設(shè)臨時(shí)木支架或采用臨時(shí)錨網(wǎng)支護(hù)，以確保安全；礦層開挖后的采空場用廢石及時(shí)充填接頂，以維護(hù)頂板穩(wěn)定。

此采礦方法采出圍巖量大，除部分圍巖能回填到空區(qū)外，還有大部分需要運(yùn)至排土場堆放；采準(zhǔn)切割巷道掘進(jìn)工程量大，準(zhǔn)備時(shí)間長；采場礦柱多，采礦回收率低；后期采空區(qū)管理難度較大，易產(chǎn)生地表陷落。對于開采礦石價(jià)值較高且地表不允許大面積陷落的鉬鎳礦并不理想。

3 繩鋸切割采礦方法

繩鋸切割機(jī)技術(shù)在露天礦開采中已不斷成熟，隨著設(shè)備技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，繩鋸壽命增加，切割效率提高，一次成型切割面積增大，切割機(jī)的體積縮小，這為繩鋸切割機(jī)技術(shù)應(yīng)用到地下開采創(chuàng)造了條件[1]。

針對緩傾斜極薄礦體，傳統(tǒng)的鑿巖爆破法開采需要形成較大的作業(yè)空間與采空區(qū)，采用繩鋸切割機(jī)采礦法進(jìn)行定向定厚切割、拉出礦塊開采，解決傳統(tǒng)的鑿巖爆破法回采過程中存在的采準(zhǔn)切割巷道工程量大、采出圍巖量多與采空區(qū)大等問題[2-4]。

3.1 開采工藝流程

繩鋸切割機(jī)技術(shù)應(yīng)用到地下緩傾斜極薄礦體的采礦工藝流程：切割、頂出巷道掘進(jìn)→礦塊鉆孔→鉆孔穿繩、礦塊切割→切割礦塊頂出落礦。

3.2 采場布置及主要采切工程

采場沿走向布置，長40～50 m，中段高度為30～40 m。主要采切工程有切割巷道、頂出巷道、礦塊鉆孔等。切割巷道、頂出巷道規(guī)格為2.6 m×2.2 m，沿礦脈走向布置，采用淺孔爆破法掘進(jìn)，主要目的是形成切割設(shè)備、液壓頂出設(shè)備運(yùn)行通道。在爆破施工過程中，先進(jìn)行巷道頂部巖石的掘進(jìn)爆破，之后礦層部分進(jìn)行松動爆破，并人工取礦，最后進(jìn)行巷道底部的鏟底爆破(厚度約400 mm)。掘進(jìn)爆破后的廢渣采用人工裝載，由農(nóng)用車?yán)辆舛阎?。切割巷道、頂出巷道掘進(jìn)爆破炮孔布置見圖1。

圖1 切割巷道及頂出巷道掘進(jìn)爆破炮孔布置示意(單位：mm)

3.3 回采工藝

采用專用水平鉆機(jī)(氣缸推進(jìn))對切割礦塊進(jìn)行鉆孔，切割礦塊規(guī)格為20 m×5 m×0.3 m，礦塊頂部和底部各布置2個(gè)鉆孔，孔徑為70 mm，切割鉆孔垂直于切割巷道。鉆孔完成后，在切割巷道安裝切割機(jī)與珠繩，并按規(guī)程操作設(shè)備切割礦塊，最大切割面積為100 m2。按礦塊的切割順序進(jìn)行穿繩切割，一般先切割礦塊兩側(cè)垂直面，再切割礦塊底部，最后切割礦塊頂部。切割完成后將切割機(jī)移出切割巷道，同時(shí)將液壓頂出機(jī)安裝至頂出巷道，液壓頂出機(jī)將礦塊向切割巷道頂出，每頂出1 m左右后，由人工將頂出的礦層打碎，裝車運(yùn)走，之后重復(fù)上述頂出操作，直到礦塊完全被頂出。繩鋸機(jī)切割采礦方法見圖2。

圖2 繩鋸機(jī)切割采礦方法示意(單位：m)

3.4 礦石搬運(yùn)

頂出礦石，經(jīng)人工打碎后裝入礦車，運(yùn)到平硐外礦石堆場。

3.5 空區(qū)地壓管理及廢物排放

因井下空區(qū)垮度較小，空區(qū)高僅0.3～0.5 m，故回采結(jié)束后，采用一次充填廢石的方法處理空區(qū)。在回采過程中，廢石主要是在巷道掘進(jìn)過程中產(chǎn)生，除充填廢石外統(tǒng)一運(yùn)至平硐外專用廢石場堆放。在鉆孔、切割過程中產(chǎn)生的泥漿廢液通過排水系統(tǒng)排至平硐外的沉泥池，經(jīng)過澄清達(dá)標(biāo)后再外排。

3.6 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

壁式削壁充填法采場作業(yè)的高度一般控制在1.8 m左右,按0.03 m礦厚計(jì)算，平均采出1 t的礦石要相應(yīng)采出59 t廢石。而繩鋸切割機(jī)采礦法可以減少圍巖的采出，按20 m×5 m×0.3 m標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置切割礦塊，每切割出一塊礦塊可得到約3 t礦石、27 t廢石，即每采出1 t的礦石要相應(yīng)采出9 t廢石。采區(qū)切割、頂出巷道間距為5 m時(shí)，開采1 t礦石(厚3 cm)需要掘進(jìn)巷道長度約3 m，直接采礦成本約2 122元/t，其中切割巷道掘進(jìn)成本約1 034元/t，鉆機(jī)鉆孔成本約552元/t，繩鋸消耗成本約244元/t，電力單位成本約292元/t；礦石損失率約6%，優(yōu)于壁式削壁充填法采礦方法15%；礦石貧化率為6%,優(yōu)于壁式削壁充填法采礦方法15%。

4 結(jié) 語

繩鋸切割機(jī)采礦法與壁式削壁充填法采礦方法相比，可以有效解決后者采出圍巖量大、崩落圍巖不能借助自重放出、人和設(shè)備需進(jìn)入采空區(qū)作業(yè)以及后期采空區(qū)管理難度較大等問題。繩鋸切割機(jī)采礦法對于部分極薄礦體的開采是一種補(bǔ)充，但新工藝在主要鉆孔設(shè)備的鉆孔精度、繩鋸切割機(jī)對起伏礦脈的適應(yīng)能力、頂出設(shè)備頂出礦塊能力以及在長距離頂出作業(yè)過程中能量有效傳遞等問題將是下一步需要系統(tǒng)集成優(yōu)化并進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)的方向。

[1] 黃國欽,徐西鵬.金剛石串珠繩鋸技術(shù)的研究[J].工具技術(shù),2005,39(8):7-11.

[2] 周吉謙，劉 評，周建華.緩傾斜極薄礦體采礦法探討[J].有色金屬：礦山部分,2012,64(3):5-16.

[3] 夏建波，葉加冕，林 友，等.銅礦緩傾斜極薄礦體開采研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2016(1):15-18.

[4] 丁明飛，王 卓，王大為，等.緩傾斜極薄礦體采礦方法優(yōu)化方案[J].黃金科學(xué)技術(shù)，2014，22(1):56-59.