邵 鵬

(國(guó)家開(kāi)發(fā)銀行青島市分行)

為確保作業(yè)安全，礦山在開(kāi)采過(guò)程中會(huì)留下一定數(shù)量的礦柱[1]。所留礦柱形式多樣，按外形可分為圓形、方形、不規(guī)則形等，按連續(xù)性可分為間斷和連續(xù)，按礦柱的作用可分為間柱、底柱、頂柱、保安礦柱等，按礦柱在礦塊中的位置可分為充填體中、采空區(qū)中；按保留的時(shí)間可分為永久性礦柱和臨時(shí)性礦柱。隨著淺部資源的日益枯竭，為充分提高資源綜合利用率，延長(zhǎng)開(kāi)采年限，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)，許多礦山除向地球深部獲取資源外，還進(jìn)行原采場(chǎng)殘留資源的二次回收[2]。然而，殘礦資源賦存條件復(fù)雜。尤其對(duì)于充填體下的殘柱，由于充填體強(qiáng)度不一、成份復(fù)雜，且殘柱產(chǎn)狀極不規(guī)整，外加年代久遠(yuǎn)，原來(lái)井巷及礦山開(kāi)采系統(tǒng)均受到不同程度的損毀，開(kāi)采技術(shù)條件極為復(fù)雜[3-4]。礦體位于無(wú)人工假底的充填體下，開(kāi)采過(guò)程中容易造成充填體的垮塌；部分采準(zhǔn)工程需布置在充填體內(nèi)，工程施工及支護(hù)要求高；殘留礦體厚度不大且處于充填體環(huán)境下，難以實(shí)現(xiàn)低成本安全高效開(kāi)采。因此，殘礦開(kāi)采方法與常規(guī)開(kāi)采方法區(qū)別較大，如何安全高效回收殘礦是礦山面臨的難題[5]。

為此，在分析某金礦殘柱賦存特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦山具體開(kāi)采技術(shù)條件，提出充填體下頂?shù)讱堉_(kāi)采技術(shù)，為類似工程條件下安全高效回采殘礦資源提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

1 礦山基本情況

某金礦位于山東省萊州市，礦區(qū)處于膠東隆起區(qū)，沿控礦斷裂形成大規(guī)模礦化蝕變帶，蝕變巖型金礦體賦存其中，主要金屬礦物為黃鐵礦，礦體上盤(pán)為絹英化碎裂巖或絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖，礦體下盤(pán)為黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖或黃鐵絹英巖化碎裂巖。

該金礦在淺部采用點(diǎn)柱上向充填采礦法開(kāi)采，采場(chǎng)沿礦體走向布置，長(zhǎng)120 m，寬25 m，中段高50 m。隨著上部礦體的回采結(jié)束，中段之間仍殘留有很多的頂?shù)椎V柱，礦石品位較高，黃金儲(chǔ)量可觀。若采用常規(guī)方法則存在頂板充填體強(qiáng)度低、安全風(fēng)險(xiǎn)大等難題。

2 殘柱賦存特征

礦區(qū)頂?shù)讱堉饕x存于各中段充填體內(nèi)。頂?shù)讱堉骄? m，礦石平均品位為7 g/t以上。采場(chǎng)中采用未經(jīng)特殊處理的水泥尾砂膠結(jié)充填，其直接頂板為普通尾砂充填體，尾砂充填體幾乎不存在強(qiáng)度，在礦柱開(kāi)采中需要進(jìn)行支護(hù)，以保持其穩(wěn)定。

3 殘柱開(kāi)采技術(shù)

3.1 開(kāi)采方法選擇

殘礦回采方法選擇應(yīng)遵循的一般原則：①確保工人施工安全；②盡量利用原有通風(fēng)、運(yùn)輸及充填系統(tǒng)，以減少成本；③盡量減少采切工程量；④正確推斷礦體走向及大體形態(tài)，必要時(shí)通過(guò)中深孔探礦；⑤注意探水和防水結(jié)合，防止突水事故。

該金礦除遵循一般原則外，還應(yīng)考慮頂?shù)讱堉漠a(chǎn)狀特點(diǎn)、工程地質(zhì)條件及裝備水平等，如頂?shù)字車(chē)鶠樗缮⒌某涮铙w，強(qiáng)度低，黏結(jié)性?。徊蓤?chǎng)直接頂板穩(wěn)固性差，結(jié)構(gòu)松散，易風(fēng)化冒落。因此，選擇合適的回采方案時(shí)不僅要考慮頂板暴露面積和時(shí)間，同時(shí)要確保鑿巖、爆破、出礦等工序均在已支護(hù)的巷道內(nèi)安全作業(yè)。

根據(jù)殘礦開(kāi)采方法選擇原則，結(jié)合該金礦頂?shù)讱堉_(kāi)采技術(shù)條件，采用U型鋼支架小進(jìn)路充填采礦法進(jìn)行開(kāi)采，見(jiàn)圖1。

圖1 U型鋼支架支護(hù)小進(jìn)路充填采礦法

3.2 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)頂?shù)讱堉胶穸燃暗V房布置原則，礦塊沿走向長(zhǎng)100 m，厚20～30 m，高3 m。進(jìn)路垂直走向布置，斷面為2 m×2 m(寬×高)，為微拱形。

3.3 采切工程

礦塊分2個(gè)盤(pán)區(qū)開(kāi)采，自礦體下盤(pán)的分段運(yùn)輸平巷單元中心線下坡掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)巷道到達(dá)礦體，然后在脈內(nèi)沿礦體走向掘進(jìn)平巷到達(dá)盤(pán)區(qū)兩端，自兩端向中央逐條回采，并利用這一分段原有的運(yùn)輸系統(tǒng)出礦。進(jìn)路掘進(jìn)前，先向下開(kāi)挖0.5 m高的尾砂,并采用擋板護(hù)幫，然后再鑿巖爆破掘進(jìn)，工作面采用局扇通風(fēng)。

3.4 回采工藝

由礦體下盤(pán)向上盤(pán)采用進(jìn)路式回采。采用7655型氣腿式鑿巖機(jī)鑿巖(表1)，淺孔爆破，局扇通風(fēng)。采場(chǎng)采用U型鋼支架支護(hù)，在頂板不穩(wěn)固地段適當(dāng)加密U型鋼支架。由于作業(yè)面狹小，采用人工手推車(chē)出礦。待礦體回采完畢后進(jìn)行充填。

表1 7655型氣腿式鑿巖機(jī)參數(shù)

爆破參數(shù)計(jì)算如下：

(1)炮孔直徑一般由鑿巖設(shè)備確定，由表1可知，7655型氣腿式鑿巖機(jī)炮孔直徑為34～42 mm，根據(jù)類似礦山，炮孔直徑選取40 mm。

(2)最小抵抗線計(jì)算公式為

W=(25～30)d，

(1)

式中，d為孔徑，mm。

計(jì)算得出W=1～1.2 m，取1 m。

(3)孔間距計(jì)算公式為

a=(1～1.5)W.

(2)

計(jì)算得出a=1～1.5 m,取1.2 m。

(4)排距根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取為0.8～1 m，取1 m。

(5)炮孔深度與礦體圍巖性質(zhì)及賦存狀態(tài)有關(guān)，淺孔爆破孔深一般為1.5～4 m，取2.5 m。

(6)根據(jù)礦山炸藥的使用情況，選擇2#巖石炸藥。單位炸藥消耗量根據(jù)國(guó)內(nèi)淺孔爆破炸藥單耗量表(表2)選擇。由于礦石堅(jiān)固系數(shù)為6～8，選取炸藥單耗為0.8 kg/m3。

表2 淺孔落礦炸藥單位消耗量 kg/m3

3.5 采場(chǎng)支護(hù)

由于采場(chǎng)頂?shù)讱堉挥谒缮⒊涮铙w中，采空區(qū)穩(wěn)定性較差。因此，為保證采場(chǎng)作業(yè)安全，需在采場(chǎng)加強(qiáng)支護(hù)。采用U型鋼支架支護(hù)，鋼支架間距為1 m，U型鋼支架上架設(shè)圓木，在進(jìn)路兩幫采用0.6 m 高的擋板護(hù)幫。為防止頂部充填體滲入回采工作面，并有利于安全作業(yè)，在回采進(jìn)路的上邊保留1～1.5 m護(hù)頂?shù)V柱，其布置方式見(jiàn)圖2?，F(xiàn)場(chǎng)支護(hù)情況見(jiàn)圖3。

圖2 進(jìn)路支護(hù)布置方式

圖3 現(xiàn)場(chǎng)鋼支架支護(hù)

3.6 充 填

進(jìn)路回采完后，采用充填料處理采空區(qū)。架設(shè)充填管路,砌筑充填擋墻,安設(shè)泄水管，由礦山地表充填站制備的充填料漿進(jìn)行充填。充填體灰砂比為1∶6，膠結(jié)材料為425#水泥，充填骨料為選礦廠產(chǎn)出的分級(jí)尾砂，料漿濃度為72%，流量為80 m3/h，流速為1.8～2 m/s。經(jīng)過(guò)脫水養(yǎng)護(hù)后，即可進(jìn)行相鄰進(jìn)路的回采作業(yè)。

3.7 工作組織

根據(jù)各工序作業(yè)效率，采場(chǎng)鑿巖爆破時(shí)間為4 d，出礦支護(hù)時(shí)間為4 d，充填前準(zhǔn)備時(shí)間為1 d，充填時(shí)間為3 d，充填后養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d，故采礦循環(huán)周期為15 d。采場(chǎng)各工序具體循環(huán)周期見(jiàn)圖4。

圖4 采場(chǎng)各工序循環(huán)周期

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

采用U型鋼支架小進(jìn)路充填采礦方法進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，取得較好的應(yīng)用效果。具體技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

5 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)礦山充填體下頂?shù)讱堉_(kāi)采技術(shù)特點(diǎn)，提出一種U型鋼支架小進(jìn)路充填采礦法，具有礦石回收率高、成本低、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。由于礦體開(kāi)采直接頂板為充填體，兩幫為充填體或礦體，小進(jìn)路充填采礦法能有效控制地壓，同時(shí)采用U型鋼支架及圓木聯(lián)合支護(hù)，能有效保證充填體下頂?shù)讱堉_(kāi)采頂板及兩幫的穩(wěn)定。U型鋼支架小進(jìn)路充填采礦法能成功實(shí)現(xiàn)充填體下頂?shù)讱堉母咝?、安全、低成本開(kāi)采，值得推廣應(yīng)用。