劉曉光，付殿武，付秋波，孫星，蘇環(huán)，王京生

(1.山東黃金礦業(yè)股份有限公司新城金礦，山東 煙臺(tái)市 264000；2.東北大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

0 前言

當(dāng)前，我國(guó)越來(lái)越關(guān)注在開(kāi)采資源中對(duì)環(huán)境生態(tài)的保護(hù)和修復(fù)，傳統(tǒng)的采礦方法逐漸被摒棄，比如空?qǐng)霾傻V法和崩落采礦法，逐步轉(zhuǎn)用充填采礦法。所以，怎樣基于充填采礦法實(shí)施超大規(guī)?；夭芍饾u變成了礦山公司健康穩(wěn)定運(yùn)行的核心[1]。對(duì)于點(diǎn)柱式上向水平分層充填法而言，其可以確?；夭傻陌踩院鸵?guī)模性，最主要的原因就是在空區(qū)有點(diǎn)柱支撐頂板，該頂板長(zhǎng)期有效，另外也能夠?qū)嵤┓謱犹畛?，從而讓支護(hù)體系更加科學(xué)合理，實(shí)現(xiàn)圍巖-點(diǎn)柱-充填體的結(jié)合。由于點(diǎn)柱和充填體共同支撐，使得回采的安全性進(jìn)一步增大[2]。

張小剛等[3]出于增大礦山生產(chǎn)能力的目的，對(duì)三山島的海底礦床的開(kāi)采方式進(jìn)行創(chuàng)新，引入了點(diǎn)柱式分層充填采礦法，提高了礦產(chǎn)開(kāi)采的安全性和可靠性；侯朝富等[4]以甕福磷礦磨坊礦段輕微傾斜中厚礦體為對(duì)象進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)在對(duì)其進(jìn)行開(kāi)采后通常會(huì)有很大的頂板下沉，進(jìn)而引入了點(diǎn)柱式充填采礦法，有效地解決了上覆巖層沉降問(wèn)題，也較為有效地治理了采空區(qū)，保障了生產(chǎn)的安全性；李全京[4]在研究李官集鐵礦首采礦段時(shí)，提出采用點(diǎn)柱式大面積上向分層充填采礦法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了開(kāi)采成本最小化的目標(biāo)。以新城金礦Ⅴ#礦體為對(duì)象，深入考慮礦體的地質(zhì)條件，提出點(diǎn)柱式充填采礦法，從而實(shí)現(xiàn)了Ⅴ#礦體的開(kāi)采。

1 工程地質(zhì)情況

該礦體存在于斷裂構(gòu)造帶當(dāng)中，礦體的頂板巖石類(lèi)型有絹英巖、花崗閃長(zhǎng)質(zhì)碎裂巖，通過(guò)對(duì)底板的巖石進(jìn)行分析，得出其主要類(lèi)型是絹英巖化似斑狀花崗閃長(zhǎng)巖。Ⅰ#、Ⅴ#礦體是其核心，其礦體形狀有2種形式，一種是層狀，另一種是似層狀，地表礦體通常在177線—185線間分布，其出露長(zhǎng)度高達(dá)120m，地下礦體分布范圍是143線—187線，同時(shí)往SW側(cè)伏，其角度為45°，垂直標(biāo)高的最深控制標(biāo)高為?765m，礦體主要存在于焦家斷裂的主裂面，受其影響和掌控?？傮w走向NE37°，傾角為30°，其走向最長(zhǎng)延伸超過(guò)600m，所控制的斜深為1120m。

Ⅴ#礦體的分布范圍主要是在?430m中段下側(cè)的165～188線之間，主要存在在Ⅰ#礦體傾斜延深的側(cè)面，其走向延伸長(zhǎng)度達(dá)到了435m，礦體形狀是層狀類(lèi)型，厚度一般為10m～30m，最厚達(dá)到62.5m，本質(zhì)上是厚度變化非常固定的類(lèi)型，在對(duì)資源儲(chǔ)量進(jìn)行圈定的過(guò)程中，所用到的樣品數(shù)量是472件，這些樣品的品位通常是在(1～11.8)×10?6范圍內(nèi)，平均值大約是3.61×10?6，為有效成分分布均勻的礦體。

2 采礦方案

點(diǎn)柱充填采礦法本質(zhì)上是在礦體回采時(shí)，要比較均勻地留下一些礦體來(lái)充當(dāng)?shù)V柱支撐，從而提高回采作業(yè)時(shí)頂板的安全性和穩(wěn)定性。對(duì)新城金礦Ⅴ#礦體?580m中段的研究發(fā)現(xiàn)，其在進(jìn)行頂柱回采過(guò)程中所面臨的最大困難就是怎樣保障上部人工混凝土假頂?shù)目煽啃?，所設(shè)立的點(diǎn)礦柱要平均地放在人工假頂?shù)恼路?，從而保障人工混凝土假頂所受到的壓力相同，避免出現(xiàn)整體冒落和折斷現(xiàn)象。針對(duì)充填采礦法，因?yàn)槌涮铙w的重力因素以及接頂難度非常大等困難，尚不能直接對(duì)其頂部進(jìn)行支撐。將點(diǎn)礦柱充填采礦法應(yīng)用于實(shí)踐時(shí)，充填體需要遍布點(diǎn)礦柱的周?chē)@就等同于給點(diǎn)礦柱增加了一部分圍壓，進(jìn)而提高了點(diǎn)礦柱的強(qiáng)度。本文把Ⅴ#礦體?580m中段頂柱分成了4個(gè)盤(pán)區(qū)，基于174、179、184勘探線，對(duì)頂柱實(shí)施劃分，形成了4個(gè)盤(pán)區(qū)。采場(chǎng)方向和礦體走向保持一致，長(zhǎng)度范圍在30m～45m，寬為5m。盤(pán)區(qū)及采場(chǎng)布置如圖1。

圖1 盤(pán)區(qū)布置

2.1 點(diǎn)柱尺寸的計(jì)算

點(diǎn)柱的設(shè)計(jì)以礦柱的強(qiáng)度和作用在點(diǎn)柱上的最大垂直負(fù)荷的估算為基礎(chǔ)。負(fù)荷的大小按面積分配理論確定，并受礦石回采率的控制，在充填體包圍下的點(diǎn)柱，其破壞是在充填料內(nèi)部逐步形成的，不會(huì)產(chǎn)生突然的破壞。所以點(diǎn)柱的設(shè)計(jì)可按安全系數(shù)為1考慮。即Cp（點(diǎn)柱強(qiáng)度）=δp（點(diǎn)柱應(yīng)力）時(shí)可以穩(wěn)定支撐頂板。

點(diǎn)柱強(qiáng)度計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中，Cp為點(diǎn)柱的強(qiáng)度，MPa；0δ為30 cm×30 cm×30 cm巖體單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；W為點(diǎn)柱寬度，m；h為點(diǎn)柱高度，m。

點(diǎn)柱負(fù)荷的計(jì)算公式為：

式中，pδ為點(diǎn)柱的負(fù)荷，MPa；vδ為應(yīng)力垂直分量，MPa；vδ為0.036H，H為被計(jì)算礦柱的埋藏深度，m；Ap為礦柱的總面積，m2；At為總體開(kāi)采面積，m2。

點(diǎn)柱尺寸的估算是根據(jù)對(duì)礦巖不連續(xù)界面的量測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析，按梁柱理論計(jì)算頂板沿走向跨度和點(diǎn)柱間距，并按點(diǎn)柱內(nèi)相交的不連續(xù)界面交割的楔形塊體重量所必須的支撐面積來(lái)估算。最終由巖石力學(xué)專(zhuān)家和采礦工程師根據(jù)巖石力學(xué)試驗(yàn)成果，結(jié)合設(shè)計(jì)礦山特點(diǎn)并參考類(lèi)似礦山的具體經(jīng)驗(yàn)共同研究確定。

由于新城金礦Ⅴ#礦體?580m中段頂柱上面的人工假頂穩(wěn)定性不能確定，因而設(shè)計(jì)的點(diǎn)柱尺寸較小，為3m×3m，根據(jù)上面的公式可以計(jì)算得到點(diǎn)柱中心距為7.5m，每個(gè)點(diǎn)柱承受57m2頂板所承受的垂直應(yīng)力。計(jì)算得到的點(diǎn)礦柱占礦石總量的16%。

2.2 采礦方法

采場(chǎng)的確定依據(jù)礦體走向，在采場(chǎng)中平均留出一部分礦柱支撐頂板，從而確保頂板的穩(wěn)定性和牢固性。針對(duì)任何一個(gè)盤(pán)區(qū)，在其內(nèi)部必須從上盤(pán)沿礦體走勢(shì)開(kāi)設(shè)切割巷，充當(dāng)回采作業(yè)空間，回采模式為從上而下。頂柱的高度為6m，所以在開(kāi)展回采過(guò)程中，所采用的方式為兩層階梯。該種采礦方式可以提供非常強(qiáng)勁的垂直壓力，以此來(lái)支撐頂板，但采礦的工藝非常繁瑣，而且不可以經(jīng)受水平力，所以在充填過(guò)程中要設(shè)立隔離擋板。采礦方法見(jiàn)圖2。

回采順序如下：

（1）采場(chǎng)布置和礦體走向相垂直，其開(kāi)采方向?yàn)樽陨隙?，回采時(shí)需要在每間隔4.5m處開(kāi)設(shè)一條3m×3m的礦柱；

（2）其開(kāi)采方向?yàn)閺哪系奖?，所產(chǎn)生的污風(fēng)從北回風(fēng)中流出；

（3）所有的盤(pán)區(qū)都采用后退式回采，其終點(diǎn)是盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷；

（4）在進(jìn)行回采過(guò)程中，其回采模式運(yùn)用階梯型，任何一個(gè)臺(tái)階的高度是3m。

2.3 采準(zhǔn)工程布置

從?530m中段運(yùn)輸大巷沿174、176、181、184勘探線向下傾斜挖掘出4條采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通聯(lián)。所開(kāi)設(shè)的巷道斷面為3.2m×3.1m的1/3三心拱型，所構(gòu)建的聯(lián)絡(luò)巷的坡度范圍控制在不高于12%。對(duì)于上盤(pán)來(lái)說(shuō)，需要掘進(jìn)一條切割巷道，進(jìn)而充當(dāng)?shù)谝淮位夭傻墓ぷ髅?。采?chǎng)沿礦體走向布置，寬為4.5m。

圖2 采礦方法

2.4 回采工藝

（1）鑿巖爆破。在對(duì)巖石進(jìn)行鑿破時(shí)，利用YT28氣腿式鑿巖機(jī)打出2.4m深炮孔，每隔2m設(shè)置崩礦步距。落礦眼設(shè)置成梅花形，排間距設(shè)置成0.6m～0.7m?？组g距設(shè)置成0.7m～0.9m，其頂板控爆眼排之間的距離小于0.5m，孔間距小于0.7m。所利用的炸藥類(lèi)型為2#巖石乳化炸藥，利用非電導(dǎo)爆雷管進(jìn)行微差爆破。不管是落礦眼還是控爆眼，都采用間隔填裝炸藥。

（2）掘進(jìn)通風(fēng)。在工作面上利用離心式風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，通風(fēng)方法為JK58-1№4（5.5 kw）局扇和Φ300mm阻燃導(dǎo)風(fēng)筒構(gòu)建的壓入式通風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)置高度比底板高0.8m。

（3）采場(chǎng)通風(fēng)。進(jìn)入的新鮮風(fēng)需要由分段巷流入脈內(nèi)運(yùn)輸巷，經(jīng)過(guò)采場(chǎng)沖刷界面后，污風(fēng)借助于所構(gòu)建的臨時(shí)回風(fēng)巷流入北風(fēng)井，從而排出地面。

（4）出礦。出礦時(shí)借助于鏟運(yùn)機(jī)在采場(chǎng)內(nèi)部運(yùn)輸?shù)V石，再用汽車(chē)運(yùn)送到溜礦井。

3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

采用點(diǎn)柱式充填采礦法所留間柱的礦石損失率大約為19.2%，損失貧化率較低；同時(shí)點(diǎn)礦柱均勻地分布在采場(chǎng)的各個(gè)位置，可以均勻地支撐頂板，而且點(diǎn)柱在充填體的包圍下不易破壞，采用從上盤(pán)到下盤(pán)的回采順序可同時(shí)開(kāi)采2個(gè)采場(chǎng)，經(jīng)濟(jì)效果顯著。

4 結(jié)論

本文根據(jù)新城金礦礦體條件和地應(yīng)條件，綜合考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)因素及安全性，發(fā)現(xiàn)采用點(diǎn)柱式充填采礦法留不連續(xù)礦柱要比留連續(xù)礦柱的損失率低。在安全性方面，點(diǎn)礦柱均勻地分布在采場(chǎng)的各個(gè)位置，可以均勻地支撐頂板，而且點(diǎn)柱在充填體的包圍下不易破壞。因此，點(diǎn)柱式充填采礦法完全適合新城金礦Ⅴ#礦體頂?shù)字囊?guī)?；_(kāi)采。