譚寶會(huì)，張剛剛，李明潤(rùn)，鐘立鵬，任 陽(yáng)

(1.西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621010；2.金川集團(tuán)有限公司 龍首礦，甘肅 金昌 737100；3.金昌市應(yīng)急管理局 應(yīng)急綜合事務(wù)中心，甘肅 金昌 737100)

0 引言

某礦礦體賦存標(biāo)高為1 058～1 671 m，走向NS27°，傾向南西，傾角70°～80°，厚度28～200 m，沿走向全長(zhǎng)463 m，礦體及圍巖均較破碎。盡管該礦金屬品位較低，屬貧礦資源，但由于礦石價(jià)值較高，為降低開(kāi)采過(guò)程中的礦石損失貧化，礦山采用了下向水平分層進(jìn)路式膠結(jié)充填法進(jìn)行采礦，同時(shí)為提升產(chǎn)量設(shè)置1 430 m和1 554 m兩個(gè)中段同時(shí)回采。但近年來(lái)全球礦業(yè)經(jīng)濟(jì)不景氣[1]，礦產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)走低，利用高成本的膠結(jié)充填法回采低品位礦石使得礦山企業(yè)瀕臨虧損。為了突破生產(chǎn)困境，礦山?jīng)Q定采用生產(chǎn)成本低、采礦效率高的無(wú)底柱分段崩落法(簡(jiǎn)稱(chēng)“崩落法”)替代現(xiàn)行的下向分層膠結(jié)充填法[2]，并率先在上部中段進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。

崩落法試驗(yàn)采場(chǎng)首采分段布置于1 595 m水平，回采范圍為9行勘探線以東，回采范圍內(nèi)設(shè)計(jì)18條回采進(jìn)路，進(jìn)路間距為15 m，在這些回采進(jìn)路中利用上向扇形中深孔崩落1 600～1 613 m高度范圍內(nèi)的礦體。在崩落法采場(chǎng)1 595 m水平首采分段回采進(jìn)路掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分進(jìn)路中頂板滲水、底板積水情況嚴(yán)重，急需制訂合理有效的探疏水方案。

1 采場(chǎng)滲水對(duì)崩落法采礦的不利影響

礦山崩落法采場(chǎng)首采分段進(jìn)路中發(fā)生的頂板滲水、底板積水情況(見(jiàn)圖1)不僅嚴(yán)重影響中深孔鑿巖施工作業(yè)，更重要的是由于該礦的礦石較軟，崩落后產(chǎn)生大量粉礦，粉礦遇水發(fā)生黏結(jié)(見(jiàn)圖2)，導(dǎo)致礦石流動(dòng)性大幅降低，這將嚴(yán)重影響崩落法放礦橢球體的發(fā)育，使崩落的礦石無(wú)法順利放出，從而影響放礦效率[3-5]。為摸清粉礦遇水易發(fā)生黏結(jié)的根本原因，在井下對(duì)進(jìn)路掘進(jìn)爆破產(chǎn)生的粉礦進(jìn)行采樣，采用X射線衍射技術(shù)對(duì)礦石樣品進(jìn)行成分檢測(cè)，結(jié)果表明，粉礦遇水易黏結(jié)的原因是礦石中含有3%～7%的綠泥石，綠泥石遇水膨脹、黏化，在礦石顆粒間產(chǎn)生了黏結(jié)性[6]。此外，遇水黏結(jié)的礦石倒入溜井后還會(huì)頻繁引發(fā)溜井堵塞，影響礦山的正常生產(chǎn)。因此，需要在崩落法采場(chǎng)正式回采之前探清滲水來(lái)源，并采取相關(guān)的疏排水措施，盡可能減少采場(chǎng)滲水對(duì)崩落法首采分段工業(yè)試驗(yàn)的不利影響。

(a)2#進(jìn)路底板積水情況

圖2 粉礦遇水易黏結(jié)

2 首采分段滲水來(lái)源分析

為摸清首采分段回采進(jìn)路中的滲水來(lái)源，在2018年5月-2019年3月對(duì)首采分段已完成施工或正在施工的1#-14#進(jìn)路(15#-18#進(jìn)路尚未施工)的滲水情況進(jìn)行了跟蹤調(diào)查，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 首采分段各進(jìn)路滲水及積水情況

根據(jù)各進(jìn)路所處位置以及進(jìn)路滲水部位的不同，初步推斷1 595 m水平崩落法采場(chǎng)的滲水來(lái)源主要有2個(gè)：一是F8斷層透水，主要發(fā)生在1#-4#進(jìn)路末端揭露斷層處；二是崩落法采場(chǎng)上部原1 613 m水平充填采場(chǎng)遺留采空區(qū)中的積水下滲，主要體現(xiàn)在5#、6#、11#-14#進(jìn)路頂板出現(xiàn)滲水，這些進(jìn)路大多處于1 613 m充填采場(chǎng)遺留采空區(qū)的正下方，其上部的充填采場(chǎng)在2016年3月停止開(kāi)采時(shí)，采場(chǎng)中存在部分未充填的巷道，經(jīng)過(guò)2年的匯集，這些遺留空區(qū)中可能存在較多的積水，積水通過(guò)礦體裂隙下滲后導(dǎo)致下方崩落法采場(chǎng)回采進(jìn)路頂板滲水。

3 疏水方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用

3.1 鉆孔疏排水方案

在探明采場(chǎng)滲水來(lái)源的基礎(chǔ)上，制訂合理的疏水方案。考慮到地下工程的特殊性，本次采用鉆孔疏水，具體而言是利用鑿巖機(jī)向水源方向打鉆，通過(guò)鉆孔將采場(chǎng)周邊的水源釋放，鉆孔直徑80 mm。根據(jù)水源的不同，可將本次疏水工作分為兩項(xiàng)內(nèi)容，一項(xiàng)是對(duì)崩落法采場(chǎng)上部原1 613 m充填采場(chǎng)遺留采空區(qū)中的積水進(jìn)行疏排，另一項(xiàng)是對(duì)斷層附近的地下水進(jìn)行提前疏排，以確保后期崩落的礦石是在相對(duì)干燥狀態(tài)下放出的，而且整個(gè)探疏水工作必須遵循“有空(空區(qū))必探，有水必疏，疏水務(wù)盡”的基本原則?；谶@一原則制訂了具體的1 595 m水平崩落法采場(chǎng)疏排水方案，共需鉆鑿21個(gè)中深孔[見(jiàn)圖3(a)]。其中有17個(gè)鉆孔分別位于5#-12#進(jìn)路中，設(shè)計(jì)孔深15 m左右，通過(guò)在1 595 m水平回采進(jìn)路中向上部采空區(qū)方位打鉆孔[見(jiàn)圖3(b)]，使鉆孔與上部空區(qū)底板貫通，從而對(duì)可能積蓄在空區(qū)中的水進(jìn)行疏排，而且這些疏排水鉆孔在后期對(duì)其進(jìn)行孔底堵塞后，還可作為正排扇形中深孔的一部分進(jìn)行裝藥爆破，從而將鑿巖工程充分利用。此外，在靠近F8斷層的1#-4#進(jìn)路盡頭各打1個(gè)朝向斷層方向的深孔進(jìn)行斷層排疏水，設(shè)計(jì)孔深20 m，仰角70°[見(jiàn)圖3(c)]。需要注意的是，如若在探疏水過(guò)程中發(fā)現(xiàn)泄水量較大時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況增補(bǔ)泄水孔，以盡快完成泄水工作。圖4為1 595 m首采分段探疏水鉆孔現(xiàn)場(chǎng)施工情況。

圖3 1 595 m水平崩落法采場(chǎng)鉆孔疏排水方案示意圖

(a)在5#進(jìn)路對(duì)上方充填采場(chǎng)采空區(qū)進(jìn)行探疏水

探疏水鉆孔泄下的水將匯集在1 595 m水平，為了防止泄水積聚在采場(chǎng)影響后期采礦，需要將泄水排出采場(chǎng)，因此需要在各進(jìn)路及下盤(pán)聯(lián)巷中修筑坡度為0.3%～0.5%的排水溝，同時(shí)為確保鉆孔所泄水流能夠匯至進(jìn)路排水溝，在泄水孔孔口處懸掛蓄水容器[見(jiàn)圖5(a)]，再通過(guò)導(dǎo)流管將容器中的積水導(dǎo)流至進(jìn)路排水溝，各進(jìn)路中的泄水通過(guò)進(jìn)路排水溝匯至下盤(pán)聯(lián)巷排水溝，再通過(guò)下盤(pán)聯(lián)巷排水溝匯流至新建的1 595 m水平積水倉(cāng)[見(jiàn)圖5(b)]，最終通過(guò)水泵將積水倉(cāng)中的積水統(tǒng)一排出采場(chǎng)。

(a)泄水孔導(dǎo)流裝置

3.2 應(yīng)用效果

礦山在完成采場(chǎng)疏排水工作后便進(jìn)行了崩落法采場(chǎng)的正式回采，初始回采工作面選擇在4#-6#進(jìn)路，回采過(guò)程中對(duì)這3條進(jìn)路同時(shí)進(jìn)行拉槽并保持均勻退采。圖6為現(xiàn)場(chǎng)拍攝的正排炮孔爆破后的爆堆情況。由圖6可見(jiàn)，爆堆上礦石塊度均勻、干燥，并未受到水害影響，這為無(wú)底柱分段崩落法在該礦山的成功應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

(a)4#進(jìn)路爆堆效果

4 結(jié)論

a.某礦山礦石破碎，崩落后成粉狀，加之礦石中含有綠泥石等黏土礦物成分，崩落的粉礦遇水易黏結(jié)，導(dǎo)致礦石流動(dòng)性變差，不利于無(wú)底柱分段崩落法出礦，因而提前探明采場(chǎng)滲水來(lái)源并采取相應(yīng)的疏排水措施是確保無(wú)底柱分段崩落法成功應(yīng)用的關(guān)鍵。

b.井下實(shí)地勘察結(jié)果表明，1 595 m水平首采分段回采進(jìn)路中的滲水來(lái)源主要有兩部分：一是F8斷層被揭露破壞后發(fā)生透水，二是崩落法采場(chǎng)上部原1 613 m水平充填采場(chǎng)遺留采空區(qū)中積水發(fā)生下滲。

c.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，在首采分段利用中深孔對(duì)斷層附近水源及采場(chǎng)上部采空區(qū)積水進(jìn)行提前疏排，排水效果較好，爆堆處于干燥狀態(tài)，從而保證礦石具有較好的流動(dòng)性，為首采分段的礦石回收創(chuàng)造了良好條件。