張德存，丁福龍，高宗保

(1.中國鈾業(yè)有限公司，北京，100013；2.中核北方鈾業(yè)有限公司，遼寧 葫蘆島，125000)

某沉積變質(zhì)熱液型鈾礦床屬于國內(nèi)硬巖鈾礦山的高品位鈾礦床，采用地下開采、斜井開拓方式，設(shè)計的采礦方法為上向水平分層干式充填法，運用無軌回采工藝，即采用鑿巖臺車落礦和鏟運機運礦。2000年以前，主要對該礦床Ⅰ號、Ⅲ號礦體進行回采，損失率和貧化率均高于計劃指標(biāo)，礦山采礦生產(chǎn)成本較高。這主要是由于開采過程受構(gòu)造裂隙發(fā)育影響，加之充填法采場暴露面積大、暴露時間長，采場上部石英云母片巖受力冒落，礦巖混合，礦石丟失頻繁；而且礦體規(guī)模小，礦巖交錯，難以實現(xiàn)分采分爆和分裝分運。

為從根本上解決采場頂板極不穩(wěn)定、采場發(fā)生冒頂?shù)葐栴}，自2001年開始改為采用分層崩落法進行開采。分層崩落法采礦具有作業(yè)比較安全、工藝簡單靈活、易掌握的優(yōu)點[1]；該采礦方法對于松軟破碎礦石、礦體上盤圍巖穩(wěn)固性差、易自然崩落的礦體，仍可實現(xiàn)高效開采[2]。該采礦方法的主要特點是在礦體下盤布置穿脈、脈內(nèi)天井、切割聯(lián)絡(luò)巷、分層平巷等采準(zhǔn)工程，采場分層采用后退式斜交進路，在人工鋪設(shè)的鐵絲網(wǎng)和圓木假頂保護下，自上而下按分層高度逐層回采礦體[3]。

1 礦床地質(zhì)

1.1 礦床地層

礦床出露地層為下元古界遼河群浪子山組和里爾峪組。浪子山組系陸源碎屑巖為主的地層，屬濱海-淺海沉積，從總體看下部為碎屑沉積，中部為泥質(zhì)沉積，上部為碳酸鹽化學(xué)沉積，為一完整的海進沉積旋回。里爾峪組系偏堿性的淺海變質(zhì)火山巖建造，變質(zhì)巖的變質(zhì)相一般為綠片巖相，局部達到了低級角山巖相。

浪子山組底部石英巖、云母石英片巖是含礦層位，浪子山組二段以上各層及里爾峪組無礦化。石英巖、云母石英片巖及受混合交代形成的混合質(zhì)石英巖、混合質(zhì)云母石英片巖是主要含礦巖石。

1.2 礦床構(gòu)造

礦床內(nèi)北西西向斷裂為成礦前構(gòu)造，發(fā)育于地表遼河群浪子山組地層中，產(chǎn)狀與地層一致，常被北東向斷裂切割；北東向、北東東向斷裂為成礦期構(gòu)造，是主要控礦構(gòu)造，繼承了前期韌性變形活動的構(gòu)造薄弱面而形成，瀝青鈾礦脈多充填于該組斷裂及次級裂隙中，主要發(fā)育于背斜兩翼遼河群與花崗巖接觸帶的層間斷裂；北北東向斷裂為礦后構(gòu)造，規(guī)模小，對礦體沒有產(chǎn)生破壞作用。

1.3 礦體地質(zhì)

礦床中礦體均為隱伏盲礦體，主要賦存于背斜構(gòu)造斷裂中，少量賦存于浪子山組地層中。背斜構(gòu)造中的礦體主要產(chǎn)于背斜北翼、軸部和轉(zhuǎn)折端，在平面上礦體呈疊瓦式由南東向北西以礦尾壓礦尖的形式反多字型排列；在剖面上北翼礦體向北西傾斜，軸部礦體陡立、轉(zhuǎn)折端礦體傾角較緩，南翼礦體不發(fā)育。總體上礦體頂部收斂，下部散開，中間直立。產(chǎn)于浪子山組石英巖、云母石英片巖中的礦體呈薄層狀層間構(gòu)造分布。

水文地質(zhì)條件簡單，主要是構(gòu)造裂隙水，對礦體開采影響不大。

2 采礦方法

以220 m中段Ⅰ號礦體為例，對分層崩落法在松軟破碎鈾礦體的應(yīng)用進行系統(tǒng)介紹。

2.1 工程地質(zhì)

該工程為回采220 m中段冒落區(qū)內(nèi)的Ⅰ號礦體，標(biāo)高為240～260 m，走向長60 m，礦體呈透鏡狀，礦體沿傾向平行排列；傾向310°～330°，傾角50°～69°。礦體賦存于混合質(zhì)石英巖和混合質(zhì)云母石英片巖中，受構(gòu)造控礦，片理發(fā)育，礦石較松軟、破碎，回采和掘進中經(jīng)常出現(xiàn)坍塌冒落、掉塊現(xiàn)象。原充填法采場冒落區(qū)處于249 m標(biāo)高以上，采場冒落區(qū)長約50 m，寬約8 m。

2.2 采場結(jié)構(gòu)

Ⅰ號礦體在220 m中段劃分2個采場(3404#和3410#)進行回采，采場沿礦體走向布置，采場長為30～40 m，寬為6～12 m，分層高為2.2～2.4 m，分層平巷(切割)寬為2.2 m。在采準(zhǔn)天井兩翼可同時布置采場，進深控制在15～20 m；采場分層平巷布設(shè)在礦體下盤，采用后退式斜交進路進行回采，進路寬控制在2.0～2.4 m，最小不低于1.2 m；采場無底柱、間柱。220 m中段Ⅰ號礦體采準(zhǔn)工程平面布置及縱投影如圖1、圖2所示。

2.3 采準(zhǔn)工程布置

在220 m中段3105探礦沿脈4#勘探線附近和3210探礦穿脈10#勘探線附近靠近Ⅰ號礦體下盤，分別布置3404#和3410#采準(zhǔn)天井，天井?dāng)嗝鏋?.4 m×2.4 m，高度分別為32 m和40 m，其中3410#采準(zhǔn)天井與上部260 m中段回風(fēng)巷道相通，作為采場回采的回風(fēng)系統(tǒng)。采準(zhǔn)天井采用木框支護方式，天井結(jié)構(gòu)設(shè)置為行人梯子間和出礦漏斗間，確保行人、提升物料、溜礦和通風(fēng)安全。3105探礦沿脈和3210探礦穿脈為出礦、行人、采場進風(fēng)的通道。

圖1 220 m中段Ⅰ號礦體采準(zhǔn)工程平面布置示意圖

1—中段運輸平巷；2—探礦穿脈；3—采準(zhǔn)天井；4—分層平巷；5—采場支護；6—崩落區(qū)。圖2 220 m中段Ⅰ號礦體采準(zhǔn)工程縱投影示意圖

2.4 切割工程布置

自第一分層開始，自上而下逐層通過切割聯(lián)絡(luò)巷進入礦體，并掘進至礦體端部，切割聯(lián)絡(luò)巷主要作為采場礦石運搬、行人、通風(fēng)的安全通道。切割聯(lián)絡(luò)巷為梯形斷面，斷面尺寸2.2 m×2.4 m，聯(lián)絡(luò)巷與采準(zhǔn)天井連接處采用“親口”棚及橫撐加強支護，支護圓木直徑不小于180 mm，確保聯(lián)絡(luò)巷開口爆破作業(yè)時的天井安全。

2.5 回采工藝

分層崩落法是在人工假頂?shù)谋Ｗo下，自上而下逐層進行礦體回采；每一分層內(nèi)均在切割平巷的兩翼掘進斜交進路，向采準(zhǔn)天井方向進行后退式回采，其回采工藝為爆破落礦—通風(fēng)—礦石運搬—采場支護—鋪底—放頂[4]。

2.5.1 爆破落礦

采場爆破落礦時，采用YT-28/29型氣腿式鑿巖機，孔深為1.0～1.4 m，采用直眼掏槽方式掏槽眼；除采場第一分層外，采場的頂眼距離鋪設(shè)的假底不小于0.5 m。采用人工裝藥，裝藥系數(shù)為0.3～0.4，裝藥量控制在0.3 kg/t礦；采用非電導(dǎo)爆管毫秒雷管起爆。為防止爆破崩倒木棚，在爆破前加強前排木棚支護。

2.5.2 通風(fēng)

采場作業(yè)時，采用局扇風(fēng)機加強通風(fēng)，將新鮮風(fēng)流由局扇經(jīng)風(fēng)筒壓入采場，污風(fēng)經(jīng)采準(zhǔn)天井返回回風(fēng)巷道。起爆前，為防止爆破飛石飛入風(fēng)筒影響通風(fēng)效果，可暫停通風(fēng)；但爆破后作業(yè)人員應(yīng)立即開啟局扇通風(fēng)30 min以上方可進入下一環(huán)節(jié)作業(yè)，而且作業(yè)人員進入采場前應(yīng)配備CO監(jiān)測儀，防止發(fā)生炮煙中毒事故。

2.5.3 礦石運搬

采用風(fēng)動絞車牽引自制手扶耙斗或采用人工手推車，將崩落的礦石運搬到出礦漏斗間存放，經(jīng)漏斗裝入礦車，運至井底車場。此環(huán)節(jié)重點檢查照明、采場頂板和支護及通風(fēng)安全等情況，發(fā)現(xiàn)倒棚、漏頂或炮煙濃度超標(biāo)時，及時采取相應(yīng)措施進行處理，在確保安全的前提下進行出渣作業(yè)[5]。礦石運搬時，天井漏斗間上口隔篩要保持完好，漏斗間礦石不允許放空。

2.5.4 采場支護

完成礦石運搬后，采用圓松木對采場進行支護，分層平巷采用“親口棚”支護形式，回采進路采用“鴨嘴棚”支護形式，支護間距為0.8～1.0 m，圓木直徑不小于180 mm，采場工作面空頂距不得大于1 m。遇老采空區(qū)或冒落區(qū)時，采用自制鋼管加木棚的支護形式進行超前支護，該方法是對公路隧道施工穿過極軟巖石、拱頂易坍塌區(qū)域成功采用的小管棚支護技術(shù)的改進，且遵循“短進尺，少擾動”的原則[6]。

做好材料、工器具準(zhǔn)備后，依次開展木支護、安裝鋼管、背幫背頂作業(yè)。鋼管安裝是使用風(fēng)鎬在木支護頂部打入一排自制鋼管至破碎、松散巖體內(nèi)，鋼管間距為300～400 mm，使其在不穩(wěn)定的巖層內(nèi)部形成收縮帶，并增加相應(yīng)的支點和支撐力，降低巖層的撓度和彎曲應(yīng)力。鋼管直徑為40～50 mm，長度為1.8～2.0 m，壁厚為3 mm，鋼管前端加工制作成錐形。

2.5.5 采場鋪底[7]115

在采場鋪設(shè)人工假底是分層崩落法回采工藝中的一道重要工序，當(dāng)采場進行回采作業(yè)時，視采場頂板壓力情況，采完1條或幾條進路時，需對采完的進路進行鋪底。

鋪底前，要做好采場底板整平，并且為做好下一分層的回采工作，鋪設(shè)的底梁方向應(yīng)平行于分層進路方向。鋪底材料采用圓松木和鐵絲網(wǎng)，先鋪設(shè)圓木底梁再蓋鐵絲網(wǎng)，圓松木直徑不小于140 mm，鐵絲直徑為3 mm，鐵絲網(wǎng)口直徑0.1 m×0.1 m，鋪底坑木之間、鐵絲網(wǎng)之間搭接0.2 m以上并綁扎結(jié)實。當(dāng)?shù)谝环謱愉伒讜r，在鐵絲網(wǎng)上加鋪1 m厚的秸稈或柴禾等物，以便增加放頂后覆蓋層的厚度，確保人工假頂有足夠強的緩沖保護作用。

2.5.6 采場放頂

在人工假底鋪設(shè)后，采取強制爆破放頂措施進行采場首分層放頂，強制崩落采場頂板和兩幫圍巖，使假頂緩沖覆蓋層厚度達到4 m以上，給后續(xù)分層回采和保護假頂創(chuàng)造條件[8]；第二、三分層放頂適當(dāng)進行削壁和爆破棚腿，逐步增加人工假頂保護層厚度。進入正?；夭蓵r，要確保人工假頂保護層厚度不小于7 m，頂板不存在空頂。為保護人工假頂，第二分層及其以后分層回采進路的頂排炮孔與假頂間距至少為0.5 m。

考慮采場地壓管理和安全情況，采取“采三放一”或“采四放二”的方式，即采場當(dāng)前分層采完3條進路放1條進路或采完4條進路放2條進路[7]117。對采完的進路進行后退式放頂，放頂前要架設(shè)好切頂柱，并停止其他進路作業(yè)。

3 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)分析

分層崩落法和原上向水平分層干式充填法開采的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表1。表中的炸藥消耗包含采場采用強制爆破放頂?shù)恼ㄋ巻魏摹?/p>

從表1可看出，該礦山在使用分層崩落法采礦后，具有明顯優(yōu)勢，貧化率和損失率分別降低了17%和3.6%，采掘比降低了15%，炸藥單耗降低了42%[9]。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比

4 應(yīng)用效果評價

1)分層崩落法在該鈾礦山經(jīng)過15年的實際運用，取得了較好的效果，成功回收了不宜采用原充填法開采的礦體及其他礦體，為礦山創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

2)礦石貧化率和損失率主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)得到了大幅減低，貧化率從25%降低到8%，損失率從5.0%降低到1.4%。

3)分層崩落法成功解決了巖石破碎、不穩(wěn)固等復(fù)雜地質(zhì)條件下的安全開采技術(shù)問題，有效阻止了采場回采過程中冒頂、片幫等安全事故的發(fā)生。

5 結(jié)論

采用分層崩落法回采該鈾礦山的松軟破碎礦體，采場施工作業(yè)安全可控，具有礦石損失率低、貧化率低、操作技術(shù)簡單、適用性強等優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)分采分爆和分裝分運。