陳久吾 楊雙有 潘少杰 徐濤

（安徽省廬江龍橋礦業(yè)有限公司 合肥 231500）

1 井下采礦情況簡(jiǎn)介

龍橋鐵礦開(kāi)拓方式采用側(cè)翼下盤豎井開(kāi)拓。同時(shí)布置混合井、東進(jìn)風(fēng)井各一條，構(gòu)成側(cè)翼對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)采礦方法為無(wú)底柱分段崩落法。公司于2007 年12 月完成了龍橋鐵礦300 萬(wàn)t/a 采選擴(kuò)建工程初步設(shè)計(jì)，同時(shí)將采礦方法變更為分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?。新的采礦方法將井下盤區(qū)沿礦體走向進(jìn)行劃分布置。其中每個(gè)盤區(qū)中一二步采場(chǎng)交替排布。盤區(qū)內(nèi)采場(chǎng)沿礦體走向布置，采場(chǎng)長(zhǎng)為85m，（外加走向上兩側(cè)各預(yù)留7.5m保安礦柱）、寬為15m，鑿巖進(jìn)路巷間距15m，分段高度為12.5m。采場(chǎng)高度介于40m～50m之間。回采方式采用盤區(qū)內(nèi)后退式“隔三采一”的方式進(jìn)行采場(chǎng)回采作業(yè)。

2 二步采場(chǎng)常見(jiàn)問(wèn)題及分析

2.1 二步采場(chǎng)常見(jiàn)問(wèn)題

龍橋礦采用的采礦方法，在回采順序上將采場(chǎng)分為一步、二步和三步采場(chǎng)。其中二步采場(chǎng)在采礦和回收作業(yè)時(shí)，雖然在設(shè)計(jì)上有保護(hù)措施。但由于各種原因仍會(huì)使兩側(cè)的一步采場(chǎng)充填體發(fā)生垮落混入礦堆，從而造成采場(chǎng)礦堆貧化和選礦工序困難。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，其中問(wèn)題主要?dú)w結(jié)為：

二步采場(chǎng)窄邊兩側(cè)所預(yù)留的保安側(cè)柱由于一步采場(chǎng)的邊界形態(tài)不規(guī)則導(dǎo)致其自身的形態(tài)也不規(guī)則。所以無(wú)法保證自身應(yīng)力分布均勻，若是遇到巖性較差的區(qū)域，在應(yīng)力集中的局部區(qū)域（通常位于巖柱上部1/3）通常會(huì)發(fā)生部分巖石開(kāi)裂。形成大塊懸掛于采場(chǎng)幫壁，對(duì)底部作業(yè)的設(shè)備和人員的安全造成威脅?；蛑苯涌迓溆诘V堆頂部、堵塞出礦結(jié)構(gòu)口門處，影響井下正常生產(chǎn)作業(yè)。

若是將一步采場(chǎng)保安礦柱完全回收，雖然采場(chǎng)整體回收率有所提升。但是在二步采場(chǎng)爆破放礦的時(shí)會(huì)將兩側(cè)充填體大量帶下，影響整個(gè)盤區(qū)穩(wěn)定性的同時(shí)還會(huì)影響后續(xù)的提升和選礦等工序。若是加大兩側(cè)保安礦柱，則會(huì)加大采場(chǎng)礦石損失率，且礦柱若是仍發(fā)生垮落，形成垮落塊度更大的塊體更不利于后續(xù)生產(chǎn)。

圖1為井下162*2二步采場(chǎng)采空區(qū)揭露情況，由于巖體構(gòu)造較大，采場(chǎng)兩側(cè)的保安巖柱已經(jīng)完全垮落。相鄰一步采場(chǎng)的充填體進(jìn)而顯露并發(fā)生局部垮落。圖2則為該采場(chǎng)進(jìn)行三維掃描的剖面圖，一步采場(chǎng)的邊界不規(guī)則，巖柱尺寸較難控制。

圖1 二步采空區(qū)現(xiàn)場(chǎng)圖

圖2 二步采爆破邊界圖

2.2 問(wèn)題原因分析

結(jié)合井下實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和江西理工大學(xué)的采空區(qū)掃描勘測(cè)形態(tài)數(shù)據(jù)分析后了解到充填體混入礦堆大致在二步采場(chǎng)的爆破和回收兩個(gè)階段混入。在爆破階段導(dǎo)致貧化混入的原因大致如下：

①由于之前一步采場(chǎng)采礦時(shí)由于巖性較差或是中孔施工精度不佳產(chǎn)生的中孔誤差、偏斜或是爆破裝藥時(shí)由于反粉、間隔裝藥導(dǎo)致爆破效果不佳進(jìn)而造成采場(chǎng)部分邊界存在超欠挖的現(xiàn)象，所以在二步采爆破的直接作用下部分超挖的相鄰充填體失去了支撐造成震落。

②大爆破時(shí)爆轟波在巖體中傳播，多次爆破在爆下礦石的同時(shí)也破壞了巖體和相鄰充填體之間的應(yīng)力平衡，導(dǎo)致其在后續(xù)地應(yīng)力的作用下發(fā)生垮落。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：對(duì)充填體施加一定次數(shù)的沖擊擾動(dòng)，立即進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，各試件單軸抗壓強(qiáng)度均有降低，擾動(dòng)次數(shù)越多，強(qiáng)度下降越大；對(duì)3d和7d 齡期的試件各擾動(dòng)100 次，其強(qiáng)度分別降低0.73MPa、0.29MPa，齡期短的其強(qiáng)度下降大，齡期長(zhǎng)的其強(qiáng)度下降?。?］。

在回收階段導(dǎo)致貧化的原因如下：

①二三步采場(chǎng)放礦結(jié)束后回收礦石時(shí)，采空區(qū)的應(yīng)力形態(tài)因?yàn)榇媛〉V堆不斷減少而發(fā)生變化。其中一部分相鄰空區(qū)充填體因?yàn)槭チ酥皫r壁或存隆礦堆的支撐作用發(fā)生垮落。礦體回采過(guò)程中，礦柱及回采范圍周邊的應(yīng)力集中區(qū)域逐漸擴(kuò)大，應(yīng)力集中程度大幅度提高［2］。

②在回收階段的中后期，由于采空區(qū)的暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)且面積過(guò)大，外加其他回采盤區(qū)的爆破活動(dòng)影響，導(dǎo)致失去側(cè)幫支撐的充填體因?yàn)檎饎?dòng)發(fā)生位移進(jìn)而垮落。

3 二步采場(chǎng)工藝改進(jìn)措施

結(jié)合上述充填體混入礦堆的原因，經(jīng)過(guò)技術(shù)討論實(shí)踐后總結(jié)以下幾個(gè)方面的技術(shù)改進(jìn)。

3.1 設(shè)計(jì)及放礦作業(yè)優(yōu)化

控制一步采場(chǎng)邊界。通過(guò)各項(xiàng)措施盡可能確保一步采的空區(qū)邊界減少超挖欠挖的情況下：

圖3

①中孔設(shè)計(jì)中新增“桿長(zhǎng)”參數(shù)以減少鑿巖巷道規(guī)格偏差造成的中孔深度偏差。以往中孔設(shè)計(jì)及施工以孔深參數(shù)為依據(jù)，（為巷道幫壁開(kāi)始計(jì)算孔深）對(duì)鑿巖巷道規(guī)格要求較高。但實(shí)際掘進(jìn)作業(yè)中，往往因?yàn)閹r性、布孔、爆破效果等因素影響，實(shí)際巷道掘進(jìn)斷面往往大于設(shè)計(jì)斷面，且超出部分無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可以參考。從而造成中深孔施工時(shí)普遍出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。因此新增“桿長(zhǎng)”參數(shù)（即從中孔臺(tái)車機(jī)芯點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算整體孔深），減少因巷道尺寸造成的施工誤差。

②二步采中孔設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖性及歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整預(yù)留礦柱的厚度；根據(jù)井下多次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，井下一般采用0.7～1m 的保安側(cè)柱進(jìn)行保護(hù)，但是如果區(qū)域巖性是多種混合礦可以適當(dāng)增加側(cè)柱至1.2m。

③優(yōu)化爆破工藝，包括優(yōu)化爆破參數(shù)和裝藥工藝，了解掌握爆破前的實(shí)際裝藥情況。例如反粉率和耦合系數(shù)，裝藥長(zhǎng)度等參數(shù)，同一采場(chǎng)內(nèi)評(píng)估爆破后效果，根據(jù)之前結(jié)果反饋及時(shí)對(duì)同一采場(chǎng)裝藥參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 放礦過(guò)程中相關(guān)優(yōu)化

精確掌握采空區(qū)的實(shí)際方量，空置時(shí)長(zhǎng)情況，具體措施為：

①建立各采場(chǎng)臺(tái)賬記錄，實(shí)時(shí)掌控采空區(qū)生產(chǎn)周期，對(duì)于回采結(jié)束的采空區(qū)立即進(jìn)行封閉充填工作。盡量減少因?yàn)椴煽諈^(qū)空置時(shí)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的充填體垮落混入。

②確保每個(gè)采空區(qū)都測(cè)繪有高精度模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比對(duì)。以方便后續(xù)的充填工作進(jìn)行。同時(shí)減少二步中孔設(shè)計(jì)等工序?qū)σ徊讲沙涮铙w的影響和破壞［3］。

4 二步采場(chǎng)工藝改進(jìn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的采礦工藝選擇和圖1 相同盤區(qū)的二步采場(chǎng)采空區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)二步采場(chǎng)采空區(qū)兩側(cè)的保安側(cè)柱的完整性和穩(wěn)定性有了較大程度的提高。而后進(jìn)行的采空區(qū)激光掃描工作，對(duì)比實(shí)際采空區(qū)模型與設(shè)計(jì)三維模型體積后發(fā)現(xiàn)該二步采場(chǎng)在采空區(qū)兩側(cè)的超欠挖現(xiàn)象有了顯著減少。同時(shí)礦堆內(nèi)混入的充填體也大幅度減少。以此證明文中所述幾項(xiàng)工藝改進(jìn)在井下實(shí)際生產(chǎn)中的有一定的指導(dǎo)作用。