孟 元

（中國(guó)高嶺土有限公司，江蘇 蘇州 215000）

由于此次研究的礦床穩(wěn)固性差，采用分層崩落法開采。該方法技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)單，對(duì)礦山開采技術(shù)條件適應(yīng)性強(qiáng)，為礦企資源開采工作的可持續(xù)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。但該方法也存在如下不足：采用風(fēng)鎬挖掘，機(jī)械化水平落后；由于部分地層不穩(wěn)固，采用全斷面木支架支護(hù)，支護(hù)量大，支護(hù)成本高；采用自上而下分層崩落，頂板冒落難以控制，容易造成礦石損失，綜合回采率可達(dá)到70%左右。對(duì)于高品質(zhì)資源，較高的損失率不利于礦山經(jīng)濟(jì)效益的提高；崩落法容易造成地表沉降、變形，甚至塌陷，不利于環(huán)境保護(hù)。崩落法在環(huán)境保護(hù)要求不是非常嚴(yán)格，用工不是非常緊張的條件下，可以實(shí)現(xiàn)成本最低、工藝最簡(jiǎn)單的礦產(chǎn)資源開發(fā)目標(biāo)。但隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境問題的日益重視，以及井下招工越來越難，上述不足已成為影響礦山長(zhǎng)期穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展的潛在瓶頸問題。

1 分層崩落法

現(xiàn)使用的分層崩落法是分階段自上而下逐段進(jìn)行，階段高度一般為35m左右。階段內(nèi)各采區(qū)的開采順序必須是以提升井筒為中心，由遠(yuǎn)而近后退進(jìn)行。

1.1 采場(chǎng)參數(shù)

根據(jù)快掘快采原則，分層開采服務(wù)時(shí)間控制不超過半年為宜[1，2]。采區(qū)面積1600m2左右；分層高度3m～3.5m；進(jìn)路之間側(cè)柱厚度一般為1.4m～2m。個(gè)別特殊采場(chǎng)需要加分層高度或增厚側(cè)柱厚度，必須制訂相應(yīng)的回采工藝和安全技術(shù)措施。

1.2 采礦工藝

分層崩落法開采方法主要流程為扶棚掘進(jìn)-開門-回采作業(yè)。

掘進(jìn)扶棚：采區(qū)分層運(yùn)輸平巷和進(jìn)路一般采用梯形木棚支擴(kuò)，巷道掘進(jìn)斷面高2m到2.1m，上寬1.7m～1.8m，下寬2.4m～2.5m，腿窩15公分到20公分。棚距約50cm至70cm不等。采用風(fēng)鎬掘進(jìn)，沿巷道斷面自上而下進(jìn)行，應(yīng)在全斷面未掘出之前先用背板挑好頂，掘完一架棚的距離后立即扶棚，嚴(yán)禁掘空迎頭。

開門：采區(qū)進(jìn)路掘到邊界時(shí)需開門，采用翻抬棚加長(zhǎng)穿梁的支護(hù)方式，穿梁正常為4根，穿梁與抬棚梁接口應(yīng)砍成弧形馬口，接口要嚴(yán)密，頂幫背板要用木楔打緊。

回采作業(yè)是指：①回收靠崩落區(qū)一側(cè)礦柱；②回柱放頂；③回收崩落護(hù)頂?shù)V石；④封閉迎頭采空區(qū)?；夭身樞蚴窍葌?cè)后頂按一個(gè)循環(huán)又一個(gè)循環(huán)后退進(jìn)行，每次切幫二個(gè)棚距（1.4m左右）。利用開門形式切幫，切幫空頂距超過1m應(yīng)扶臨時(shí)棚?；刂彭斍绊殭z查、加固放頂區(qū)附近的木支架，選擇好安全退路，安全退路須10m以上，清理好退路上的障礙物，如風(fēng)管、電線、木材、板車和其他工具，安放在安全地點(diǎn)。

2 充填采礦法

根據(jù)安全生產(chǎn)要求和相關(guān)條件制約，分層崩落法已不適應(yīng)外部形勢(shì)要求，礦企正在探討向充填采礦法轉(zhuǎn)變。

充填采礦法在井下礦山開采中得到了廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)主要有：①可以及時(shí)充填采空區(qū)，有效控制地壓活動(dòng)；②可以最大限度地回收地下礦產(chǎn)資源；③有效控制地表塌陷；④可以有效處理工業(yè)固體廢料，減少企業(yè)固體廢物的排放；⑤可以有效的提高公司地下礦山開采的機(jī)械化、自動(dòng)化水平，提高礦山本質(zhì)安全度。

圖1 充填采礦方法示意圖

2.1 采場(chǎng)參數(shù)

根據(jù)礦床的實(shí)際特點(diǎn)，為有效的控制底板，方便機(jī)械運(yùn)輸，本次研究采用上向分層充填采礦法。

設(shè)計(jì)階段高度為35m～40m，留3m底柱，分層高度3m～3.5m，3個(gè)分層為1個(gè)分段，回采進(jìn)路垂直礦體走向布置，進(jìn)路寬度3m，支護(hù)根據(jù)不同情況采用金屬支架支護(hù)、錨網(wǎng)噴支護(hù)等方式。

2.2 采準(zhǔn)切割

在礦體脈外施工一條斜坡道，連通上下兩個(gè)分段運(yùn)輸巷道，斜坡道坡度不超過20%；在礦體下盤脈內(nèi)掘進(jìn)沿脈分層平巷，分層平巷與斜坡道連通；自分層平巷垂直礦體走向布置回采進(jìn)路，隔一采一或隔二采一，一步驟進(jìn)路（礦柱）回采完畢后進(jìn)行膠結(jié)充填，然后在充填體保護(hù)下回采二步驟進(jìn)路（礦房），礦房回采完畢后進(jìn)行非膠結(jié)充填。進(jìn)路回采采用機(jī)械挖掘，小型鏟運(yùn)機(jī)鏟裝礦石，沿分層平巷，卸入溜井，經(jīng)階段運(yùn)輸巷道運(yùn)出。

2.3 采場(chǎng)支護(hù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查及相關(guān)資料，井下開采場(chǎng)地位于軟弱地層，含飽和水砂層、淤泥層等。巷道支護(hù)時(shí)需要分為掘進(jìn)期間的壓力釋放階段和穩(wěn)定期間的強(qiáng)化支護(hù)階段。

根據(jù)礦體的穩(wěn)固情況采用不同支護(hù)方式。

（1）井下開采的穩(wěn)固區(qū)域：巷道采用掘進(jìn)機(jī)或風(fēng)鎬掘進(jìn)，錨桿和金屬網(wǎng)隨掘隨支，按設(shè)計(jì)要求掘出巷道斷面，然后立即用7655風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)打好錨孔，放入樹脂藥塊并搗碎，緊固錨桿和金屬網(wǎng)，尾端安裝好托板，用扳手緊固螺帽。對(duì)巷道進(jìn)行噴漿，噴厚為100mm，主要作用是封閉圍巖，防止圍巖冒落、風(fēng)化、潮解；與錨網(wǎng)共同形成初始支護(hù)力。

（2）井下開采的不穩(wěn)固區(qū)域：巷道掘進(jìn)主要使用掘進(jìn)機(jī)或風(fēng)鎬落礦，出礦后進(jìn)行金屬支架安裝。金屬支架按設(shè)計(jì)尺寸預(yù)先加工好，梁、腿搭接400mm，其收縮量不超過100mm，否則重新安裝，并固定搭接位置。相鄰支架用金屬拉桿連接，支架與圍巖之間用背板頂緊，以保證支架穩(wěn)定性。支架安裝好后，及時(shí)采用鋼筋網(wǎng)噴進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

2.4 采場(chǎng)充填

根據(jù)礦山充填料來源，采用碎石+移動(dòng)式注漿泵注漿的膠結(jié)充填工藝。碎石可采用井下掘進(jìn)廢石，注漿料采用選礦尾沙添加水泥構(gòu)筑注漿料。碎石采用機(jī)械運(yùn)輸方式，干式充入已回采結(jié)束的進(jìn)路，鏟運(yùn)機(jī)堆平，每堆放1.0m左右，注漿一次，形成廢石膠結(jié)體。最后采用注漿接頂。二步驟礦房充填不進(jìn)行膠結(jié)，只是最后用注漿接頂，以減少上分層回采時(shí)的損失和貧化。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)中小型礦山井下作業(yè)過程機(jī)械化水平低，勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，參考國(guó)內(nèi)其他礦山開采的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合礦山生產(chǎn)實(shí)際條件，探討使用充填采礦法替代分層崩落法，可以大幅提高井下礦山開采的機(jī)械化、自動(dòng)化水平。此外，后續(xù)還可以對(duì)提升系統(tǒng)、中段運(yùn)輸裝備等進(jìn)行優(yōu)化配置，從整個(gè)井下生產(chǎn)系統(tǒng)著手，提高井下開采的效率以及安全性。通過本次研究，能夠減少井下生產(chǎn)工人崗位，保障生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行。