謝炫蓉 陳章林 查裕波 笪良霞

（浙江省工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）

方解石、硅灰石礦的開(kāi)采由其最終產(chǎn)品應(yīng)用的特殊性決定，該類(lèi)礦石開(kāi)采后，大部分經(jīng)磨粉加工成重質(zhì)碳酸鈣粉。重質(zhì)碳酸鈣粉的白度、純度、色相決定了產(chǎn)品的最終用途和銷(xiāo)售價(jià)格。因此，在開(kāi)采過(guò)程中，盡可能地避免礦石被圍巖污染、貧化。而方解石、硅灰石礦石低價(jià)值的特性，又決定了此類(lèi)礦產(chǎn)，必須盡可能地降低開(kāi)采成本。因此，無(wú)論是礦山還是設(shè)計(jì)單位都傾向于采用房柱采礦法，以期能在頂?shù)字?、間柱的保護(hù)下，最大限度地保護(hù)開(kāi)采的礦石不受貧化、污染。

浙江省北部某硅灰石礦礦體厚度高達(dá)59 m，分布面積達(dá)1.5 km2，礦體與頂?shù)装鍑鷰r界線清楚。礦山采用房柱法回采礦體時(shí)，發(fā)現(xiàn)存在采場(chǎng)空頂過(guò)高（≥15 m）、頂板排險(xiǎn)困難、安全性較差等問(wèn)題，有可能誘發(fā)安全事故。

根據(jù)浙江省某硅灰石礦的實(shí)際情況，針對(duì)性地將礦房分為上下2層，采用一房一柱簡(jiǎn)化回采工序等優(yōu)化措施，以期有效地解決礦山現(xiàn)有房柱采礦法回采存在的問(wèn)題。

1 工程概況

浙江省北部某硅灰石礦為一大型方解石礦床，區(qū)內(nèi)賦存的礦體為極厚大礦體，其礦床特征、開(kāi)采技術(shù)條件、生產(chǎn)現(xiàn)狀簡(jiǎn)要敘述如下：

（1）礦床地質(zhì)特征。礦體走向北東，傾向北西，傾角10～25°，沿走向延伸800 m，沿傾向延伸990 m，呈厚層狀賦存，賦存標(biāo)高+30～-300m，平均厚度59 m，分布面積約1.5 km2。礦體與頂?shù)装鍑鷰r界線清楚，厚度與化學(xué)成分均一、穩(wěn)定。礦石呈白色，中粗-粗晶大理巖、花崗變晶結(jié)構(gòu)，主要成分為方解石，粒徑1～3.5 mm，呈他形或半自形粒狀，常見(jiàn)機(jī)械雙晶體結(jié)構(gòu)。

（2）礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬簡(jiǎn)單類(lèi)型。礦區(qū)地下水補(bǔ)給來(lái)源主要是大氣降水，在灰?guī)r裸露區(qū)，降水大部分以地表徑流的形式排至區(qū)外，部分直接滲透補(bǔ)給地下水；礦區(qū)含水層主要為第四系中上部坡洪積弱含水層、風(fēng)化基巖裂隙含水層、巖溶裂隙含水層，均為弱含水層。礦區(qū)主要隔水層為第四系黏土層，厚6～10 m，含水微弱，滲透系數(shù)極低。

（3）礦區(qū)工程地質(zhì)條件屬簡(jiǎn)單類(lèi)型。礦體總體呈北西傾斜的單斜構(gòu)造，完整巖塊的抗壓強(qiáng)度50 MPa，地面采場(chǎng)及井下采坑工作面礦塊整體穩(wěn)定性較好，采空區(qū)尚無(wú)大面積的冒落現(xiàn)象發(fā)生。礦體底板為含硅灰石條帶的中、粗晶大理巖，厚層狀、粒狀結(jié)構(gòu)，較穩(wěn)固，完整性好，抗壓強(qiáng)度50 MPa。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造不甚復(fù)雜，主要構(gòu)造破碎帶對(duì)礦體影響不大。礦床礦體、圍巖質(zhì)量級(jí)別均為Ⅲ級(jí)。

（4）礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件屬?gòu)?fù)雜類(lèi)型。礦區(qū)位于加速度動(dòng)峰值0.05g區(qū)，處于地震地質(zhì)環(huán)境較穩(wěn)定的區(qū)域，也處于地質(zhì)災(zāi)害低發(fā)區(qū)。104 國(guó)道及杭寧高速公路穿越礦區(qū)，礦山已在公路兩側(cè)按規(guī)定范圍劃定了保安礦柱，采場(chǎng)布置在保安礦柱以外。礦區(qū)周邊地表建有104國(guó)道、李家巷鎮(zhèn)青草塢村及其他民用建筑、高壓供電線路、加油站、工廠企業(yè)等，地表不允許陷落。

（5）礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀。礦山于1986 年建礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模25萬(wàn)t/a，開(kāi)采深度0～-1 330 m。采用地下開(kāi)采方式，斜井—盲斜坡道聯(lián)合開(kāi)拓，房柱法回采礦體，單翼對(duì)角抽出式通風(fēng)。采場(chǎng)采用TCY—2 型鏟運(yùn)機(jī)和12 t坑內(nèi)卡車(chē)裝運(yùn)。當(dāng)前有-53，-73 m 2個(gè)生產(chǎn)中段。

2 礦山現(xiàn)采礦方法及存在問(wèn)題

根據(jù)緩傾斜極厚、圍巖穩(wěn)固等賦存情況，現(xiàn)采用中深孔落礦的房柱法進(jìn)行采礦。采準(zhǔn)和回采以盤(pán)區(qū)劃分單元，盤(pán)區(qū)垂直礦體走向布置，長(zhǎng)度為礦體水平方向厚度。盤(pán)區(qū)內(nèi)設(shè)礦塊，標(biāo)準(zhǔn)盤(pán)區(qū)內(nèi)設(shè)5 個(gè)礦塊，礦塊長(zhǎng)度為盤(pán)區(qū)寬度，高度為中段高（40 m）。盤(pán)區(qū)內(nèi)設(shè)運(yùn)輸巷、輔助斜坡道、切頂聯(lián)絡(luò)平巷、切頂平巷、切割天井等采切工程［1-3］。

礦房?jī)?nèi)的礦體分2 層回采，總回采高度為40 m，每個(gè)分層高度為20 m（其中每個(gè)分層礦房高15 m、頂柱高5 m），從上往下回采，上層切頂層，切頂時(shí)采用光面爆破，以切頂平巷為自由面，刷幫形成10 m 跨度的三心拱。下層礦體回采，采用下向平行中深孔崩礦，礦石崩落后直接采用鏟運(yùn)機(jī)裝礦。

在礦體實(shí)際回采中，發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題：

（1）頂板前期容易控制，后期困難，礦房回采時(shí)空頂高度最大為15 m。頂板暴露時(shí)間較長(zhǎng)，提前切頂暴露的頂板將受到下層開(kāi)采中深孔爆破振動(dòng)的影響，易產(chǎn)生新的浮石，且頂板過(guò)高（15 m），不易檢查發(fā)現(xiàn)浮石，也很難完成撬毛處理。在其內(nèi)部作業(yè)的人員和設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)較大，不利于安全管理。

（2）采用中深孔崩礦，較大的爆破振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境影響比較大，易產(chǎn)生糾紛，影響礦民和諧。

（3）下層回采采用潛孔鉆下向穿孔，中深孔爆破落礦［4-5］，易對(duì)下中段礦房的頂柱產(chǎn)生撕裂，傷害較大。礦房?jī)?nèi)由上而下回采，爆破炸藥單耗高，從而回采成本較高。

（4）切頂層的采切掘進(jìn)工程量較大，單個(gè)礦房采切工程量為116.4 m，礦塊采切成本約40.74萬(wàn)元。

（5）切頂、擴(kuò)幫、中深孔落礦、出礦交替循環(huán)進(jìn)行，采礦工藝相對(duì)復(fù)雜。

（6）中深孔落礦使得礦石貧化率最高為3%，影響礦石的最終售價(jià)。

3 采礦方法優(yōu)化

3.1 礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)

沿垂直礦體走向劃分盤(pán)區(qū)，盤(pán)區(qū)長(zhǎng)度為礦體水平方向厚度，盤(pán)區(qū)寬度為72 m，盤(pán)區(qū)間設(shè)寬度為12 m的間柱。采礦方法優(yōu)化設(shè)計(jì)如圖1所示。

盤(pán)區(qū)內(nèi)劃分5 個(gè)礦塊，礦塊垂直盤(pán)區(qū)布置，礦塊長(zhǎng)度為盤(pán)區(qū)寬度，礦塊寬度為18 m，高度為20 m，礦塊內(nèi)設(shè)有礦房（寬度10 m、高度12 m）和連續(xù)礦柱（寬8 m），連續(xù)礦柱位于礦房?jī)蓚?cè)，礦房頂部設(shè)有厚度8 m 的頂柱［1］。礦塊以一房一柱的方式設(shè)置，盤(pán)區(qū)間柱于上下盤(pán)區(qū)間相互豎直對(duì)應(yīng)，連續(xù)礦柱在運(yùn)輸層和切頂層間相互對(duì)應(yīng)，并于上下盤(pán)區(qū)間相互豎直對(duì)應(yīng)。

礦塊內(nèi)設(shè)有切頂層結(jié)構(gòu)和運(yùn)輸層結(jié)構(gòu)。切頂層結(jié)構(gòu)由輔助斜坡道、切頂水平聯(lián)絡(luò)巷和上層切頂層構(gòu)成，輔助斜坡道設(shè)置于盤(pán)區(qū)兩側(cè)，上層切頂層位于礦房頂部，切頂水平聯(lián)絡(luò)巷位于盤(pán)區(qū)切頂層，并設(shè)置于盤(pán)區(qū)兩側(cè)沿礦體走向分布。運(yùn)輸層結(jié)構(gòu)由盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷、切頂水平聯(lián)絡(luò)巷、輔助斜坡道構(gòu)成，盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷位于盤(pán)區(qū)內(nèi)礦體兩側(cè)且沿礦體走向設(shè)置；輔助斜坡道與盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷連通，并按15%的坡度上向布置且與切頂水平聯(lián)絡(luò)巷連通。切頂水平聯(lián)絡(luò)巷上方設(shè)有回風(fēng)天井，回風(fēng)天井與礦體上中段的盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷連通。

3.2 采準(zhǔn)與切割工程

礦塊主要采切工程：①由中段運(yùn)輸巷道按盤(pán)區(qū)寬度向回風(fēng)巷道掘進(jìn)盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷，長(zhǎng)度為盤(pán)區(qū)長(zhǎng)度；②切頂聯(lián)絡(luò)平巷和盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷對(duì)應(yīng)布置于切頂水平［1-3］；③礦塊內(nèi)垂直礦體走向設(shè)有拉底出礦平巷，掘穿礦體且將兩側(cè)的盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷連通。標(biāo)準(zhǔn)礦塊采切工程量如表1所示。

3.3 回采工藝

采礦順序?yàn)橹卸伍g由上而下、中段內(nèi)由兩翼到中央、由上盤(pán)到下盤(pán)、向各中段出入口后退，為確保并改善采礦生產(chǎn)安全和通風(fēng)條件，回采工作面采用直線或階梯工作面。礦房分2步回采（圖2）。

（1）第一步在出礦平巷內(nèi)，從離開(kāi)盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷3 m 位置開(kāi)始擴(kuò)喇叭口（礦房?jī)啥吮Ａ? m 礦體留作礦柱），向兩側(cè)刷幫并壓頂?shù)皆O(shè)計(jì)的礦房寬度（10 m），同時(shí)出渣。拱頂按三心拱保留，中心高5.5 m（平均高約5 m）。完成礦房全長(zhǎng)刷幫壓頂，并逐炮出礦到最后一個(gè)爆堆，留一個(gè)長(zhǎng)3～4 m（實(shí)際施工中可根據(jù)需要具體設(shè)置，但不宜過(guò)長(zhǎng)，過(guò)長(zhǎng)將相應(yīng)增加平場(chǎng)工作量）的礦堆作為下一步壓頂采礦作業(yè)的操作平臺(tái)。即完成第一步回采。

（2）第二步利用第一步回采保留的礦堆作為作業(yè)平臺(tái)，向上用斜眼壓頂［2］，7 m 礦石分3（或4、5）層，逐層壓頂，完成全礦房回采落礦。爆落的礦石，經(jīng)平場(chǎng)后，作為下次壓頂爆破的施工作業(yè)平臺(tái)，不進(jìn)行出礦外運(yùn)，待完成全礦房落礦，并清理頂板后，再一次性出完礦房?jī)?nèi)的全部礦石。當(dāng)壓頂?shù)降V房邊界（特別是頂板邊界）時(shí)，采用光面爆破進(jìn)行落礦。對(duì)于礦房上部7 m 的礦石開(kāi)采（第二步），爆落的礦石按照1.5的松散系數(shù)計(jì)算，約可形成10.5 m 高的礦石堆，上部保留有1.5 m 的空間，容留工人清理頂板浮石和采場(chǎng)通風(fēng)。頂板最終形成10 m 跨度的（1/5）三心拱。在清理頂板后，再一次性出完礦房?jī)?nèi)的全部礦石，完成第二步回采。

3.4 通風(fēng)

新鮮風(fēng)流自盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷進(jìn)風(fēng)，流經(jīng)斜坡道、中段下盤(pán)運(yùn)輸巷進(jìn)入上風(fēng)側(cè)盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷，依次進(jìn)入各采場(chǎng)，清洗采礦場(chǎng)工作面后的污風(fēng)從下風(fēng)側(cè)盤(pán)區(qū)運(yùn)輸巷排至中段上盤(pán)回風(fēng)巷，匯入回風(fēng)天井，最終由主風(fēng)機(jī)抽排出地表。

在礦房開(kāi)口端壓頂落礦時(shí)，由于有作為作業(yè)平臺(tái)的第一步回采保留的礦堆存在，可能因?yàn)楸缆涞V石量過(guò)多，堵塞出口（影響通風(fēng)和雙安全出口），應(yīng)局部出礦，以確保通風(fēng)暢通和雙安全出口完整。

礦體回采結(jié)束后須及時(shí)對(duì)采空礦房進(jìn)行封閉處理，以減少漏風(fēng)，保證通風(fēng)效果。局部系統(tǒng)通風(fēng)不良地段采用局扇進(jìn)行加強(qiáng)通風(fēng)。

3.5 地壓管理

優(yōu)化后的采礦方法對(duì)礦房的頂板控制相對(duì)比較容易，頂板暴露時(shí)間短。礦房頂板采用光面爆破（或其他有利于頂板安全的控制爆破技術(shù)進(jìn)行爆破），可以提高頂板穩(wěn)固性。采用集中落礦的方式，暴露的頂板圍巖可以最大限度地減少了爆破作業(yè)的振動(dòng)和沖擊影響。

礦塊回采完成后，采場(chǎng)盡量采用廢石充填，在礦房?jī)?nèi)留設(shè)規(guī)則礦柱以支撐頂板，連續(xù)礦柱寬8 m，高12 m，頂柱高8 m，低品位礦體隨時(shí)留作礦柱。所留規(guī)則礦柱和頂柱不得回采（注意上下各中段的規(guī)則礦柱必須對(duì)應(yīng)保留，只能多留，不得少留），對(duì)不良礦柱和頂柱應(yīng)采取保護(hù)措施，并對(duì)頂板進(jìn)行監(jiān)測(cè)、檢查，以保證頂板安全。礦石回采后應(yīng)對(duì)空區(qū)相互連通的巷道進(jìn)行封閉（或者隔離），使其隔絕采空區(qū)。以防設(shè)備和人員的誤入。

3.6 采礦技術(shù)參數(shù)及設(shè)備規(guī)格

（1）最小抵抗線W初步取2.0 m，后續(xù)在回采過(guò)程中逐步修正；孔底距b取2.2 m，孔口距a取1.0 m。

（2）炮孔填塞長(zhǎng)度L取0.8 m，炸藥單耗約為0.38 kg/t。

（3）采場(chǎng)日生產(chǎn)能力按每天2個(gè)作業(yè)面、每次爆2排炮孔計(jì)算，約1 200 t。

（4）YT-28 型鑿巖機(jī)的工作氣壓0.6～0.8 MPa、鉆孔直徑40 mm、鑿巖耗氣量≤4.86 m3/min、穿孔深度≤5 m。

（5）2 m3鏟運(yùn)機(jī)的工作寬度≥3.0 m、斗容2 m3、最大卸載高度≤1.4 m、卸載距離≥0.88 m、裝載能力80 m3/h、爬坡能力≤12°。

4 應(yīng)用效果

礦山根據(jù)優(yōu)化后的采礦方法在硅灰石礦這種低價(jià)值、極厚大方解石礦體中實(shí)踐應(yīng)用，礦房的頂板在最后壓頂后才暴露，頂板暴露時(shí)間相對(duì)較短，同時(shí)簡(jiǎn)化了采礦工藝，分別集中進(jìn)行爆破和出礦；將采切工程量從116.3 m 降低至90 m、礦房采切成本從40.74萬(wàn)元降低至31.5 萬(wàn)元；同時(shí)通過(guò)淺孔鑿巖機(jī)、輪式鏟運(yùn)機(jī)等采礦機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用，不但大幅度提高了礦山采礦作業(yè)機(jī)械化程度，還有效控制了礦石的貧化率（基本上可控制到0%的礦石貧化率）、大幅度降低下中段頂板的穩(wěn)固性影響和對(duì)周邊環(huán)境的震動(dòng)影響，滿足礦山對(duì)高品質(zhì)方解石的要求。具體技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

5 結(jié)語(yǔ)

浙江省北部某硅灰石礦是低價(jià)值傳統(tǒng)厚大礦體，采用房柱采礦法開(kāi)采時(shí)存在的中深孔落礦貧化率高、爆破振動(dòng)影響到下中段頂板的穩(wěn)固性和周邊環(huán)境、采切工程量大、采切成本高等問(wèn)題，對(duì)原采礦方法進(jìn)行優(yōu)化：

（1）礦房（采場(chǎng)）的兩頭各設(shè)置1 個(gè)出口，中間無(wú)隔離，人員、設(shè)備能直接通行。

（2）采用光面爆破技術(shù)，能提高頂板穩(wěn)固性。

（3）礦房開(kāi)采落礦工作全部采用淺孔作業(yè)，對(duì)下中段頂板的穩(wěn)固性影響較小，對(duì)圍巖的影響相對(duì)較小，礦柱穩(wěn)定性較好。

（4）減小單孔裝藥量，爆破振動(dòng)減小，爆破擾民問(wèn)題相對(duì)較少。

（5）簡(jiǎn)化采礦工藝，分別集中進(jìn)行爆破和出礦，采切工程量小。

優(yōu)化后的開(kāi)采方法簡(jiǎn)化了開(kāi)采工序，減少了采切掘進(jìn)工程量，采礦成本也相對(duì)比較低，安全性也較礦山原采礦方法提高，不僅在低價(jià)值、極厚大礦體得以廣泛應(yīng)用，對(duì)其他類(lèi)似開(kāi)采技術(shù)條件的礦山也有較好的參考價(jià)值。