高 劍，舒 亮

（湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 郴州 424400）

湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責(zé)任公司（下稱“寶山礦業(yè)”）隸屬于湖南有色產(chǎn)業(yè)投資集團，擁有完整的探礦、采礦、選礦體系，目前采礦規(guī)模為45萬t／a，日處理鉛鋅原礦能力為1500t／d。為加速推進寶山礦業(yè)機械化采礦目標(biāo)的實現(xiàn)，進一步提高井下勞動生產(chǎn)率，從本質(zhì)上減少井下安全事故，寶山礦業(yè)開始全面推進機械化工作。前期主要采用機械化盤區(qū)上向進路充填采礦法，但進路式回采生產(chǎn)效率難以保證井下生產(chǎn)。為此需要對該采礦方法回采工藝進行優(yōu)化改進，改進后的采礦方法較之前進路式回采在生產(chǎn)能力、安全性、成本節(jié)約等方面有很大的提高［1－2］，能夠滿足生產(chǎn)需要。

1 礦床地質(zhì)與開采技術(shù)條件

1.1 礦床地質(zhì)

寶山礦區(qū)礦床類型主要是巖漿期后高中溫?zé)嵋航佑|交代矽卡巖型銅鉬鎢鉍多金屬礦床和中低溫?zé)嵋毫严冻涮罱淮豌U鋅銀礦床?，F(xiàn)主要開采西部礦區(qū)深部礦體，寶山西部礦區(qū)深部礦體主要賦存梓門橋組白云巖、測水組砂頁巖、斷裂破碎帶中。測水組砂頁巖節(jié)理、裂隙較發(fā)育，頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)固性較差。梓門橋組白云巖巖層較完整，礦體頂?shù)装鍑鷰r較穩(wěn)固。寶山礦體復(fù)雜，主要為灰?guī)r、白云巖及砂頁巖三種類型，本文以白云巖礦體為研究對象。白云巖型鉛鋅礦，礦體成規(guī)模，厚度5～30m不等，長度30～200m不等，下盤為砂頁巖，極不穩(wěn)固，部分礦體上盤為斷層破碎帶，礦體傾角70°左右，礦床工程地質(zhì)條件屬中等類型。本區(qū)主要含水層為壺天群灰?guī)r、梓門橋組白云巖裂隙巖溶水含水巖組，巖溶發(fā)育較弱，富水性中等，礦區(qū)水文地質(zhì)屬中等類型。

1.2 開采技術(shù)條件

本次試驗礦體為西部－230中段26＃礦體。該礦體賦存于梓門橋組下段白云巖與測水組碳質(zhì)砂頁巖接觸界面中，上盤圍巖為白云巖，下盤圍巖為碳質(zhì)砂頁巖；東面為F5斷層，局部礦體中泥質(zhì)裂隙發(fā)育，梓門橋組上段白云巖性脆容易破碎。礦體主要呈脈狀、透鏡狀分布，走向北東10°～20°，走向長度約90 m，厚度約3～30m不等，平均厚度為20m左右；傾向北西，傾角55°～75°，沿傾向向上延伸39m，本次回采的礦體為白云巖型礦，礦石體重3.5t／m3，普氏硬度系數(shù)f＝6～8，礦石松散系數(shù)為1.5，自然安息角45°；圍巖體重2.60t／m3，f＝8～10，巖石松散系數(shù)為1.5～1.7，自然安息角45°。

2 機械化盤區(qū)上向進路充填采礦法應(yīng)用

2.1 盤區(qū)構(gòu)成要素

盤區(qū)沿礦體走向長度，盤區(qū)寬度為礦體水平厚度，中段高度40m，頂柱3m，不留底柱及間柱。分段高度10m，每個分段分為3個分層，分層高度為3.3m，進路斷面規(guī)格為3.5m×3.3m。采礦方法如圖1所示。

圖1 機械化盤區(qū)上向進路充填采礦法示意圖

2.2 采切工程布置

采用盤區(qū)脈外無軌采準(zhǔn)方式。采切工程主要有：采區(qū)斜坡道、分段巷道、分段巷道聯(lián)絡(luò)道、采場聯(lián)絡(luò)巷、溜井、聯(lián)絡(luò)道、礦石溜井、充填回風(fēng)井、風(fēng)井聯(lián)巷等。分段巷道和礦石溜井布置在礦體下盤，礦石溜井每100m布置一條，各分段之間通過采區(qū)斜坡道相聯(lián)通，人員、材料、設(shè)備通過采區(qū)斜坡道和分段巷道聯(lián)絡(luò)道進入各分段巷道，再通過采場聯(lián)絡(luò)巷進入采場作業(yè)面。

2.3 回采工作

分段回采順序為從下至上，先采下分段，逐次向最上分段推進。分層回采順序為先采下分層，逐次向最上分層回采。分段巷道及礦石溜井施工到位后，從分段巷道施工通往采場的采場聯(lián)絡(luò)道，每分段采場聯(lián)絡(luò)道按照“下一、平一、上一”的原則進行施工，即下采一個分層、平采一個分層、上采一個分層。每分段第一層采場聯(lián)絡(luò)道掘進形成，從采場兩翼向中央后退式進路回采，進路斷面規(guī)格為3.5m×3.3 m，回采順序為隔一采一或隔二采一，先回采一步驟進路并膠結(jié)充填后，再回采二步驟進路，每回采完一個分層，對采場聯(lián)絡(luò)道進行壓頂，壓頂高度為3m。出礦設(shè)備采用1m3鏟運機，鏟運機由斜坡道經(jīng)脈內(nèi)運輸巷進入采場礦房裝礦，鏟取礦石后通過脈內(nèi)運輸巷礦石溜井放至下中段，溜井底部經(jīng)振動放礦機裝車后由電機車運至主溜井。每條進路回采完畢后，立即架設(shè)充填管路，采用柔性擋墻封堵，進行充填作業(yè)，充填均需接頂。

2.4 存在的問題

1.回采效率低?；夭删捎镁蜻M方式，單個采場回采效率低且成本較高，較難滿足井下當(dāng)前安全生產(chǎn)的需求，為確?；夭尚市枰贾枚鄠€進路同時回采，多點開花，頻繁的爆破振動對充填體質(zhì)量造成影響，對相鄰作業(yè)點頂板邊幫的管理更加不利。

2.水平進路膠結(jié)填體接頂率低，造成以下三種不利影響。一是當(dāng)回采二步驟時，兩邊的充填體無法支撐頂板，導(dǎo)致局部圍巖應(yīng)力集中，拱形斷面無法形成，極易發(fā)生局部冒頂現(xiàn)象；二是由于首層充填無法接頂，下分層進路掘進時，爆破振動導(dǎo)致兩幫圍巖下沉、開裂，片幫風(fēng)險大；三是由于缺少原生礦柱的支撐，加上充填結(jié)頂率低，整個采場頂板連成一片處于懸空狀態(tài)，暴露面積大，頂板極不穩(wěn)定，頂板管理難度大。

3.充填工藝復(fù)雜。每個進路回采到位后必須及時進行封堵及充填，且充填必須接頂否則直接影響下步回采作業(yè)，封堵充填跑漿、漏漿現(xiàn)象頻發(fā)，采礦、充填工藝間轉(zhuǎn)換困難導(dǎo)致回采難度進一步增大。

3 機械化盤區(qū)上向?qū)掃M路充填采礦法

針對盤區(qū)上向進路式充填采礦法應(yīng)用中存在回采效率低、充填工藝復(fù)雜的問題，決定對采礦方法進行優(yōu)化，將盤區(qū)內(nèi)采場結(jié)構(gòu)參數(shù)進行調(diào)整優(yōu)化，采用無軌高效采出礦設(shè)備進行作業(yè)，提高盤區(qū)生產(chǎn)能力［3］。

3.1 盤區(qū)構(gòu)成要素

盤區(qū)沿礦體走向布置，盤區(qū)內(nèi)采場垂直礦體走向布置，中段高度40m，頂柱3m，不留底柱及間柱。分段高度10m，由下而上逐層回采，分層高度為5 m，每一分層劃分若干個進路，以進路為基本單位進行回采和充填；回采順序可根據(jù)生產(chǎn)進度靈活安排，總體遵循由兩翼向中間后退式回采原則。為避免同一分層無法接頂造成采場大面頂板處于懸空狀態(tài)，分層回采過程中可將1步驟采場上采2～3個分層后，再對2步驟采場進行回采，1、2步驟進路在盤區(qū)不同高度上同時回采從而解決無法接頂造成大面積懸空的問題，采礦方法如圖2所示。

圖2 機械化盤區(qū)上向?qū)掃M路充填采礦法示意圖

3.2 采切工程布置

采用盤區(qū)脈外無軌采準(zhǔn)方式。采切工程主要有：采區(qū)斜坡道、分段巷道、分段巷道聯(lián)絡(luò)道、采場聯(lián)絡(luò)巷、溜井、礦石溜井、充填回風(fēng)井、風(fēng)井聯(lián)巷等。分段巷道和礦石溜井布置在礦體下盤，礦石溜井每100 m布置一條，各分段之間通過采區(qū)斜坡道相聯(lián)通，人員、材料、設(shè)備通過采區(qū)斜坡道和分段巷道聯(lián)絡(luò)道進入各分段巷道，再通過采場聯(lián)絡(luò)巷進入采場作業(yè)面。

3.3 回采工作

1.鑿巖爆破。采切工程施工完畢后，盤區(qū)每個采場以分層巷道為自由面，從采場兩翼向中央后退式回采進路，進路規(guī)格2.8m×2.8m，進路小斷面切割巷施工到上盤砂頁巖后，再施工另一個采場的進路，此時鑿巖臺車對剛施工完切割巷的進路進行刷擴及壓頂，最后形成寬8m、高5m的寬進路。為保證頂板爆破后巖面平整，防止頂板圍巖破壞開裂，增加巖壁穩(wěn)定性，減少爆破對保留巖體破壞作用，巷道兩幫及頂板進行光面爆破，光爆孔間距0.6m，光爆層厚度為0.6m，爆破后頂板呈微圓弧狀。裝藥前，檢撬浮石，清理工作面和炮眼，查清炮孔數(shù)目和深度，人工裝藥，采用卷裝2號巖石乳化炸藥，炸藥規(guī)格為Φ32mm×300mm。塑料導(dǎo)爆管配起爆針起爆，毫秒延期雷管爆破，光爆層齊發(fā)起爆。

2.通風(fēng)排險。新鮮風(fēng)流由采區(qū)斜坡道經(jīng)過分段巷道和采場聯(lián)絡(luò)道進入回采作業(yè)面，污風(fēng)經(jīng)充填回風(fēng)井排到上中段，經(jīng)總回風(fēng)井排出地表。為加快爆破炮煙排出，采場采用局扇加強通風(fēng)。通風(fēng)完畢后，應(yīng)對工作面進行檢查，進行浮石處理。檢查處理松石過程由外向內(nèi)，由上而下，先易后難，先頂板后兩幫的順序作業(yè)，特別注意斷層、節(jié)理、裂隙交錯軟硬圍巖（礦）交錯地帶冒頂?shù)陌踩[患。難以處理的浮石采取鑿巖爆破等方法處理。

3.采場支護。根據(jù)礦巖穩(wěn)固性情況對分段巷道、采場聯(lián)絡(luò)道及進路進行支護。支護主要以錨桿支護為主，局部較不穩(wěn)固地段需進行錨桿加金屬網(wǎng)支護。錨桿采用1.8m長、直徑43mm的管縫式錨桿，錨桿支護網(wǎng)度1m×1m。遇圍巖特別破碎時采用錨索進行加固支護，錨索長度5m，排距2m，眼距2m。

4.出礦。出礦采用1m3鏟運機在采場內(nèi)鏟礦，經(jīng)采場聯(lián)絡(luò)道、分段巷道裝入礦石溜井，經(jīng)振動放礦機裝入礦車經(jīng)電機車牽引倒入主溜井，針對局部頂板不穩(wěn)固采場，為確保礦石充分回收同時保證出礦安全將采用遙控鏟車進行鏟礦作業(yè)。

3.4 充填

為減小采場頂板暴露面積、縮短暴露時間，有效維護頂板穩(wěn)定性，分層進路采場回采結(jié)束需及時封堵并進行充填。采場充填工藝為第一分層回采后，需在采場首分層回采結(jié)束后制作假底。

假底施工前，必須在現(xiàn)場空區(qū)邊幫標(biāo)注標(biāo)高線，采場底板必須施工至設(shè)計底板并清理干凈。采場底板必須平整，不超出設(shè)計底板標(biāo)高±0.1m；場地平整后在表層覆蓋0.2m粉礦。掛樁采用Φ30mm圓鋼加工，掛樁長度1.5m；掛樁之間的連接圓鋼采用Φ30mm圓鋼；底部鋪筋采用Φ14mm螺紋鋼，螺紋鋼單根長度3m；上、下盤鉤筋采用Φ14mm螺紋鋼，螺紋鋼單根長度3m。捆扎底部鋪筋的鐵絲采用14＃鐵絲；底部鋪筋敷設(shè)網(wǎng)度0.3m×0.3m，主副鋼筋同型號，采用14＃鐵絲綁定；鋼筋敷設(shè)時緊貼采場底板墊礦層；鋼筋搭接時搭接長度不低于0.2m，搭接段全長雙面焊接；底部鋪筋必須與相鄰充填空區(qū)預(yù)留鋼筋搭接，采用搭接豎向平行搭接，長度不低于0.2m且全長雙面焊接。上（下）盤掛樁間距1.0m，布置于設(shè)計底板標(biāo)高上1.4m；掛樁錨入圍巖部分長1.3m，外露部分長0.2m。掛樁錨入后，確保端部圓環(huán)豎直；掛樁與水平面夾角15°～20°；掛樁端部圓環(huán)作為穿孔，采用Φ30mm圓鋼貫穿各個圓環(huán)，連接圓鋼與掛樁端部圓環(huán)連接處采用焊接加固。鉤筋用于連接Φ30mm圓鋼與底部鋪筋，布置間距0.5m，與底板垂直；鉤筋端部套環(huán)與圓鋼連接部分采用焊接加固；鉤筋與底部鋪筋搭接，搭接長度不低于0.2m且全長雙面焊接。假底制作示意圖如圖3所示。

圖3 假底制作示意圖

其他分層充填時，先采用灰砂比1∶12膠結(jié)充填3.6m，充填料脫水后再用灰砂比1∶6的膠結(jié)充填0.4m結(jié)面。條件允許時掘進廢石可鏟入采場內(nèi)充填。

4 兩方案主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)比較

西部－230中段南西沿26＃礦體原采礦方法為盤區(qū)上向進路充填采礦法，通過優(yōu)化采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，經(jīng)過半年的回采，現(xiàn)將該盤區(qū)先后采用兩種采礦方法取得的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進行對比，見表1。

表1 盤區(qū)進路與寬進路主要技術(shù)指標(biāo)

優(yōu)化后的采礦工藝不但提高了生產(chǎn)能力，通過加大單個采場的回采高度與寬度同時減小了膏體充填采礦與充填轉(zhuǎn)換之間的影響，減小了封堵工作量，采場直接成本也有所降低，對寶山礦業(yè)大力推廣機械化采礦創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟效益。

5 結(jié) 論

機械化盤區(qū)上向?qū)掃M路充填采礦法的應(yīng)用較上向進路充填采礦法體現(xiàn)以下幾方面優(yōu)點：

1.機械化程度更高。加大了鑿巖臺車及鏟車的作業(yè)空間，便于設(shè)備在采場內(nèi)轉(zhuǎn)場與作業(yè)，進一步提高了盤區(qū)機械化程度，減小了勞動強度。

2.生產(chǎn)能力提高。施工順序靈活多變，可多分層同時回采，且擴采效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于掘進的效率，極大的提高了盤區(qū)生產(chǎn)能力。

3.采場回采與充填銜接更為順暢。減少采場充填次數(shù)和封堵工程量，降低了跑漿、漏漿的事故發(fā)生率，分層采場數(shù)量的減少也避免了膠結(jié)充填料的二次貧化，降低了貧化率。

4.成本節(jié)約。寬進路充填采礦法采礦直接成本為29.6元／t，較進路式回采的成本34.8元／t降低了5.2元／t，降幅達(dá)15%。