摘要：烏拉根鉛鋅礦巖體為軟～較軟巖巖石，露采進入凹陷采坑后，受坑底地下水影響，巖石破碎泥化現(xiàn)象嚴重，嚴重限制了新臺階開拓進度，增加了年度采剝計劃任務產量完成難度。經過現(xiàn)場調查研究，制定了采坑地下水疏干治理措施，為新臺階開拓創(chuàng)造條件，現(xiàn)場試驗研究軟巖臺階的開拓方案，優(yōu)化采剝作業(yè)面參數(shù)和工藝流程，形成一套較為經濟、安全的沉積型軟巖采坑開拓方法，以保障礦山的正常采剝生產作業(yè)。

關鍵詞：沉積型軟巖；凹陷采坑；地下水疏干；新臺階開拓；采剝工序優(yōu)化

中圖分類號：TD854 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）11-0118-03

The Study on the New Step Development Method for Excavation Pits in Sedimentary Soft Rock Depressions

LIN Kunxing， TAO Zhengdong

（Xinjiang Zijin Zinc Co.， Ltd.， Wuqia 845450， China）

Abstract： The Ulagen lead-zinc mine rock mass is soft to relatively soft rock. After open-pit mining enters the concave mining pit， the rock is severely fragmented and mudified due to the influence of groundwater at the bottom of the pit， which seriously limits the progress of new step development and increases the difficulty of completing the annual mining and stripping plan tasks. After on-site investigation and research， measures for dewatering and treating underground water in mining pits have been formulated to create conditions for the development of new steps. On site experiments have been conducted to study the development plan of soft rock steps， optimize the parameters and process flow of mining and stripping operations， and form a relatively economical and safe sedimentary soft rock mining pit development method to ensure the normal mining and stripping production operations of the mine.

Keywords： sedimentary soft rock; recessed pit; groundwater dewatering; new bench development; mining and stripping process optimization

烏拉根礦區(qū)位于南天山南麓，地勢北高南低，東高西低，自然條件惡劣，天氣干燥。該礦床屬于典型的海底噴流沉積-熱液改造型鉛鋅礦，具有明顯的地層控礦特征，礦體整體由東向西逐漸緩傾伏，嚴格受烏拉根向斜控制，向斜南翼礦體呈北東-南西向帶狀展布，向斜北翼礦體呈北西-南東向展布。礦區(qū)最低侵蝕基準面位于西側的康蘇河谷谷底，高程為2 045 m，為礦區(qū)地表水流和地下水的匯水中心。

1 區(qū)域地質背景

礦體均賦存于富水性較弱的砂巖含水層，上覆富水性一般的灰?guī)r裂隙含水層以側向補給的方式通過礦體頂板向礦坑充水，大氣降水直接匯入露天坑。當揭露含礦的砂巖、含礫砂巖和砂礫巖含水巖組時，裂隙孔隙水便會涌入露天坑，成為礦坑充水水源。

礦體圍巖巖性較簡單[1]，頂?shù)装鍘r性多為砂巖、砂礫巖，屬于軟～較軟巖巖石，巖石較破碎，遇水易軟化。礦山開采設計規(guī)模為25 000 t/d，礦區(qū)已形成走向長約3 000 m，寬約1 000 m，采深約400 m的露采坑，露天最低平臺為1 984 m，低于最低侵蝕基準表面標高（2 045 m），成為地下水的排泄區(qū)域，累計涌水量達7 000 m3/d，超預測涌水量2倍。導致新水平開拓時，因工作面積水量大且排水不及時，礦巖長時間泡水軟化嚴重，出現(xiàn)穿孔成孔率低、單次爆破量極小、鏟裝作業(yè)效率大幅降低，單臺階無法正常一次性采剝，需要分3～5次才能完成開拓的問題。這些問題直接增加了生產成本，生產推進滯后。因此，針對含水沉積型層狀軟巖的露天開采，如何實現(xiàn)控本增效，又滿足礦山出礦能力，是目前急需解決的問題。

2 總體研究思路

總體研究思路采用理論分析、現(xiàn)場踏勘相結合的研究方法。根據(jù)露天開采特點結合前期礦山水文地質和防治水方面的研究成果，制定地下水預疏干方案，確保在無水或少水的條件下進行新水平開拓作業(yè)。根據(jù)《烏拉根根鉛鋅礦25 000 t/d采礦工程初步設計》提出深凹臺階出入溝和開段溝采用平裝車全斷面掘溝方式，塹溝底寬為20 m。實際情況是受地下水影響，無法達到一次性開拓出設計高度15 m新臺階的目的，全斷面掘溝的方法不適用于烏拉根鉛鋅礦露采坑底賦存的沉積型含水軟巖。因此，需要通過現(xiàn)場試驗正確地選擇新臺階開拓方法，確定合理的臺階參數(shù)。同時，優(yōu)化穿孔、爆破、鏟裝、運輸采剝工藝流程，降低采剝成本，提高采剝設備的作業(yè)效率，加快新臺階開拓速度。

3 礦區(qū)地下水疏干

礦區(qū)根據(jù)相對隔水層按埋藏深度劃分為3組含水層組，即上部砂巖含水層、中部灰?guī)r含水層和深部砂巖含水層，各含水層之間水力聯(lián)系微弱。影響新水平開拓進度的地下水80%來源于中部灰?guī)r含水層，淺部與深部含水層富水性弱，影響較小。經過現(xiàn)場調查研究，明確地下水疏干采取“分層治理、超前疏干”的工作思路[2]。

礦區(qū)上部砂巖含水層受大氣降雨滲透補給，日均涌水量小于100 m3，影響能力有限，臺階爆破后地下水從破裂的隔水層流出，自上而下由排水系統(tǒng)匯集至坑底集水坑。深部砂巖含水層為礦區(qū)的賦礦層組，滲透系數(shù)為0.006 5 m/d，由向斜兩翼西側河流裂隙通道補給，水文觀測水量小但有穩(wěn)定的補給來源，因此在坑底西側設置集水明坑標高始終處于采坑最低點，深部砂巖含水層通過排水明渠自流至集水明坑，坑內設潛水泵抽排至臨時泵站水箱，后通過臨時泵站排出采坑。中部灰?guī)r含水層裂隙較發(fā)育，水量豐富，采用疏干井工程預疏干[3]，將地下水位始終控制在露采礦坑底部以下。在露采平臺上垂直地層走向按間距50 m布置疏干井，設計井深90 m（深入不透水泥巖層10 m），疏干井直徑為400 mm，內置?325 mm濾水管，孔壁間縫隙用30～50 mm砂礫充填疏干井，數(shù)量由地下水涌水量和單井排水量確定。具有靈活布置，投入小的優(yōu)勢，難點是同一生產平臺疏干井與移動式采剝生產設備出現(xiàn)交叉作業(yè)，疏干井后續(xù)連續(xù)運行和維護較為困難。

通過上述地下水疏干治理措施，烏拉根鉛鋅礦地下水疏干效果良好，目前坑底采剝作業(yè)面環(huán)境已得到較大改善，為下步的采剝生產創(chuàng)造有利的施工條件。

4 開拓方法研究

礦山現(xiàn)狀為凹陷露天采坑，最高作業(yè)臺階位于采場東南側，臺階標高為2 344 m，最低臺階標高為1 984 m，上部臺階為剝離組合臺階，坑底為采礦平臺。結合礦區(qū)的地形、礦體賦存條件及開采現(xiàn)狀特點，礦山設計采剝工藝如下：下部采礦平臺采用緩幫橫向開采工藝，上部剝巖平臺采用組合臺階陡幫剝離工藝，便于均衡生產剝采比，推遲剝巖高峰期[4]。每組剝離臺階自上而下逐個臺階輪流開采，當推進到預定的寬度后，設備轉移到下一臺階開采。

臺階開段溝采用縱向布置在礦體上盤，工作線自礦體上盤往下盤推進，工作面由西向東推進。深凹臺階出入溝和開段溝采用平裝車全斷面掘溝方式，塹溝底寬為20 m。

露采進入凹陷采坑后，雖然經過地下水疏干措施基本解決了采剝作業(yè)面的積水問題，但是坑底巖石（砂巖、砂礫巖、泥巖）長時間浸泡在水中，導致巖石較軟、泥化現(xiàn)象嚴重，臺階炮孔（17 m，超深2 m）穿孔結束后出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，有效裝填長度僅為5～6 m，并出現(xiàn)開段溝道路泥化車輛輪胎打滑、鏟裝效率慢和安全生產管理壓力增大等問題。原設計深凹臺階出入溝和開段溝采用平裝車全斷面掘溝方式，適用場景與實際現(xiàn)狀嚴重不符。

針對上述問題，礦山采取了穿孔結束后及時裝藥爆破，放緩開段溝道路坡度，安排動力強勁并安裝防滑輪胎的礦車進行運輸，安排作業(yè)效率較高的CAT374、CAT390、EC1250大型反鏟挖掘機進行鏟裝等一系列措施，但經過現(xiàn)場試驗后，發(fā)現(xiàn)仍存在新臺階開段溝炮孔利用率低、運輸坡道較長、鏟裝作業(yè)面積水效率低下以及安全管理問題突出等問題，新臺階的開拓進度還是無法滿足生產需要，無法達到每年下降2～3個臺階的計劃目標。經過現(xiàn)場分析，只需降低臺階高度即可解決以上問題[5]，因此原設計的全斷面掘溝方式變更為坑底軟巖臺階“分層掘溝、分層采剝”的方式，分層高度根據(jù)炮孔的有效裝填高度確定為5 m，設計臺階高度15 m分上、中、下3層進行采剝。

礦山露采坑底按照“分層掘溝，分層采剝”的方式組織生產，有效解決了鉆孔利用率低、開溝段坡道長度降低、坡度減緩以及鏟裝效率低等問題，加快了新臺階開拓速度。

5 沉積型軟巖采剝工藝優(yōu)化

5.1 穿孔、爆破優(yōu)化

原設計坑底爆破孔網(wǎng)參數(shù)采礦、剝離均為7.0 m×5.5 m，底盤抵抗線為4 m，鉆孔傾角（后排）為55°～65°，孔徑為150 mm，炮孔深度為17 m，超深為2 m?？拥总泿r穿孔17 m后出現(xiàn)塌孔，且均為水孔，炮孔有效裝填長度為5～6 m，嚴重浪費鉆機作業(yè)效率，增加了穿孔成本?，F(xiàn)場進行了多次試驗優(yōu)化，在開段溝時孔網(wǎng)參數(shù)為5 m×4 m，正常爆破孔網(wǎng)參數(shù)沿用7 m×5.5 m，孔深調整為5 m，孔徑調整為138 mm（匹配乳化炸藥藥卷直徑110 mm），炮孔穿孔結束后在24 h內完成炮孔質量驗收和爆破作業(yè)，避免炮孔壁泡水出現(xiàn)塌孔。

5.2 鏟裝作業(yè)優(yōu)化

坑底鏟裝作業(yè)采用5.6 m3液壓反鏟挖掘機配70 t自卸汽車進行礦巖鏟裝運輸作業(yè)，后續(xù)更新設備時可更換更大規(guī)格型號的設備，提高采剝作業(yè)效率?？拥诅P裝作業(yè)方向由西向東，平臺底部開挖坡度為0.2°，地下水自流至西側集水坑，避免鏟裝工作面積水。

5.3 運輸作業(yè)優(yōu)化

礦山采用全汽車公路開拓運輸方案。新臺階開段溝運輸?shù)缆肪o跟鏟裝工作面，按照臨時道路標準修筑，道路以遇水軟化的泥巖、砂巖為主，按照原設計臺階高度為15 m，坡度為4.6°修筑運輸?shù)缆?，斜坡道長度在180 m以上，現(xiàn)有的70 t級同力礦卡輪胎打滑，需鋪墊戈壁料，路面保持干燥方能爬坡到頂，但實際開段溝過程中空間受限工期緊張且成本高昂。因此，分層采剝高度變更為5 m后，開溝工作面道路坡度可放緩至3°左右且斜坡道長度縮短至100 m以內，道路路面無明水的情況下不影響爬坡運輸。

6 結論

烏拉根鉛鋅礦沉積型軟巖開拓方法的試驗研究工作開展以問題為導向，制定相應的解決措施方案，通過生產現(xiàn)場試驗進行驗證其經濟合理性?？傮w上項目研究是成功的，先通過地下水疏干治理，為新臺階開拓創(chuàng)造條件，然后試驗確定臺階分層掘溝、分層開采方案，優(yōu)化采剝作業(yè)面參數(shù)和工藝流程，形成一套較為可靠的沉積型軟巖凹陷采坑開拓方法，確保完成露采年度采剝生產任務并保持采區(qū)連續(xù)均衡穩(wěn)定的供礦能力。

參考文獻

1 石蘇東，李守業(yè)，鄒 濤，等.新疆烏恰烏拉根鉛鋅礦地質特征及角礫巖的成因探討[J].世界有色金屬，2023（7）：94-96.

2 王 軍，趙 恰.烏拉根鋅礦防治水方案專項研究[R].廈門：紫金礦冶設計研究院，2023.

3 趙亞軍，柏 樂.露天煤礦第四系、煤系含水層混合疏干方式的研究[J].露天采礦技術，2017（10）：1-3.

4 馬熹焱.撫順西露天礦邊坡治理中不同疏干排水方案的對比[J].露天采礦技術，2020（2）：73-75.

5 徐曉東.露天礦采場掘溝工程優(yōu)化研究與實踐[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2017（6）：86-87.