某礦傾斜薄礦床開采技術研究與應用

張伶年

(桃江久通銻業有限責任公司, 湖南桃江縣 413400)

某礦傾斜薄礦床開采技術研究與應用

張伶年

(桃江久通銻業有限責任公司, 湖南桃江縣 413400)

對某礦傾斜薄礦床的采礦方法及工藝進行了優化擴能研究,提出在該礦山采用上向水平分層削壁充填采礦法,并對其采礦工藝進行了詳細介紹。該采礦方法提高了礦山的采礦效率,降低了礦石的貧化率和損失率,取得了良好的應用效果。

傾斜薄礦體;上向水平分層削壁充填;采礦方法選擇

某礦山是開采多年的老礦,井下生產系統與地面生產、生活及輔助設施滿足原有生產能力要求,部分可以充分利用,本次設計主要是對原有系統進行維護改造,對擴能后礦山系統的變化進行補充完善,使之滿足擴能后的安全與生產能力要求。

1 礦山開采技術條件

1.1 水文地質條件

礦區為丘陵地貌,地下水主要由大氣降水補給。第四系孔隙水含水層由粘土、砂土、巖石碎塊及礫石層組成,厚度 0～15 m,礦區淺部基巖風化裂隙帶 5～10 m,含弱裂隙水。淺部以下粘土巖、板狀頁巖、細砂巖、泥板巖巖性綜合體層理性強,層間結合緊密,含水相對貧乏,對地下水有隔水作用,可視為相對隔水層。礦區內老窿較多,部分內有積水,礦區未來礦井一般涌水量為 5.3 m3/h,最大涌水量為 16 m3/h,礦井充水因素為斷裂帶裂隙水,礦區水文地質條件簡單。

1.2 工程地質條件

巖層為較堅硬的粘土巖、板狀頁巖、細砂巖、泥板巖巖性綜合體,處于 O-S碎屑巖巖組,完整性較好,抗壓、抗拉、抗剪強度較高,工程力學性質較好。局部裂隙發育處,粘土巖、泥板巖易泥化、軟化,導致局部地段工程地質條件變差。

第四系粘土、砂土、巖石碎塊及礫石層主要分布于小河兩側及評估區溝谷地帶,厚度 0～15 m,工程地質穩定性較差。

區內巖體原生結構面主要為層面及層理面,粘土巖、板狀頁巖、細砂巖、硅質巖、泥板巖一般為中厚～薄層狀,層理較發育,層理性強,層間結合緊密。淺部風化后,往往形成裂隙由粘土、砂土組成的風化帶,局部含有碎石,一般厚 0～5 m。據調查,風化帶穩定性較好。

礦山為地下開采,采用斜井與平硐開拓,礦層的頂、底板主要為粘土巖、板狀頁巖、細砂巖、泥板巖等,工程力學性質較好。但是粘土巖、板巖易風化成粘土礦物,主要礦石礦物多呈不等粒粒狀,導致粘土巖、板巖及礦體分布地段工程地質條件變差,特別是局部節理、裂隙、斷層發育部位巖石破碎,地下水使得板巖泥化、軟化,穩固性變差,易造成塌方片幫。

總體來說,礦區水文地質條件簡單,礦層頂、底板較穩固,井巷圍巖穩固性總體較好,工程地質條件簡單。

2 礦山開采設計

該礦開采 I號礦體,平均厚度 0.53 m,礦體傾角50°～58°,礦體厚度小,埋藏較深,現采用地下開采。根據礦山地形地質條件、礦體賦存條件與礦山開采現狀,擴產設計仍沿用地下開采方式。I號礦脈單斜產出,目前控制的保有資源儲量分布在 +16～-150 m標高之間,礦山開拓運輸系統已基本形成。依據相關規范,認為原有開拓方案是合理的,為減少重復工程建設,節約擴改投資,在滿足安全與功能要求的前提下,將充分利用現有開拓井巷。

2.1 主要井筒的擴改工程

礦區現有主井、風井及 LD三個斜井,設計對其進行維修改造后,均予利用。主要的主井改造工程有:對井筒進行全面的維修加固;平整井筒底板;對軌枕進行防滑處理;對軌道校平校直;對人行踏步與水溝按規程要求進行修整;對安裝在井筒內的管網規范懸掛;封閉與原 77 m、原 55 m中段聯通的穿脈巷道;封閉 -150 m以下的開采水平。

主井主要擔負全礦井礦石、矸石、材料運輸及人員進出、進風與安全出口等任務。采用砌碹支護,凈寬 2.3 m,凈高 2 m,凈斷面積 4.6 m2;井筒內敷設15 kg/m鋼軌。

原風井主要的改造工程有:對井筒進行全面的維修加固;撤除原井口提升設備與井筒內的軌道;平整井筒底板;對人行踏步與水溝按規程要求進行修整;對安裝在井筒內的纜線規范懸掛;封閉與原 67 m、原 33 m中段聯通的穿脈巷道。風井前期 (開采37622000以西礦體)主要擔負回風、行人通道及作為安全出口,后期 (開采 37622000以東礦體)主要擔負行人通道及作為安全出口。采用砌碹支護,凈寬 2.3 m,凈高 2 m,凈斷面積 4.6 m2。

原 LD主要的改造工程有:對井筒進行疏通和全面維修加固;按規程要求修筑人行踏步與水溝;安裝照明線路;封閉與原所有中段聯通的穿脈巷道,掘進 +50 m穿脈巷道與 +50 m中段回風平巷聯通。

LD在東井開采后期 (開采 37622000以東礦體)作為通風井,可作為第二期改擴建工程回風、行人通道及安全出口。采用砌碹支護,凈寬 2.3 m,凈高 2 m,凈斷面積 4.6 m2。

2.2 開采順序

礦井總的開采順序確定為:垂直方向上由上往下分中段開采,水平方向上從儲量控制范圍邊界往主井、風井方向作后退式回采。根據礦山現狀,首采區確定為 +16 m中段西北角。

2.3 采礦方法選擇

根據礦體賦存條件和礦床開采技術條件,礦區適合選用淺孔留礦采礦法和上向水平分層削壁充填采礦法。

(1)淺孔留礦法的適用條件及主要優缺點。淺孔留礦法適用于急傾斜礦體或傾斜、緩傾斜極厚礦體,礦石及圍巖要求中等穩固 (開采薄礦脈時可適當降低要求),礦體產狀較規整,礦石不結塊且無氧化自燃現象,地表允許陷落;其主要優點為礦塊生產能力和勞動生產率高,中段開采順序要求不嚴格,通風良好,坑木消耗少,采礦成本低;缺點是礦石損失率較大,大量放礦時礦石貧化較大,采空區不太好處理。

(2)上向水平分層削壁充填法適用條件及主要優缺點。削壁充填適用于礦脈厚度一般 1 m以下,傾角不限,礦石與圍巖接觸明顯,易于分辨,且圍巖不含礦,礦脈產狀較穩定,礦石、圍巖中等穩固 (開采薄礦脈時可適當降低要求);其主要優點為中段開采順序要求不嚴格,通風良好,坑木消耗少,采礦成本低;缺點是礦石貧化較大,礦塊生產能力和勞動生產率低。

綜合分析,上向水平分層削壁充填法對比淺孔留礦法的唯一缺點是礦塊生產能力和勞動生產率低,但由于礦山規模不大,該點影響不大。其最大的優點是采空區進行了充填,能有效地控制圍巖變形、破壞和地表移動。故本設計選用上向水平分層削壁充填采礦法 (見圖1)。

圖1 上向水平分層削壁充填采礦法

3 上向水平分層削壁充填采礦法

礦山中段高度為 24～44 m,采場沿礦體走向布置,采場長度為 40～50 m,不留頂底柱與間柱,采用塊石混凝土壁,分層回采高度為 2.5 m,采幅 ≥1.2 m。

3.1 采礦工藝

(1)采準切割。垂直沿脈中段運輸平巷沿礦體傾向在脈內掘進天井到上中段,將礦體劃分為礦塊。在礦塊的一端沿脈掘拉底巷道,掘到礦塊中部后,以大于 50°的坡度作溜礦井。完成拉底工程之后,在礦塊中央沿礦體傾向從拉底水平掘進到上中段形成先進天井;隨采掘工作面逆傾斜向上推進,在礦塊兩端搭筑人行順路天井。

(2)回采。采場工作面從下往上逆傾斜方向推進。礦體傾角和厚度變化不大時,礦石和圍巖分別回采。礦體位于上盤,圍巖位于下盤,根據實際情況決定開采順序。礦體極薄或礦體底板不規則時可混采。采幅依工作方便而定,但不小于 1.2 m。鑿巖選用 YTP-26型風鉆和 G10風鎬打眼,炮眼逆傾斜方向布置,炮眼排列方式宜用“之”字形或梅花形,分采時界線部分可用“一”字形布眼。炮眼深 1.5～2.0 m,孔距 0.8～1.0 m。爆破采用 2#巖石炸藥或乳膠防水炸藥,用非電導爆管起爆。

(3)出礦。采場內礦石用人力小車或鋼板拖斗人工裝車搬運到溜礦井,從漏斗放出,廢石充填于采空區。

(4)充填及順路天井架設。采完礦石后崩落圍巖充填采空區,采下的圍巖部分由爆力搬運到采空區,余者人工搬運充填。充填時每隔 1.5～2 m用塊石堆成石墻,石墻堆砌接頂要密實,與工作面保持 2～3 m的高度,然后再進行下一分層回采。為了保證良好的通風條件及安全出口,在礦塊兩端分別布置順路人行天井,礦塊中央設溜礦井。順路天井和溜礦井隨回采工作面向上推進、依次架設,架設材料可用塊石、混凝土和松木,架設要穩定牢固。

(5)采場通風。采場通風路線:主井口 (新鮮風流)→主井→中段穿脈平巷→中段運輸平巷→順路人行天井→采場工作面→先進天井→上中段回風平巷→通風天井→風井排出地表。采場主要借助礦井整體負壓通風,必要時采用局扇加強通風。

3.2 采場頂板管理

為保證礦井采礦作業的安全,采場頂板管理主要采取以下措施:

(1)崩落圍巖 (包括分選出的廢石)充填采空區,人工堆集,做到接頂密實,以此支承頂板;

(2)作業面遇有結構面或浮石難以處理時,用木支柱臨時支護,以保證作業人員安全;

(3)嚴格控制炮眼方向和爆破用藥量,盡量減輕對頂板的破壞;

(4)建立頂板分級管理制度,對頂板不穩固的采場組織專人負責檢查,采場分級嚴格根據地質構造及采掘破壞情況進行鑒別;

(5)浮石處理及時細致。處理浮石時,要停止其它作業,且有良好照明;

(6)采場回采完成后,及時用廢石封閉采場通道,以防止誤入和減少漏風。

4 結 論

礦山主要經濟技術指標為礦塊生產能力:800～1500 t/月 ;采 礦工 效 :3 ～5 t/工 班 ;采 切 比 :190 ～330 m/萬 t;礦塊回采率:97%;礦山總回采率:90%;貧化率:10%。實踐證明,上向水平分層削壁充填采礦法的應用符合礦山實際,且能更好、更安全的進行礦體回采,提高了采礦效率,應用效果良好。

[1] 解世俊.金屬礦床地下開采 [M].北京:冶金工業出版社,1986.

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2010-06-21)

張伶年 (1971-),男,湖南桃江人,采礦工程師,桃江久通銻業生產部副部長,Email:zlnzsj@163.com。