胡八莊金礦上盤不穩固礦體開采技術研究

秦忠虎，曹善川，趙興東

(東北大學， 遼寧沈陽 110819)

胡八莊金礦上盤不穩固礦體開采技術研究

秦忠虎，曹善川，趙興東

(東北大學， 遼寧沈陽 110819)

胡八莊金礦的礦體為上盤不穩固礦體，在采用無底柱淺孔留礦法時，頂板破碎易掉，片幫、冒頂時常發生，出礦損失率、二次貧化率也隨之增大，給生產、安全造成很多隱患和困難。針對此種情況，提出采用上向水平分層干式充填采礦法，該工藝大大地提高了礦石回采率、回采進度及工人工作的安全性，可在相似地質條件的礦山推廣應用。

不穩固薄礦體;上向水平分層干式充填;損失率;貧化率

1 礦體地質賦存條件

胡八莊礦區隸屬于山東金洲集團富嶺礦業有限公司。區內礦體主要為含金石英脈，局部為蝕變巖，主要有3條含金礦體，編號Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ號。

+5 m中段VI－2礦體，現已控制礦體長度50 m，69線向北40 m處尖滅，向南10 m處尖滅，礦體走向5°，傾角60°，礦體下盤為蝕變花崗巖，較穩固;上盤為煌斑巖，厚度1～4 m，極不穩固。

目前，礦區井下最大開采深度已至－140 m標高，共計3個井作業，分別為69線井、82線井、79線井，主要開采的礦體為V脈和VI脈?，F井下保有地質儲量12萬t，其中Ⅴ號脈7萬t，Ⅵ號脈5萬t。

在－140 m中段81線現有坑道已控制礦體長度40 m，厚度2 ～2．5 m。礦體連續，傾角 60°，走向20°。礦體上盤存在2～2．5 m的煌斑巖破碎帶，非常不穩固，為下一步開采帶來非常大的困難。

2 原用的采礦方法及存在的問題

胡八莊礦區井下采礦一直沿用無底柱淺孔留礦法，礦塊生產能力35 t/d。前期，在69線井 +35，+70 m中段VI－2號礦體已有礦房回采過程中采場頂板和上盤圍巖因脈巖穿插、節理發育、破碎，礦體傾角緩傾近60°等諸多原因造成冒頂、沉(片)幫現象發生頻率增加，礦房上盤圍巖沉(片)幫厚度有時高達2～3．5 m，沉(片)幫長度幾近礦房總長，隨礦房回采高度上升沉(片)幫現象逐漸嚴重，因而造成回采過程中礦石貧化率大幅增加(最高可達50%)，出礦損失率、二次貧化率隨之增大，給生產、安全造成很多隱患和困難。前階段為解決以上問題也多方考證、多次試驗，但效果均不理想，始終無法解決圍巖沉片幫的問題。

淺孔留礦法礦房從下而上逐層回采，每次崩下的礦石利用自重暫時只放出1/3左右，而其余的礦石存留于采空場中，用以支護兩盤巖石和便于工人站在其上繼續進行下一循環作業。留礦采礦法采場內暫留的礦石在回采礦房過程中是經常移動的，因而不能作為地壓管理的主要手段。

礦山多年生產實踐表明，原用的無底柱淺孔留礦法主要存在以下問題:

(1)應用淺孔留礦法進行回采上盤不穩固礦體時，造成上盤經常冒落，礦石損失率和二次貧化率較大，給生產、安全造成很多隱患和困難;

(2)在大量放礦時，礦體不能被完全放出，導致了大量的資源浪費;

EM斷路器產生的熱量主要源于其內部脫扣器和觸頭等導體的通電熱效應，并通過熱的3種傳遞方式由自身傳導到周圍空氣中。其傳熱過程如圖2所示。當EM斷路器有負荷電流流過時，由焦耳定律可知，EM斷路器的火線(L)和零線(N)回路的電能功耗轉化為熱能。熱能經導體、內部氣隙與外殼間的熱對流以及導體與外殼間的熱輻射，被傳到外殼金屬部分的內壁上。外殼內壁的累積熱量通過熱傳導傳遞至外殼表面，最后經由外殼與周圍空氣間的熱輻射和熱對流，把熱量傳到周圍的空氣中。當負載電流、空氣溫度等條件不發生變化，熱量的產生和耗散相等時，溫度場達到平衡。

(3)淺孔留礦法的作業機械化程度不高，人工平場工作量大;

(4)冒落和片幫的大塊圍巖會堵塞溜井，給大量放礦造成了很大的困難。

3 采礦方法改進

在胡八莊礦區通過現場實地調查，收集礦巖試樣及其相關地質資料，在實驗室對試樣的物理力學性質進行了詳細的分析，結合現場實際情況，對礦巖穩定性進行定性分級，并結合礦體賦存條件，選擇了干式充填采礦法(如圖1所示)。

3．1 采場布置及結構參數

2個礦房同時回采，充填1#礦房時回采2#礦房，礦房沿走向布置，礦房長分別為37 m和39 m，寬度為礦體的厚度，礦體傾角51°，階段高度為30 m，礦房斜長約40 m。聯絡道間距均為5 m，不留頂柱，留5 m厚的底柱，間柱寬度為6 m。每分層回采2 m，然后進行充填。

3．2 采準切割工程布置

圖1 胡八莊金礦上盤不穩固礦體干式充填采礦法

(1)底部結構。在5 m厚的底柱內，2個礦房中分別鑿直徑為1．3 m的放礦溜井，并架設放礦漏斗。

(2)切割拉底方案。連通第一層聯絡道，形成拉底空間。

(3)掘進充填井。由于礦體比較薄，并且礦房也不是很長，所以每個礦房內布置1條充填井，充填井沿礦體上掘至－110 m中段，斷面1．6 m×1．8 m。

(5)聯絡道布置。沿天井向上每5 m向采場掘進一穿脈聯絡道。為保證回采貫通，聯絡道穿過礦體，一是起探礦作用，二是用作行人聯絡道和采場通風道，聯絡道斷面1．6 m×1．8 m，此外，電耙絞車設置在聯絡道內。

3．3 回采充填工作

1#礦房和2#礦房同時回采，每個礦房各設1條充填井和1條礦石溜井?；夭勺韵露线M行，每次爆破后，從溜井放出所有礦石，搭建直徑為1．3 m的鋼溜井，然后通過充填井向礦房中放入廢石，并用電耙整平，最后在充填的廢石料表面鋪設0．2 m厚、強度5～8 MPa的混凝土。從右向左依次回采，當采完1#礦房時，對1#礦房進行充填，然后回采2#礦房，采完2#礦房，對其進行充填，同時回采1#礦房。依次交替采充，互不干擾，節省了充填體凝固的等待時間，提高了工作效率。

依次自下而上沿著斜向向上推進至礦塊的頂部。隨著回采的進行，將電耙絞車向上一層聯絡道轉移。充填料主要來自－110 m中段掘進所產出的廢石。

3．4 落礦與出礦

采用7655型鑿巖機，站在爆堆上打上向傾斜炮孔，孔徑42 mm，孔深2 m，排距0．5 m。使用銨油炸藥或乳化炸藥卷進行爆破，采用微差導爆管雷管起爆。

該方案直接采用下盤溜井出礦，礦石溜至出礦巷道，通過放礦漏斗裝車。

3．5 通風與排水

新鮮風流由下盤階段運輸平巷進入通風行人天井，通過聯絡道進入采場，污風通過充填回風天井進入上中段的回風巷道。

中段排水由馬頭門、車場和石門巷水溝流入中段天井，再由天井倒段至－350 m中段水倉，經水倉一次排水至地表。

4 評價

(1)采用干式充填，減少了無底柱留礦法的層間頂柱損失，提高了礦石回采率。

(2)從采場底部掘進切割巷道，然后上向分層回采，減少了掘進工程量，且采場暴露面積小，出礦比較安全。

(3)2個礦房同步回采，回采和充填互不干擾，大大提高了生產進度，提高了采場生產能力，并及時維護了采場上下盤圍巖，每次回采采用淺孔爆破，便于控制采場上下盤，降低了采礦貧化率。

(4)回采過程中將礦石中的廢石及時手選用于采場充填，減少了礦石貧化和充填量，有利于降低成本。

(5)2個礦房同步回采，不留間柱，以水泥隔墻替換間柱，大大提高了礦石的回收率，減少資源損失，增加了效益。

(6)在采場內部使用小型電耙子出礦及充填，提高了勞動效率。

生產實踐表明，上向水平分層干式充填法具有貧化、損失率低、作業安全、適應性強和能控制地壓活動等優點，對于低品位、圍巖穩固性差、礦體傾角緩的薄礦脈是一種較適宜的采礦法。在開采礦巖中等或中等以上穩固的勘探級別較高、產狀復雜的礦體方面，具有廣闊的應用前景。

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2010－11－10)

秦忠虎(1985－)，男，山西洪洞人，碩士研究生。研究方向:采礦方法、巖石失穩及其控制。