用沙壩礦段充填采礦下的探采結合研究

程津漢,靳云川,羅 曼

(貴州開磷集團有限責任公司, 貴州開陽縣 550302)

用沙壩礦段充填采礦下的探采結合研究

程津漢,靳云川,羅 曼

(貴州開磷集團有限責任公司, 貴州開陽縣 550302)

由于開磷集團的快速發展,對用沙壩礦段的開采進行了相應的擴能技改,以滿足企業發展的需求。但開采能力的提高給礦山帶來探采失衡的問題,探采矛盾將嚴重制約礦山生產能力和總體布局。通過對用沙壩礦段的探采結合研究,提出了行之有效的探采結合方案,以期能解決探采的矛盾。

充填采礦;生產勘探;探采矛盾;探采結合方案

1 生產現狀

用沙壩礦為了實現200萬t/a的生產能力,進行了擴能技改。目前,已經全面應用了充填采礦和膠帶運輸,已形成4個中段(1120中段至920中段)同時采礦的局面。這樣的開采方式得益于充填采礦方法的充分應用,但同時也加快了開采下降的速度,致使開拓和探礦工程難以跟上采礦的步伐。

根據充填采礦方法及膠帶運輸方式的要求,結合用沙壩礦段的礦體賦存地質條件,選擇以70～80 m高差劃分開采中段,以140～160 m高差安裝膠帶運輸系統。每個中段在走向上劃分為9個開采盤區。膠帶運輸平巷一般布置在礦層底板脈外,盡量少轉彎的同時還要考慮和礦層保持一定的安全距離。其余中段運輸系統及分層采準平巷都布置在頂板白云巖內。

1120中段的保有礦量僅能維持2012年的開采,920中段已經開始回采,920中段以下的開拓工程由于受地質勘探程度不夠的影響,未能提前施工。

2 以往勘探情況

2.1 地質勘探情況

1956年8月～12月,原貴州省重工業廳第五勘查隊對用沙壩礦段進行了不完全踏勘。1957年4月～1958年7月,貴州省原地質局開陽隊進行了初勘,并于1959年9月提交了初勘報告。1965年2月～1966年元月,貴州省原地質局102地質大隊以初勘時提交的地質報告和地質圖件為依據,對用沙壩礦段進行了詳勘,并于1966年2月提交了詳勘報告,經省儲委審查批準,作為礦山設計建設和開采的依據。

根據用沙壩礦段詳勘報告及采礦許可證要求,確定最低開采標高為700 m。而920～700 m標高有效控制礦體的鉆孔僅有3個,導致該區域的資源儲量級別較低,不能滿足該地段開采設計的需要。

2.2 生產勘探情況

根據用沙壩礦段礦體及構造特征,用沙壩礦自1989年投產至今,礦山的生產勘探一直采用坑鉆結合方式,坑探和坑內鉆探一般以100 m間距交替布置,遇到地質構造復雜的地段則加密勘探工程。坑探采用的是斷面為2 m×2 m的穿脈探礦方式,坑內鉆探采用的是鉆孔直徑為35 mm的小型鉆機。一般是在中段開拓大巷內布置垂直于礦體平均走向的水平探礦工程。這樣的生產勘探方式完全能滿足礦山生產能力不大時的開采需要。

多年的生產勘探及采礦經驗表明,1120中段以上的地質構造相對簡單、礦體厚度較穩定、礦體連續性較好。但1120中段以下,構造逐漸變得復雜、礦體的連續性遭到不同程度的破壞、礦體的厚度變化較大(出現了大量的薄礦帶)。

針對日趨復雜化的礦體賦存條件和生產能力的不斷提升,以及大型無軌設備和充填采礦在井下的普及應用,原來的勘探方法已顯得力不從心。

3 存在的問題

在充填采礦及產能短時間大幅度提升的背景下,還遵循原有生產勘探方法,致使生產勘探嚴重滯后,產生了探采矛盾及其帶來的一系列問題。

(1)制約開拓進度。由于用沙壩礦段920中段以下的地質勘探程度極低,不能作為開采設計的依據,于是920～700的開拓系統設計就無法完成,這將直接制約開拓進度。

(2)影響生產組織。用沙壩礦要完成每年200萬t的供礦任務,至少需3個中段同時采礦,盡量讓采場在縱向上集中,利于采空場的充填。若把采場大量布置在一個中段,走向戰線太長,不僅不利于充填,而且生產組織難度大。若920中段以下的中段開拓系統不能盡快形成,那么必將影響下一步的生產組織。

(3)生產接替困難。采掘平衡是礦山生產正常進行的保證。預計2012年底,用沙壩礦段1120中段將閉坑,只剩下1070,990和920中段。目前990和920中段的開拓還未完全形成,920以下開拓系統還未開工建設,而開拓系統建設至少需3～5 a時間,如不及時開工建設,在現有生產能力下,必定出現采掘失衡,這將導致今后生產接替困難。

(4)限制生產能力。在生產礦山,地質儲量的級別是衡量礦床勘探程度的標志,而生產礦量的級別則是采掘生產準備程度的標志。地質儲量是編制礦山采掘計劃的基礎,地質儲量的獲得與級別的提高為3級生產礦量的獲得提供了條件和依據;同時,采礦準備程度的提高,采礦準備工程的增加又加深了對礦床地質條件的了解,從而提高了礦床的控制程度及其儲量級別。如不盡快解決探采矛盾,將導致采掘失調,無法保證2級礦量平衡(充填采礦只存在2級礦量),繼而出現采場不足,嚴重限制生產能力的發揮和提高。

(5)影響總體布局。用沙壩礦段的年供礦量占礦業總公司的一半,供礦一旦出現問題,將直接影響總公司的總體布局與長遠規劃的實施,后果極為嚴重。

4 探采結合方案

4.1 坑內鉆探與地表鉆探相結合

為了解決用沙壩礦段日顯突出的探采矛盾及其帶來的一系列問題,有效的應對措施就是必須盡快提高探礦效率,提高920中段以下的地質勘探程度。

由于用沙壩礦段920中段為布置在底板內的最低膠帶運輸系統,其盤區底柱石門需掘進至頂板內約50 m,然后再布置盤區斜坡道,因此,可利用膠帶轉運平巷(即盤區底柱石門)頂板白云巖段布置下斜孔,勘探920中段以下約100 m垂高的礦體情況,可提供下中段開拓設計所需的地質資料。

但由于目前坑內鉆探采用的是井下小型鉆機(受巷道斷面限制),斜孔施工最長能達到孔深150 m。所以,僅利用坑內下斜鉆最深能控制800 m標高以上的礦體。然而,作為年生產能力為200萬t的開拓系統整體設計,920中段以下的設計需考慮至700中段。雖然現在已有用于井下施工垂直深孔的大直徑鉆機,但前提是必須在礦體頂板內掘進一條脈外大斷面探礦輔助巷道,而且該巷道還很少能被采礦所用。根據用沙壩礦段的礦體賦存情況,施工這樣的探礦巷道每條長度在100～500 m間,不但影響探礦進度,而且井下空氣質量較差,不利于施工長距離鉆探;坑內鉆探的優勢是:成本相對較低、工期短(鉆探量小)、見效快、便于管理。而地表鉆探的最大優勢就是可以實現多鉆機同時作業,可大大縮短整體勘探時間;其缺點是成本相對較高,因地表離探礦點多在1000 m左右,故不能全用地表鉆探。據此,建議僅700中段的地質勘探選擇施工地表鉆孔。

通過以上分析可見,要盡快提高探礦效率,建議920～800 m區間采用坑內下斜鉆探,800～700 m區間采用地表鉆探,實現坑內鉆探與地表鉆探相結合的生產勘探方式,見圖1。

圖1 鉆探布置示意

4.2 坑探工程與采礦工程相結合

根據目前礦山的發展,每年的開拓速度都在加快,如果坑探還以小斷面(2 m×2 m)的穿脈形式掘進(排碴困難),不但會影響開拓的進度,而且還跟不上采礦的需要。所以,建議布置在主開拓大巷內的坑探工程選擇大斷面巷道,既便于大型設備除渣,從而節省時間,又能被今后采礦所利用(比如超前疏干工程、膠帶運輸石門等)。

由于充填采礦的分層采準平巷均布置在頂板白云巖內,建議分層的礦房石門按探礦需要提前施工,既可起到探礦作用,及時指導脈外采準掘進的方向,又可為日后采礦節省時間。

總之,礦體及地質構造的復雜程度對選擇勘探工程影響很大。對礦體相對穩定、構造相對簡單的區域,建議多采用鉆探方式,就能達到控制礦體的目的;針對地質條件比較復雜的地段,建議采取坑鉆結合的勘探方式:用坑道探明礦體主要部位的地質構造特征,用坑內鉆探控制礦體局部復雜地段,指導巷道掘進;針對地質條件極為復雜的地段,建議采取以“坑探為主,鉆探為輔”的探采結合方式。

5 結 論

通過對用沙壩礦段的生產現狀、以往勘探情況以及存在問題的分析研究,找到了解決探采矛盾的措施,提出了探采結合方案,基本結論如下:

(1)堅決貫徹執行“探礦超前、全面研究、經濟合理”的總原則;

(2)在采礦方法變化或生產能力大幅度提升的情況下,生產勘探方法必須作相應調整,否則將出現探采矛盾,導致采掘失衡;

(3)用沙壩礦段920中段以下的生產勘探方式,建議采用坑內鉆探與地表鉆探相結合的方法: 800 m標高以上采用坑內鉆探,800 m標高以下采用地表鉆探,如此既降低了勘探成本,又提高了探礦效率;

(4)用沙壩礦段的生產勘探應充分考慮坑探工程與采礦工程的有機結合,盡量做到坑探工程能為日后采礦所用;

(5)針對地質條件極為復雜的地段,建議采取以“坑探為主,鉆探為輔”的探采結合方式。

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2012-05-11)

程津漢(1955-),男,貴州望謨縣人,地質工程師,主要從事礦山地質管理工作。