焦家金礦寺莊礦區安全高效開采技術研究

司呈斌，黨文剛

（1.山東黃金焦家金礦， 山東萊州市 261400；2.中南大學資源與安全工程學院， 湖南長沙 410083）

焦家金礦寺莊礦區安全高效開采技術研究

司呈斌1，黨文剛2

（1.山東黃金焦家金礦， 山東萊州市 261400；2.中南大學資源與安全工程學院， 湖南長沙 410083）

為了實現焦家金礦寺莊礦區安全高效開采，對寺莊礦區的礦巖物理力學特性進行了研究，結果表明，巖石類型均屬于堅硬、半堅硬型。根據地質資料運用Surpac軟件建立了礦體的三維可視化模型，直觀地表述了礦體在地下的賦存情況。在此基礎上提出房柱式中深孔落礦階段嗣后充填采礦法，介紹了回采工藝，并對其技術經濟指標進行分析。工業實踐結果表明，該方法大大提高了該礦區的生產效率，經濟效益和社會效益十分顯著。

焦家金礦；巖石性質；Surpac建模；充填采礦法；中深孔；回采工藝

1 焦家金礦開采現狀

焦家金礦寺莊礦區礦體賦存比較復雜，夾石相對較多，在機械化采場回采過程中暴露出來的問題越來越多，現在礦區在開采過程中貧化損失較為嚴重，礦石品位變化較大，開采出來的低品位礦石越來越多。寺莊礦區最初的井下生產工藝主要為淺孔留礦法和上向水平分層充填采礦法，生產能力相對較低。隨著開采強度的不斷加大，沿用原來的技術參數進行開采時，由于深部采場頂板不穩固，時常發生巖石冒落與片幫現象，對安全生產構成了嚴重的威脅。因此，為確保采場安全，寺莊礦區采用縮小采場跨度、增加點柱個數和縮減點柱間隔的辦法來保證采場的安全。但由此帶來的問題是礦山的生產效益嚴重受到影響，沿用之前的采礦方法使礦山的生產效率與生產能力嚴重下降，礦石貧化率與損失率增大，企業生產效益與礦井的服務年限受到嚴重影響。

本文結合寺莊礦區的實際情況，對寺莊礦區礦體圍巖的物理力學特性、礦體三維可視化建模和采礦方法進行了研究，開發出適應于寺莊礦區開采技術條件的安全高效低成本的采礦方法。

2 礦巖物理力學特性研究

在礦區井下選取具有代表性的巖石塊體試樣，主要巖石類型分布如下：上盤巖石主要由絹英巖化花崗質碎裂巖構成；礦體主要由黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖構成；下盤主要由黃鐵絹英巖化花崗巖構成。礦床圍巖蝕變發育。礦體主要分布于主裂面以下，產于黃鐵絹英巖化碎裂巖、黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖、黃鐵絹英巖化花崗巖中。將選取的塊體巖石試樣進行室內加工處理，制作成標準力學試件，分別對礦區上下盤和礦體進行了室內物理力學特性試驗，測試結果見表1。

表1 礦巖物理力學特性測試結果

通過室內試驗可以發現，上盤巖石比較破碎且強度較小，節理裂隙發育，在抗壓試驗過程中大多數都完全破碎，其破碎形式一般是沿節理面，且中間含泥質充填物；礦體巖石強度較大，節理裂隙不是很發育，在抗壓試驗過程中伴隨巖爆；下盤巖石強度大，在抗壓試驗過程破壞時伴隨很強的巖爆現象。根據實驗情況看，礦體及頂底板巖石的抗壓強度大于30 MPa，巖石類型均屬于堅硬、半堅硬。礦巖物理力學特性測試結果為礦房結構參數優化研究提供計算依據，以保證寺莊礦區在開采過程中的安全性、可行性、經濟性。

3 基于Surpac的礦體三維可視化建模

目前隨著礦山信息技術的不斷發展，Surpac軟件在礦山中的運用越來越多。Surpac軟件可以根據勘探地質資料建立地表、地層、礦體、空區和巷道的三維可視化地質模型，從而更直觀的表現出地質體三維信息［2］。在此基礎上，可以根據工程的需要對三維模型平面切割，反應礦體的任意截面的形狀，也可以進行礦體的體積、儲量品味分析計算。該軟件建立的巷道模型可以反映礦山的整個開拓體系，因而廣泛地應用于礦山采礦設計。結合寺莊礦區地質鉆孔資料，對寺莊礦區礦體進行三維可視化建模，如圖1所示。

圖1 寺莊礦區Surpac模擬礦體

通過Surpac模擬的礦體圖不難發現，礦區由多個金礦體組成，礦體的賦存形狀極不規范，分支變化非常嚴重，因此礦區的開采設計要結合礦體的具體形態進行設計，對于不同的開采地點選擇適當的采礦方案。

4 采礦方法的選擇

為了減少礦石的損失和貧化，充填采礦技術在國內外運用發展較快。國內外充填采礦實踐表明［3－4］，充填采空區可以有效防止地表塌陷，也可以消除地表尾礦的堆積，充填采礦也是綠色開采的重要組成部分［5］。因此，寺莊礦區一直采用機械化水平分層充填采礦法、盤區機械化房柱交錯式分層充填法、機械化上向進路充填法等。寺莊礦區采用主豎井、斜坡道聯合開拓，由于礦區由多個金礦體組成，礦體形狀極不規范，分支變化非常嚴重，用常規的分層充填采礦法對于此礦的生產而言效率低，采準工程量相對較大，導致開采成本高，影響企業的效益。因此，影響寺莊礦區的安全高效開采的重要因素就是對礦區采礦方案的合理選擇。

隨著采礦技術的不斷發展，高分段充填采礦技術越來越成熟。高分段充填法主要將礦體劃分為若干分段，采礦過程中的鑿巖、爆破、出礦、充填作業相對于分層采礦而言安全、可靠。分段高度遠遠大于分層高度，采用中深孔崩礦，崩礦量相對較大，由此提高了落礦效率和鏟運機出礦效率。高分段充填采礦技術的工業實踐還表明，礦石的貧化損失相對于分層開采也明顯減小。高分段充填采礦技術的成功應用對于實現寺莊礦山的高產高效提供了保證。綜合分析考慮，焦家金礦寺莊礦區擬采用房柱式中深孔落礦階段嗣后充填采礦法開采礦石，采礦方案如圖2所示。

4.1 回采工藝

采用脈外下盤人行斜井采準方式，在距礦體5～10m處布置人行斜井，規格為2.5m×2.5m，在垂直方向上每隔10m掘進鑿巖聯絡巷，與礦體內出礦橫巷聯接，每一分段鑿巖聯絡巷通過分段平巷聯接，在出礦橫巷每隔8～12m向礦體掘進出礦進路，在礦體下盤布置脈外階段運輸平巷。分段平巷斷面規格為3.2m×2.8m，斷面形狀為三心拱。鑿巖聯絡道布置在采場中心線，斷面規格為3.2m×2.8m。在礦體下盤布置一條階段運輸巷道，整個階段的礦石經出礦橫巷由無軌設備運輸，經過階段運輸平巷，最后倒入溜井中。分兩步驟回采，即先采礦房，后采礦柱。鑿巖設備通過鑿巖聯絡巷、鑿巖橫巷進入采場，在礦體中布置的鑿巖巷道與回風巷道在上盤連通，以形成回風風流，采用鑿巖臺車或淺眼鑿巖。將爆落的礦石用鏟運機運至溜井，出礦完畢，進行嗣后階段充填。具體的回采工藝如下。

（1）鑿巖爆破。采用鏟運機出礦，經脈外出礦平巷運出。整個采場出礦完畢，在出礦進路砌筑充填擋墻，封閉采空區，采用尾砂膠結嗣后一次充填。

（2）通風排險。新鮮風流由階段運輸平巷進入人行天井，再由人行天井進入分段平巷，再從分段平巷通過采場聯絡道進入采場，清洗工作面后的污風經回風聯絡巷，進入回風平巷，最后排出地表。在通風效果不理想的地段，采用局部通風機通風。

確保通風良好后再進行頂板檢查和撬毛作業，由工人站在爆堆或撬毛車上進行。檢撬從采場口開始，由外向里，最后進行工作面的檢撬。

（3）采場支護。采場頂板及上盤破碎帶以錨桿支護為主，局部特別破碎地點用錨桿加金屬網支護。為配合無軌機械化作業，用管縫式錨桿，桿長1.8 m，直徑43mm，長期錨固力為30～60kN。錨桿支護網度為1.0m×1.0m；遇巖石特別破碎時網度加密至0.8m×0.8m。金屬網采用直徑8mm鐵絲，編織網格為100mm×100mm，每張金屬網大小為2100mm×1600mm。

圖2 房柱式中深孔落礦階段嗣后充填采礦法

（4）鏟裝。采用鏟運機出礦，經脈外階段運輸平巷，倒入出礦溜井。

（5）采場充填。礦房采用尾砂膠結充填，膠結材料為325＃普通硅酸鹽水泥，充填體配比為1∶4，1∶8，1∶10。采場出礦完畢后，在緊臨采空區的鑿巖出礦巷道中砌筑充填擋墻，并在采場內懸掛充填脫水管。采場充填準備完成后，在上中段充填平巷中，按充填配比充填采空區。采用管道輸送（充填料漿）充填，充填料漿在地表制備后通過鉆孔至充填平巷，最后按充填配比充入采場。非膠結充填時，廢石采用柴油鏟運機由分段脈外巷進入采場聯絡巷，充入采場。充填完后，充填體中的水由泄水管泄出，最后由階段平巷將水排出。

4.2 主要技術經濟指標

采場生產能力：605t／d；采礦工效：127.3t／工班；炸藥單耗（平均）：0.443kg／t（其中，采場爆破：0.431kg／t；二次破碎：0.012kg／t）；采礦損失率：7.0%；采礦貧化率：6.5%；采切比：10.99標準m／kt；采礦直接成本：47.29元／t；工程單價為107.51元／m3。和之前的生產水平相比，主要經濟指標明顯提高，礦山經濟效益大大增加。

工業試驗表明，房柱式中深孔落礦階段嗣后充填采礦法開采具有生產能力高、采準工程量少、爆破成本低、安全高效等優點。但此方法不利于控制采場邊界，在進行鑿巖作業時難度相對較大。在礦山的實際生產中為了保護地表及礦山的生產安全，控制巖層的移動和地表沉降，井下必須采用接頂充填。

5 結 論

（1）對寺莊礦區的礦巖進行了力學特性試驗和調研。對不同地區進行取樣，通過巖樣加工、制作標準試件，完成了巖石試件抗壓、抗拉、抗剪強度試驗，得出了對寺莊礦區巖石力學參數，為對寺莊礦區安全開采提供了基礎數據。

（2）基于Surpac建立了寺莊礦區礦體三維可視化模型，該礦體三維可視圖直觀地表述了礦體在地下的賦存情況，為采礦設計提供了極大的便利。

（3）提出房柱式中深孔落礦階段嗣后充填采礦法，此采礦方法能夠很好的在礦區應用，技術經濟指標較好，經濟社會效益顯著。

［1］周羅全，劉曉明，蘇家紅，等.基于Surpac的礦體三維模型的建立［J］.金屬礦山，2006，358（4）：3336.

［2］李夕兵，古德生.現代金屬礦床開采科學技術［M］.北京：冶金工業出版社，2006.

［3］劉同友.充填采礦技術與應用［M］.北京：冶金工業出版社，2001.

［4］李夕兵，劉志祥，古德生.礦業固體尾廢與采空區互為資料戰略的思考［J］.礦冶工程，2005，25（6）：15.

［5］錢鳴高，許家林，繆協興.煤礦綠色開采技術［J］.中國礦業大學學報，2003，32（4）：343348.

20110918）

司呈斌（1984－），男，山東鄆城人，主要從事礦山采礦生產技術管理工作，Email：li8259220＠163.com。