包古圖金礦多空區礦體回采技術研究

王文波，薛思讀，原秀合

（托里縣招金北疆礦業有限責任公司， 新疆托里縣 834506）

包古圖金礦多空區礦體回采技術研究

王文波，薛思讀，原秀合

（托里縣招金北疆礦業有限責任公司， 新疆托里縣 834506）

針對包古圖金礦空區較多的現狀，研究了空區探測原理，提出了治理空區的措施，進一步完善了井下的監控系統。探討了殘礦回收的技術，并且對巷道及采場支護進行了工業試驗，取得了理想的結果，經濟效益可觀。

空區探測；井下監控；礦柱回采；巷道支護

0 引 言

包古圖金礦是矽卡巖型硫鐵化礦床，礦體厚度20～50m，平均厚度35m，走向長度600m，為急傾斜礦體，其傾角一般為75°。礦體穩固，局部為中等穩固，上盤圍巖較穩固，但是下盤圍巖穩定性較差，易發生坍落事故，在下盤掘進時必須采取相應的支護措施。在沿著礦體走向的方向，局部礦石的穩固性較差，礦巖破碎，在這種情況下，采用全尾砂膠結嗣后充填采礦法進行采礦。在礦石比較穩固的地段，采用分段鑿巖階段放礦的方法進行采礦，其采場沿走向長60m，寬度為礦體的全厚度，階段高度80 m，每個階段分為4個小分段，分段高度為20m。在過去的二十年里，由于沒有采取適當的措施，民采十分嚴重，在井下留下了大量的空區，這些空區嚴重影響著礦山的安全，大大制約了礦山的生產能力，為了提高礦山的產量，急需了解空區的形態并進行治理。為此，包古圖金礦與東北大學合作，開展了這項工作。

1 空區的危害及治理措施

眾所周知，空區是礦山最主要的危險源之一，每年由空區導致的事故，造成了人員的傷亡和巨大的經濟損失。空區的存在主要有如下兩方面的危害：

（1）采空區有塌陷的危險，而采空區的塌陷勢必引起空氣的壓縮，對地下人員和設備形成強大的沖擊，導致嚴重的事故，而且，采空區塌陷可能引起地表的塌陷，對環境造成極大的破壞；

（2）采空區內部可能存有積水，是導致井下突水事故的潛在隱患。

采空區的治理主要采取以下的措施：

（1）利用CMS對空區進行探測，確定空區的位置及形態、大小；

（2）對空區進行處理，在有條件的地方采取崩落上部圍巖的方法來填充采空區，并注意地下水害等問題；

（3）對于小型的采空區，直接用充填料充填。

2 井下監控技術

礦井安全監測監控系統一般由傳感器、執行機構、分站、電源箱（或電控箱）、主站（或傳輸接口）、主機（含顯示器）、系統軟件、服務器、打印機、大屏幕、UPS電源、遠程終端、網絡接口電纜和接線盒等組成，如圖1所示。監測監控系統要具有數據顯示、傳輸、存儲、處理、打印、聲光報警、控制等功能。

圖1 礦井安全生產監控系統

根據礦山建設生產情況，監測監控設備設置如下：調度中心設在礦區行政辦公樓，地面的監測監控子系統通過地面光纜上傳到礦井調度中心實現統一調度。北采區井下所有分站及傳感器采用與南采區安全監控系統相同類型，各分站通過傳輸總線接入地面安全監控系統。

（1）安全監控中心站。地面安全監控中心站可以設在礦區行政辦公樓調度指揮中心調度臺內，其監測主機采用2臺高性能、高穩定性的P4工控機，正常運行時，1臺為活動狀態，1臺為備份狀態。異常時，活動主機上的應用全部切換至備份主機。配置1臺高分辨率彩色打印機用于隨時、定時或自動打印數據、報表和圖形。同時還設有大屏幕彩色顯示器、傳輸接口、交流穩壓電源、UPS等。主機通過傳輸接口、傳輸電纜與井上下各分站通信。并通過工業以太網交換機上聯礦井信息管理網絡，實現安全生產信息在本礦井的共享以及遠程的安全管理。

（2）地面分站。在地面的通風機房監控室、主副井絞車房、地面生產系統控制室處分別設置相應的安全監控分站或監控單元傳輸接口與礦井安全監控系統聯網。

（3）井下分站。井下各分站分別設置在各中段硐室或井底車場。各分站至傳感器距離不超過2 km，并要設置在便于人員觀察、調試、檢驗及支護良好、無滴水、無雜物的進風巷道或硐室中。安設時應墊支架，使其距巷道底板不小于0.3m，或吊掛在巷道中。

3 多空區的礦柱強采技術

采空區的存在給回采剩余的礦量造成了極大的不便，同時也增加了回采的成本，加大了回采的風險。鑒于此，采用深孔崩落法回采礦柱，見圖2。

圖2 水平扇形深孔階段崩落法回采礦柱

首先要搞清楚空區的具體位置、形狀等，為了保證安全高效回采礦柱，采用中深孔落礦，微差減震。在某次試驗中，一次爆破炸藥總量50t，最大段藥量3.5t，起爆延期時間35ms和60ms，炸藥單耗小于1kg／m3。試驗證明，用微差減震技術進行殘礦開采是十分有效的一種方式。

4 西部空區邊緣冒落殘礦的回收技術

礦體西部的空區多而復雜，礦石破碎。由于礦石破碎的緣故，所以最大的暴露面積很小，導致采空區的體積不是很大，存留礦柱多，這部分礦體占了總體礦量的一大部分，因此，要提高礦山的效益，這部分礦體屬于必采的。民采期間主要用“之”字形空場法開采，雖然每個采空區的面積不大，但是數量很多，采空區的總面積達到9000m2，對礦山深部的開采構成重大安全隱患。由于空區的范圍大、不規則，且空間位置和形態無法精確定位，所以需要先對空區進行調查與探測定位，根據空區與殘礦的關系，選用不同的回收方法。

后續生產表明，殘礦的大量回收創造了巨大的效益，其采礦量已經占到礦山總采礦量的一半以上。

5 巷道過散體層的支護技術

由于包古圖金礦的礦巖破碎，空區多而范圍廣，故而在地下采礦的過程中必須及時支護巷道，以保證采場以及巷道的穩定性。在試驗中，采取3種主要的支護方式來支護巷道，即錨桿支護、噴射混凝土支護以及聯合支護。錨桿支護主要是要發揮錨桿擠壓加固的作用，通過擠壓加固，使得破碎礦石之間的作用力增大，形成整體，這樣就能較好地維持其穩定性，防止圍巖冒落片幫等事故的發生。而噴射混凝土支護主要是依靠混凝土進入巖石之間的裂隙，粘結破碎的巖體，使其粘結為整體，提高其整體的穩定性。噴射混凝土還可以改善圍巖的應力狀態，使其由二向應力狀態轉變為三向應力狀態。聯合支護是指同時使用錨桿和噴射混凝土的支護的方法進行支護，這種方法是一種主動加固圍巖的技術，不僅可以提高圍巖的自支撐作用，還具有減震的功能。另外還有多種衍生的支護方法，比如采用木支架或者剛性的支架支護。木支架一般不能承受太大的變形，而且抗壓的強度也不如剛性支架，但是木支架的價格便宜，原料來源廣泛，容易獲取。剛性支架有一定的塑性變形，能承受巖石更多的變形，更好地利用圍巖的自支撐作用。

選取一段礦巖十分破碎的地段作為試驗區，分別采用錨桿支護、噴混支護、聯合支護、木支架支護、剛性支架支護，經過變形觀測、數據記錄與分析、計算機模擬，并綜合考慮經濟效益，最終得出的結論是，剛性支架支護的效果最好，最終采用剛性支架支護的方法對采場與巷道進行支護。

6 結 論

（1）包古圖金礦礦巖局部破碎程度大，空區復雜，本文討論了空區的危害以及相應的治理措施，實踐證明，這些措施的實用性很好。

（2）為了高效安全地回采礦柱及空區的殘留礦體，需要及時有效地監控井下各種情況，本文研究了在井下設置監控站的可行性。

（3）通過對各種支護方式進行研究，并進行現場試驗，最終確定了最優的支護方式，并在后續的生產實踐中創造了良好的效益。

［1］趙 奎.殘留礦柱回采與空區穩定性的有限元模擬研究［J］.采礦技術，2002，2（2）：51－53.

［2］秦豫輝，程秀升，李春曉，等.三道莊礦區不規則空區的處理［J］.礦業研究與開發，2004，24（1）：27－29.

［3］侯朝炯.巷道金屬支架［M］.北京：煤炭工業出版社，1989.

［4］高建敏.洛鉬集團采空區治理的技術創新與實踐［J］.礦業研究與開發，2010，30（6）：86－89.

［5］王賢來，姚維信，韓 斌.金川礦區高應力破碎巖體條件下的巷道支護技術［J］.礦業研究與開發，2004，24（3）：38－41.

2011－11－29）

王文波（1976－），河北魏縣人，采礦工程師，國家注冊安全工程師，高級項目管理師，主要從事礦山安全生產技術管理研究，Email：wangwb0428＠sohu.com。