采礦方法選擇研究與應(yīng)用

姜亞南 張戰(zhàn)勝 董迎春

(山東金洲礦業(yè)集團(tuán) 金青頂?shù)V區(qū)有限公司，山東 乳山264501)

金青頂?shù)V區(qū)采用豎井盲豎井聯(lián)合開(kāi)拓，機(jī)械通風(fēng)，已形成側(cè)翼對(duì)角式多級(jí)機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)。 主要采礦方法有無(wú)底柱淺孔留礦采礦法，分段段淺孔留礦采礦法、 上向水平分層充填采礦法和削壁充填采礦法，其中無(wú)底柱淺孔留礦法的使用比例達(dá)80%-90%。

目前，金青頂?shù)V區(qū)垂直采深達(dá)805 米，最大開(kāi)拓深度90 米，逐漸邁入深部開(kāi)采的行列開(kāi)采過(guò)程中，地壓顯現(xiàn)特征明顯，活動(dòng)強(qiáng)烈，嚴(yán)重危及井下作業(yè)人員、管理人員和設(shè)備設(shè)施的安全。

1 金青頂?shù)V區(qū)地壓顯現(xiàn)特征

金青頂?shù)V區(qū)開(kāi)采過(guò)程中地壓活動(dòng)的表現(xiàn)方式主要有兩個(gè)方面。一是，井巷工程的破壞，包括∶豎井井筒和天井圍巖受壓破壞導(dǎo)至浮石多，運(yùn)輸巷道、出礦進(jìn)路出現(xiàn)底鼓、片幫、頂幫碎裂和劈裂等現(xiàn)象。 二是，采場(chǎng)上盤(pán)圍巖沉幫，頂板冒落。 近年來(lái)，隨著開(kāi)采深度和開(kāi)采范圍的不斷擴(kuò)大，沉幫現(xiàn)象更加突出，無(wú)底柱淺孔留礦法采場(chǎng)上盤(pán)圍巖沉幫量在某些采場(chǎng)達(dá)到1／2-3／4，有時(shí)連續(xù)沉幫長(zhǎng)度可達(dá)20-30 米。 巖爆現(xiàn)象較少出現(xiàn)。

2 圖礦區(qū)地質(zhì)及礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

金青頂?shù)V區(qū)位于膠東隆起東部的牟平一文登隆起南緣，牟平一乳山金礦成礦帶中部。

（1）斷裂。 區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，以北北東向?yàn)橹鳎v貫全區(qū)，長(zhǎng)20 余公里，是區(qū)內(nèi)重要的控礦構(gòu)造，走向5°-25°，傾向多為南東，傾角75°-90°，單條斷裂寬1-20 米。 斷裂具有多期多次活動(dòng)特點(diǎn)，以壓扭性為主，局部具張扭性特征，屬?gòu)?fù)合性結(jié)構(gòu)面。 其次，北東、北西、北東東向斷裂也較為發(fā)育，規(guī)模較小，長(zhǎng)數(shù)十米至數(shù)百米，寬1～5 米，斷裂內(nèi)常充填含金硫化物石英脈。

（2）花崗巖。區(qū)內(nèi)出露面積最大的巖漿巖為昆崳山花崗巖，分布于牟平、乳山、文登境內(nèi)，呈北北東向展布，面積達(dá)1230 平方公里。

（3）脈巖。區(qū)內(nèi)脈巖發(fā)育，主要有花崗閃長(zhǎng)斑巖、閃長(zhǎng)玢巖、煌斑巖等，尤以煌斑巖規(guī)模最大。 煌斑巖走向多為25°-30°傾向南東或北西，傾角70°-80°，延長(zhǎng)數(shù)十米至近千米，寬數(shù)厘米至數(shù)米不等。 煌斑巖遇水或暴露后易風(fēng)化，故其強(qiáng)度較低，易使巷道冒頂或邊幫滑塌，采場(chǎng)上盤(pán)圍巖沉幫。

2.2 礦床地質(zhì)特征

經(jīng)坑探和生產(chǎn)證實(shí)，礦區(qū)有十個(gè)礦體，工工號(hào)為主礦體，其次為I號(hào)、Ⅳ號(hào)礦體，其余均為零星小礦體(平行主礦體兩側(cè))。

II 礦體概概況。 II 號(hào)礦體呈脈狀產(chǎn)出，以含金黃鐵礦石英脈為主，賦存于4-19 線間F3 斷裂的轉(zhuǎn)彎處，賦存標(biāo)高／120m～807m；長(zhǎng)140-470 米，厚度1.5-2.5m，最大厚6.7m∶產(chǎn)狀為N20°E／SE／85°～90°。 礦體沿走向和傾向均呈反“S”型，上下兩端比中部舒緩，剖面上比平面上開(kāi)闊，深部礦體反“S”型形態(tài)更舒緩，趨于平直。 礦體賦存于斷裂產(chǎn)狀由緩變陡處和走向拐彎處。

坑道涌水。礦區(qū)地下水不發(fā)育，坑道涌水主要來(lái)自于構(gòu)造裂隙水，即控礦斷裂F3 脈狀含水帶。F3 含水帶貫穿全區(qū)，寬15-20 米，總體走向20°，傾向南東，傾角75°-90°。目前，坑道正常涌水量4646m3／日，最大涌水量6329m3／日。圍巖及圍巖蝕變。區(qū)內(nèi)礦體圍巖蝕變較為發(fā)育，原巖為花崗巖時(shí)，蝕變?yōu)殁浕⒐杌⒔佋颇富透邘X土化及黃鐵礦、黃鐵礦絹英巖化；原巖為斜長(zhǎng)角閃巖、片麻巖時(shí)，蝕變?yōu)榫G泥石化、絹云母化及硅化、黃鐵礦化。它們主要分布在礦體兩側(cè)。蝕變產(chǎn)物多為泥狀，充填在礦體與圍巖之間，致使圍巖與礦體之間無(wú)任何粘結(jié)力，對(duì)礦體的穩(wěn)定性具有較大的影響。

3 金青頂?shù)V區(qū)地壓控制方法

在地壓控制方面，我們逐漸形成了一套具有本礦特色的控制地壓的方法。 具體實(shí)施方案為∶施工人工混凝土假底和人工混凝土間柱形成類(lèi)框架結(jié)構(gòu)支撐地壓；強(qiáng)采強(qiáng)出，采用廢石和尾砂、水泥膠結(jié)充填采空區(qū)；合理布置回采采場(chǎng)，并搭配使用不同類(lèi)型的采礦方法，控制采礦擾動(dòng)產(chǎn)生的地壓活動(dòng)； 采用光面爆破和多種支護(hù)方式來(lái)控制井巷幫、頂?shù)钠茐募安蓤?chǎng)上盤(pán)圍巖沉幫和頂板冒落。

4 人工混凝土假底、混凝土間柱的施工

金青頂?shù)V區(qū)采用下行式階段開(kāi)采，段高50 米。 采準(zhǔn)作業(yè)完成后，在脈內(nèi)平巷施工人工混凝土假底，然后根據(jù)礦塊和間柱的總體規(guī)劃布置，先回采間柱，間柱采空區(qū)采用塊度350mm 左右的廢石和混凝土澆灌形成人工混凝土間柱。人工混凝土假底和人工混凝土間柱連接在一起形成類(lèi)框架結(jié)構(gòu)支撐地壓。 人工混凝土假底的施工。 在脈內(nèi)平巷挑頂1.5-1.澆米高，將礦石清理干凈，露出礦體和圍巖，并用水沖刷干凈，排除浮石；在脈內(nèi)平巷兩幫放腰線(離底板1.6 米高)，沿走向每隔5-10 米放一組，用來(lái)丈量假底厚度，按設(shè)計(jì)要求放錨桿眼(∮3 澆一42mm)，間距1.0 米，眼深1.澆米，并 將2.0 米 長(zhǎng)、∮36mm 圓 鋼錨桿楔入 錨 桿眼，錨桿外露0.2 米；在外露的錨桿上部置、綁扎、焊接鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)用∮10mm、∮14mm、∮18mm 三種型號(hào)的圓鋼編織而成，并用∮21.5mm 鋼絞線將鋼筋網(wǎng)吊掛在幫上；機(jī)械攪拌、澆灌混凝土，邊澆灌邊灑鋼纖維，用振動(dòng)棒搗實(shí)。設(shè)計(jì)混凝土標(biāo)號(hào)為200 號(hào)，采用425 號(hào)普通硅酸鹽水泥，重量配比為水∶水泥∶砂∶石子0.6∶1∶.14∶4.22。砂選用中砂，含雜質(zhì)(泥)量越少越好，石子粒徑25-60mm，針片狀顆粒的含量按重量計(jì)不超過(guò)15%。

5 采礦方法選擇

我礦已成熟使用的采礦方法有無(wú)底柱淺孔留礦采礦法、分段淺孔留礦采礦法、上向水平分層充填采礦法和削壁充填法根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)條件的差異和承壓區(qū)的分布特征，在不同的區(qū)段采取與之適合的采礦方法，最大限度的降低地壓活動(dòng)的范圍和強(qiáng)度得同時(shí)，采取強(qiáng)采強(qiáng)出措施，減少采空區(qū)的暴露時(shí)間，減緩了地壓的釋放速度；采取廢石和尾砂、水泥膠結(jié)充填采空區(qū)，切斷了地壓的多向傳遞。

光面爆破的應(yīng)用為了增強(qiáng)井下作業(yè)的安全可靠性，我礦在井巷掘進(jìn)中推廣使用光面爆破技術(shù)。光面爆破有利于使井巷形成規(guī)則的斷面形狀，降底了爆破震動(dòng)和沖擊波對(duì)圍巖的破壞，保證了圍巖的穩(wěn)固性，提高了井巷的承壓能力。

6 井巷及采場(chǎng)支護(hù)形式

根據(jù)其破壞形式及破壞程度，井巷支護(hù)主要采取錨桿支護(hù)、錨網(wǎng)支護(hù)或噴錨網(wǎng)支護(hù)，局部采用澆灌混凝土或鋼支架支護(hù)。

錨桿為管縫式錨桿、漲殼式錨桿和左旋螺紋鋼樹(shù)脂錨桿，錨桿長(zhǎng)度為1.3 米、1.6 米和2.2 米。鋼筋網(wǎng)采用10# 鋼絲編織成網(wǎng)，網(wǎng)的規(guī)格為1.2×2.2m(寬應(yīng)長(zhǎng))，網(wǎng)度為50×50mm。 采場(chǎng)支護(hù)主要是采用左旋螺紋鋼樹(shù)脂錨桿永久支護(hù)。 錨桿長(zhǎng)度2.2 米，直徑∮20mm，錨桿的間、排距為1.5-1.澆米，錨桿眼角度不低于60°。采用可遠(yuǎn)程操作的螺旋支架(已申請(qǐng)專(zhuān)利)臨時(shí)支護(hù)采場(chǎng)頂板以控制局部頂板冒落。