香爐山鎢礦西部礦床采礦方法選擇研究

蘭曉平，歐任澤

(1.江西省修水香爐山鎢業(yè)有限責(zé)任公司， 江西 九江市 332400；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

江西香爐山鎢礦位于江西省九江地區(qū)修水縣港口鎮(zhèn)，是我國大型白鎢礦床，具有礦床儲量大、礦石品位高、礦體厚度大等優(yōu)點；同時具有礦體及頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)固、分布范圍廣、連續(xù)性好、礦床含水率低、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件簡單、開采技術(shù)條件好的特點。

本研究為西部礦區(qū)開采，礦區(qū)以緩傾斜中厚礦體為主，這類礦體一直是國內(nèi)外采礦的難題[1]。根據(jù)對國內(nèi)緩傾斜中厚礦體礦山的統(tǒng)計，房柱采礦法占50%，底盤漏斗采礦法占35%，其余的主要為分層充填法和電耙留礦法[2]。而國外這類礦體則主要采用房柱法，充填法以及爆力運礦采礦法[3]。

1 開采技術(shù)條件

西部采區(qū)在16～24線之間，走向長約400 m，主要賦存標(biāo)高457～606 m，為緩傾斜中厚白鎢礦體，產(chǎn)狀與香爐山傾伏背斜一致。走向上礦體北東揚(yáng)起，西南傾伏，傾伏角10°～25°左右。西部完整礦體范圍內(nèi)16～24線間礦體厚度變化大，最大約46 m，傾角15°～45°。絕大部分礦體賦存高于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面，地表無湖泊、河流，礦床充水來源以大氣降水為主。礦床水文地質(zhì)簡單，含水性弱，巖溶不發(fā)育。

礦、巖物理力學(xué)性質(zhì)[4]：礦石類型以原生礦為主，礦體中裂隙斷層一般不發(fā)育，礦石穩(wěn)固性好，f>12，密度為3.16 t/m3，平均松散系數(shù)為1.6，礦石具有不結(jié)塊、不自燃的性質(zhì)。

礦石結(jié)構(gòu)主要有熔蝕結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、固熔體結(jié)構(gòu)、共生邊結(jié)構(gòu)；礦石構(gòu)造以浸染—條紋條帶狀構(gòu)造為主，其次為顯微脈狀構(gòu)造，不規(guī)則團(tuán)塊狀構(gòu)造。

礦床頂板巖層為寒武系中統(tǒng)楊柳崗組，構(gòu)造以薄層夾中厚層構(gòu)造與條帶條紋構(gòu)造為主。頂板巖層已蝕變?yōu)殁}硅角巖，巖石堅硬致密，巖心以柱狀為主，屬堅固巖層。礦山在生產(chǎn)過程中施工了數(shù)萬米巷道，未出現(xiàn)坍塌掉塊等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象；礦床底板為云英巖化和硅化形成的細(xì)粒黑云母花崗巖，巖石堅固呈塊狀，取樣巖芯以長柱狀為主，圍巖與礦體界面明顯。

礦體開采范圍地表有村舍、農(nóng)田、廟宇等需要保護(hù)，地表不允許塌陷。

2 采礦方法選擇

2.1 采礦方法選擇原則

考慮礦山開采實際及要求，西部礦體開采方案選擇的原則有[5]：

(1)以采場安全為前提條件；

(2)地表道觀建筑群不受破壞，地表不能塌陷；

(3)采礦方法盡量利用礦山現(xiàn)有采準(zhǔn)工程及采掘設(shè)備，以減少投資；

(4)采準(zhǔn)工程量少，采礦準(zhǔn)備時間短，投產(chǎn)、達(dá)產(chǎn)快；

(5)要求采礦方法適應(yīng)性好，充分回收礦石資源，礦石回收率達(dá)到87%、礦石貧化率≤5%；

(6)盡可能減少投資，降低采礦成本，以保證礦山獲得較好的投資和經(jīng)濟(jì)效益；

(7)采礦工藝成熟可靠，安全可靠，風(fēng)險小，易于掌握使用。

2.2 可供選擇的采礦方法

根據(jù)礦山開采技術(shù)條件結(jié)合國內(nèi)外相似礦山的成功開采經(jīng)驗，針對不同賦存情況的礦體選擇相應(yīng)合適的采礦方法進(jìn)行回采[6]。可采用的采礦方法有：淺孔留礦空場嗣后充填采礦法、淺孔留礦(底盤漏斗式)嗣后充填采礦法、預(yù)切頂中深孔分層崩礦采礦法。

2.2.1 淺孔留礦空場嗣后充填采礦法

淺孔留礦空場嗣后充填采礦法見圖1，采場沿礦體走向、偽傾斜礦體長軸方向布置，采場長50～130 m，采場寬12 m，高為礦體厚度。

礦塊的回采自下而上分層進(jìn)行，根據(jù)礦體厚度每次落礦1～3個分層，每分層落礦高度為3～3.5 m，作業(yè)過程中各工序配合緊湊，每一分層工序依次為：鑿巖→爆破→通風(fēng)→排險→支護(hù)→出礦等工作。以切割巷為自由面、切割橫巷為鑿巖工作面，向采場兩側(cè)推進(jìn)，礦體厚度方向3～3.5 m一次推進(jìn)或形成規(guī)整的“懸臂梁”。

鑿巖采用YT-27鉆鑿水平或微傾斜淺炮孔，孔深4～5 m，孔間距0.8～1.0 m，排距0.8～1.0 m，最小抵抗線為0.7～0.8 m，爆破采用2#巖石乳化炸藥，人工裝藥，毫秒微差導(dǎo)爆管雷管起爆。落礦采用控制爆破技術(shù)，周邊炮孔采用空氣間隔不耦合裝藥，頂板采用光面爆破技術(shù)。

在礦巖接觸帶，特別是炭質(zhì)蝕變帶，采取管縫式錨桿護(hù)頂；稍差的地段可加掛金屬網(wǎng)或噴射混凝土聯(lián)合護(hù)頂方式。特別破碎地段采取長錨索、砂漿錨桿、加掛金屬網(wǎng)或噴射混凝土聯(lián)合護(hù)頂方式。

采場出礦使用TCY-2型2m3鏟運機(jī)裝礦，運礦卡車運輸至井下礦倉。采場回采完畢后即可對采空區(qū)進(jìn)行充填，采用全尾砂膠結(jié)充填，充填料從充填回風(fēng)井管道自流輸送至采場。充填嚴(yán)格要求接頂，且充填體強(qiáng)度要求達(dá)到1～2 MPa以上。

圖1 淺孔留礦空場嗣后充填采礦法

2.2.2 淺孔留礦(底盤漏斗式)嗣后充填采礦法

淺孔留礦(底盤漏斗式)嗣后充填采礦法見圖2，沿礦體走向劃分盤區(qū)，盤區(qū)寬為100 m，盤區(qū)間柱寬為15 m，分多步驟回采。礦房長為85 m，寬為8～12 m，高為礦體厚度。第一步驟用淺孔留礦法回采，放出全部崩落礦石后，一次性充填；第二、第三步驟可采用中深孔空場嗣后充填采礦法。

2.2.3 預(yù)切頂中深孔分層崩礦采礦法

圖2淺孔留礦(底盤漏斗式)嗣后充填采礦法

預(yù)切頂中深孔分層崩礦采礦法見圖3，采場垂直礦體走向布置，采場長100 m，寬15～20 m，高為礦體高度，盤區(qū)之間留10～15 m寬的隔離礦柱。

采場采準(zhǔn)工程結(jié)束后，即可開紿切頂施工。切頂層的平均厚度2.2 m，切頂層的頂板緊貼礦體頂板邊界線。切頂施工采取淺眼切頂方式，以切頂橫巷為自由面，由采場切頂橫巷向采場兩側(cè)推進(jìn)。

切采作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)對頂板進(jìn)行撬松石和修整頂板，為采場房采爆破提供初始補(bǔ)償空間；然后使用YGZ-90中深孔鉆機(jī)(配TJ25鉆架)，在鑿巖出礦巷道內(nèi)鑿上向垂直扇形中深孔。鉆頭直徑(Φ)60～65 mm，炮孔長不大于16 m，孔底距1.8～2.5 m，排距1.2～1.5 m(經(jīng)試驗后再確定)。采用粉狀硝銨或銨油炸藥，BQ-100型風(fēng)動裝藥器裝藥，采用孔底復(fù)式起爆方式，非電系統(tǒng)爆破。

TCY-2型2 m3鏟運機(jī)裝礦，運礦卡車運輸至地表。

礦房回采后，應(yīng)對采空區(qū)采取嗣后尾砂膠結(jié)充填；礦柱回采所形成的采空區(qū)，視情況采取尾砂膠結(jié)充填或全尾砂充填，也可以采用全尾砂與部分掘進(jìn)廢石充填。

圖3 預(yù)切頂中深孔分層崩礦采礦法

2.3 采礦方法評述

2.3.1 采礦方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

通過對淺孔留礦空場嗣后充填采礦法、淺孔留礦(漏斗放礦)嗣后充填采礦法、預(yù)切頂中深孔分層崩礦采礦法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，各采礦方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表1。

2.3.2 采礦方法綜合分析

表1 各采礦方法術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

淺孔留礦空場嗣后充填采礦法回采厚度小于10 m的礦體，采切工程量小，效率較高，安全性好，且能有效控制損失貧化率，嚴(yán)格管理損失貧化率可控制在5%以內(nèi)。回采二步驟采場時，由于采場兩邊均為充填體，安全性稍差，貧化率比一步驟回采大。

預(yù)切頂中深孔分層崩礦采礦法適合于礦巖穩(wěn)固，連續(xù)性好的緩傾斜礦段，礦體傾角小于15°，礦體厚度10～15 m的礦體，采用單層鑿巖；礦體厚度大于15 m時采用雙層鑿巖。該采礦方法不需留設(shè)頂、底柱，礦石損失貧化率均在10%以下。由于提前進(jìn)行切頂與護(hù)頂，護(hù)頂效果好，生產(chǎn)施工安全，生產(chǎn)能力較大。由于該方法采用中深孔鑿巖、爆破，一次爆破藥量大，對東部采空區(qū)造成影響，因此應(yīng)在東部采空區(qū)進(jìn)行處理之后再采用。

淺孔留礦(漏斗放礦)嗣后充填采礦法適合礦體厚度大于20 m的礦段，該方法采空區(qū)暴露面積小，頂板易于管理，作業(yè)安全性好，但是底部結(jié)構(gòu)工程量大，采準(zhǔn)工程量較大。

3 結(jié) 論

(1) 綜上所述，針對香爐山鎢礦西部礦體的具體賦存情況，礦體厚度小于10 m的礦段采用淺孔留礦嗣后充填采礦法；傾角小于15°，礦體厚度10～20 m的礦體，采用預(yù)切頂中深孔分層崩礦采礦法，礦體厚度10～15 m時采用單層鑿巖，礦體厚度大于15 m時采用雙層鑿巖；礦體厚度大于20 m的礦體采用淺孔留礦(漏斗放礦)嗣后充填采礦法。

(2) 通過對各方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及優(yōu)缺點的分析，對指導(dǎo)礦山生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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[3]胡際平. 國外緩傾中厚礦體采礦方法的新發(fā)展[J]. 化工礦山技術(shù),1989,18(1):7-10.

[4]李 春. 香爐山鎢礦中深孔爆破參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 中國鎢業(yè), 2012, 27(4): 11-15.

[5]長沙礦山研究院·“香爐山鎢礦安全開采關(guān)鍵技術(shù)研究”報告[R]. 長沙:長沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 2013.

[6]于潤滄. 采礦工程師手冊[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2009.