注漿加固圍巖深孔崩礦嗣后充填法在某鐵鋅礦的應用*

杜永亮，劉 軍，劉成鵬

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司， 山東 萊州市 261442)

注漿加固圍巖深孔崩礦嗣后充填法在某鐵鋅礦的應用*

杜永亮，劉 軍，劉成鵬

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司， 山東 萊州市 261442)

結(jié)合某鐵鋅礦礦區(qū)開采技術(shù)條件，利用注漿加固圍巖深孔崩礦嗣后充填采礦法，將極不穩(wěn)固的采場頂板和上下盤圍巖膠結(jié)成一個穩(wěn)固的整體，并進行支護，保障人員和設備安全進入采場。采用大直徑中深孔崩礦，回采結(jié)束后用低標號膠結(jié)充填料一次性充填采空區(qū)，從而實現(xiàn)了圍巖極不穩(wěn)固條件下難采礦體的安全高效開采。

復雜難采礦體；注漿加固；深孔崩礦；嗣后充填

松軟破碎、穩(wěn)固性差的金屬礦床一直被視為一種復雜難采礦體，由于礦體的節(jié)理裂隙及導水結(jié)構(gòu)發(fā)育，礦巖整體穩(wěn)定性較差、容許暴露面積小，采場頂板極易冒落，人員和設備無法進入采場內(nèi)作業(yè)，也難以采用高效率的采礦方法。針對這一類復雜難采礦體的特點，國內(nèi)傳統(tǒng)工藝中多采用進路式小暴露面積充填采礦法進行安全開采，礦體沿走向或垂直走向被劃分為多個分層和多條進路，然后通過構(gòu)筑人工假頂作為下一分層礦體開采的頂板，人員和設備在人工假頂?shù)谋Ｗo下作業(yè)。但是傳統(tǒng)工藝存在著工藝復雜、作業(yè)效率低、礦塊生產(chǎn)能力低及采礦和充填成本高等缺點，影響了整個礦塊的生產(chǎn)能力，也制約了高效率采礦方法的使用[1￣7]。而注漿加固圍巖深孔崩礦嗣后充填采礦法特別適用于回采開采難度大、圍巖裂隙及導水結(jié)構(gòu)發(fā)育、松軟破碎且極不穩(wěn)固的礦(巖)體，其具有作業(yè)安全、生產(chǎn)效率高、礦塊生產(chǎn)能力大、采礦成本低的特點。

1 礦山開采技術(shù)條件

礦區(qū)含水層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積相砂礫石含水層，與上部河水聯(lián)系密切，是富水性極強的含水層。其次是長城系寬坪群叫河組大理巖系巖溶裂隙含水層，為礦體的間接頂板，為弱含水層。礦區(qū)黑溝斷層和南溝斷層為隔水斷層。礦床水文地質(zhì)條件屬中等類型。

由于礦體及其直接頂?shù)装褰晕挥趨^(qū)域性東西向斷裂F1、F2之間，礦體頂板主要為正長斑巖，底板為透輝矽卡巖、黑云大理巖或透輝大理巖。正長斑巖多呈灰色、肉紅色，塊狀構(gòu)造，巖石較堅硬、性脆，受后期構(gòu)造影響，裂隙發(fā)育，巖石較破碎，沿裂隙多發(fā)育粘土巖化，使巖石堅固性大大降低，掘進時易垮塌、冒頂和偏幫。透輝矽卡巖主要由透輝石、金云母、綠簾石以及次生粘土礦物、方解石等組成，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石極易風化，吸水膨脹，較破碎，穩(wěn)固性極差，對礦體開采不利。巖體力學參數(shù)見表1。

根據(jù)以上開采技術(shù)條件情況，頂?shù)装宀灰坠芾恚€(wěn)定性差，易出現(xiàn)冒頂、塌落等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。工程地質(zhì)條件屬于較復雜。因此，應采用注漿加固圍巖深孔崩礦嗣后充填采礦法進行開采。

2 采礦工藝

礦山二期開采范圍內(nèi)部分礦體上部地表有公路和河流，礦體的開采不允許影響地表公路和河流的正常運行，此區(qū)域內(nèi)礦體東厚西薄，厚度2.8～30 m，傾角0°～75°，礦體形態(tài)復雜，沿走向變化大。

由上述開采條件，選用注漿加固圍巖深孔崩礦嗣后充填采礦法(見圖1)，圖1中，穿脈巷道連接中段運輸巷道，在采場邊界線內(nèi)，根據(jù)采場結(jié)構(gòu)尺寸和地質(zhì)條件，首先確定注漿范圍、關鍵位置和圍巖體強度技術(shù)要求，設計注漿參數(shù)和選擇注漿設備選型；然后在穿脈巷道中將極不穩(wěn)固的節(jié)理裂隙和導水構(gòu)造發(fā)育的松軟破碎礦體的頂板注漿膠結(jié)成一個穩(wěn)固整體，從而發(fā)揮整體支撐的作用，待注漿膠結(jié)后的頂板各項技術(shù)指標達到設計的強度后，人員和設備進入圍巖環(huán)境下，在鑿巖巷道中鉆鑿下傾斜扇形中深孔，將上下盤中的中深孔作為注漿孔并進行注漿管安裝、注漿系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、注漿系統(tǒng)運轉(zhuǎn)、工程監(jiān)測工序；待上下盤圍巖也分別膠結(jié)成穩(wěn)固整體后，對礦體中的中深孔進行裝藥，進行分排爆破，完成回采作業(yè)，崩落礦石落在中深孔拉底空間內(nèi)；利用鏟運機從底部出礦巷道進入采場進行出礦，待出礦完畢后，用低標號水泥低灰砂比一次性充填采空區(qū)。

該采礦方法將極不穩(wěn)固的圍巖巖體尤其是關鍵部位注漿膠結(jié)成一個穩(wěn)固的整體，采用大直徑深孔回采工藝，人員和設備可以直接在頂板下進行回采作業(yè)，采場生產(chǎn)能力大、回采作業(yè)安全，一次性充填采空區(qū)、采礦成本低，解決了不穩(wěn)固圍巖下礦體安全開采的難題。然而該工藝需要大量注漿，從而導致支護成本提高，且復雜化了采礦工藝，尤其是注漿工藝開始前，需要進行大量的準備工作。對于厚度薄、礦體部分不集中的情況，采礦成本會大幅增加。另一方面，注入砂漿的凝結(jié)時間會直接影響采礦循環(huán)作業(yè)時間。

表1 巖體力學參數(shù)

3 結(jié) 論

(1) 該采礦方法對穩(wěn)固性較差的礦體適應性較好，能顯著改善作業(yè)條件，保證作業(yè)環(huán)境的安全，滿足采礦方法選擇原則中安全可靠的要求。

(2) 該采礦方法加大了薄弱面上的摩擦力，提高圍巖的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，從而提高圍巖的整體穩(wěn)定性。

(3) 漿液在裂隙中充填、加固后封閉裂隙，防止水浸入巖體對其產(chǎn)生弱化作用，也防止了圍巖的進一步風化。

圖1 注漿加固圍巖頂板深孔崩礦嗣后充填采礦法

(4) 對破碎松散巖體，由于漿液在裂隙中的膠結(jié)作用，是破碎巖塊重新膠結(jié)成整塊，形成一個可以承受外載荷的注漿殼，使之于巷道支架共同承載，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。

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金屬礦山安全技術(shù)國家重點實驗室開放基金項目(2012KFJJ02).

2014￣09￣10)

杜永亮(1987—)，男，吉林吉林市人，學士，主要從事采礦方法相關工作，Email：hemlet_boas@163.com。