分段鑿巖階段礦房法底部結構的改良

楊 龍

（承德龍興礦業工程設計有限公司,河北 承德 067000）

0 引言

承德某鐵礦原來以開采小礦脈居多，大部分采用平底結構淺孔留礦法。目前該礦深部探明傾斜厚礦體，采用留礦方式回采厚礦體開采時，出礦能力小，效率低。對于本礦山賦存于中等穩固以上圍巖之中的傾斜厚礦體，常用的采礦方法有分段鑿巖分段出礦和分段鑿巖階段礦房法，上述方法傳統上多采用底部漏斗結構出礦；但隨著近年無軌設備應用的普及，如何改良底部結構以利于鏟運機出礦成為該礦思考的問題。

1 承德某鐵礦采礦方法改良需求的原因

1.1 承德某鐵礦礦體賦存狀態

承德某鐵礦礦體賦存于太古界雙山子群茨榆山組角閃斜長片麻巖中，礦石主要成分以磁鐵礦、石英為主，含少量長石及角閃石、黑云母、綠泥石等。礦石呈細-中粒粒狀變晶結構，條紋狀或細條帶狀構造。礦石礦物成分主要為磁鐵礦，少量褐鐵礦和假象赤鐵礦；脈石礦物以石英為主，少量的斜長石、綠泥石、角閃石、黑云母等。礦區內磁鐵石英巖礦體圍巖均為角閃斜長片麻巖。礦體與圍巖界限清晰，開采時易于分離。礦體產狀：傾向NW，傾角80°～84°，厚度10m～25m。

1.2 采礦方法現狀

由于礦山淺部以小礦脈開采居多，以前采用平底結構淺孔留礦法。多年來，技術人員接觸的也是這種方法。留礦法要求必須留礦石于礦房內，以供作業人員鑿巖爆破，一般采用淺孔落礦。留礦法礦塊有效出礦時間受到限制。很明顯在厚礦體開采時，這種方法的鑿巖和出礦效率低下，出礦能力小。目前，礦山考慮賦存礦體的優越條件，力求擴大生產能力，但擴能的主要問題是如何讓工人和技術人員從傳統的淺孔留礦工藝轉化為分段鑿巖階段礦房法工藝。礦山從提高出礦的效率出發，研究將淺孔改為中深孔，同時保留以往的平底出礦方式。

根據礦山實際情況和礦體賦存特征，本次向礦方推薦采用分段鑿巖階段礦房法，將該方法的底部結構進行改良，以適應無軌設備的應用。

2 分段鑿巖階段礦房法

2.1 傳統典型的采礦方式

分段鑿巖階段礦房法是將礦塊劃分成礦房和礦柱。本方法適用于礦石和圍巖均穩固的急傾斜厚礦體，礦體的幾何形狀較規整，以防引起很大的礦石損失和貧化。目前階段高度多為50～60m，沿走向布置為20～50m，寬為礦體的水平厚度；垂直走向布置的礦房寬度為10～25m，長度為礦體的厚度，間柱寬度10～15m，頂柱厚度為6～8m。底柱高度：當用漏斗直接出礦時，一般為5～8m；用電耙漏斗結構出礦時，為8～13m。

2.2 平底結構的采礦方式

本次研究方案是在傳統礦塊結構布置上，對底部結構進行變更和改進，其目的是適應于鏟運機出礦。將傳統的底部漏斗結構改成平底結構；礦塊底部不形成漏斗而形成平底塹溝，鏟運機可直接出礦。

2.2.1 礦塊布置

傾斜中厚礦體（4～10m）開采時，礦塊沿走向布置；厚礦體（10～25m）開采時，礦塊垂直走向布置。

2.2.2 構成要素

階段礦房法的礦塊結構要素取決于礦巖的穩固性，地壓大小和使用設備性能。階段高度為45m，沿走向布置長為50m，寬為礦體的水平厚度，間柱寬度8m，頂柱厚度為5m。

2.2.3 采準切割

（1）采切布置方式（圖1 礦房沿走向布置的分段鑿巖階段礦房法）。礦塊為垂直深孔落礦方式，階段運輸巷布置于脈外，靠近礦體下盤掘進運輸平巷，每隔一定間距布置裝礦進路，位于礦體中央位置每隔一定垂直距離布置分段鑿巖巷道。同時，底部掘進切割巷道，以便形成“V”型受礦塹溝；礦房中央布置切割天井，以形成切割槽。

（2）采準工作。采準工作主要包括下盤運輸平巷、裝礦進路、分段鑿巖巷道、人行通風天井。

1）下盤運輸平巷。下盤運輸平巷是無軌鏟運機出礦的主要通道，根據2m3型號鏟運機的基本外形尺寸，設計此平巷的斷面3.5×3.2m；同時，為保證鏟運機有充足的裝礦空間，該平巷距礦體下邊界保持8m的距離。

2）裝礦進路。裝礦進路與下盤運輸平巷斜交，交角50～55°，進路間距10～12m，曲率半徑6～8m左右。

3）分段鑿巖巷道。分段鑿巖巷道布置在各分段水平的礦體中央位置，斷面尺寸2.8m×2.8m。

4）人行通風天井。人行通風天井沿礦體傾向布置在礦房兩側的間柱內，連通中段的回風聯絡道及回風主巷，供人員設備通行，構成完整的回風系統，斷面尺寸2.0m×2.0m。

（3）切割工作。礦塊沿走向布置時，切割工程包括切割槽及“V”型受礦塹溝的形成。先在礦房中央位置掘進切割天井，在每個分段水平掘進切槽平巷，于切割天井下側先開切槽平巷，由切槽平巷圍繞切割天井開環形進路。

礦塊垂直走向布置時，采切方式類似，切割天井位于礦體上盤邊界。由于礦體太寬，底部無法形成塹溝而形成平底結構。

2.2.4 回采

（1）回采順序。階段礦房法是逐個階段下向回采，沿走向均衡推進。先采礦房，后采礦柱。

（2）深孔鑿巖與爆破。國內大多使用YGZ90型鑿巖設備，鉆孔110～130mm，使用中深孔爆破。

（3）通風。礦房回采時，應保證分段鑿巖巷道與裝礦橫巷內風流暢通。新鮮風流由中段運輸巷道、裝礦進路及礦房一側的人行通風天井進入空區及分段鑿巖巷道內，清洗采場后，污風經礦房另一側的人行通風天井到達中段回風巷。每次爆破后至少通風40min后，人員方可進行作業。

（4）出礦。崩落的礦石借助自重落入采場底部“V”型受礦塹溝，鏟運機在裝礦進路內出礦。

2.3 采礦方法的安全技術對策措施

礦體開采厚度＜8m，礦塊沿走向布置時，礦房底部為“V”型受礦塹溝，鏟運機無需進入采場，工人不會暴露于采空區以下作業。但當礦體厚度＞8m、礦塊垂直走向布置時（圖2 礦房垂直走向布置的分段鑿巖階段礦房法），底部形成平底結構，礦房劃分3個10m高小分段崩礦，下部分段可適當滯后上部分段，以掩護鏟運機裝礦。當回采寬度＞5m后，崩落礦石上方空區大，將部分礦石暫留在底部以形成至少5m的墊層， 鏟運機在下部分段和墊層的掩護下作業。當下部分段退采完畢時，礦石放空約1/2，此后需暫留礦石在空場內，鏟運機在下盤進路于礦房交界處鏟運礦石。

在礦石回采后期，由于工人和司機不能暴露于空場下作業，為可保證駕駛員的安全和礦石的回收率，暫留礦房底部的礦石需要借助遙控鏟運機進入采場作業。目前，國內不少礦山已經成功應用遙控鏟運機在空場下作業，礦山可參考豐山銅礦和板廟子金英金礦的遙控鏟運機采購和應用情況。

3 結論

本次采礦方法的改進工藝位于底部結構，改進方式是依據以往礦山技術人員接觸的平底留礦方式和鏟運機出礦的技術水平，對爆破方式進行改進，將爆破方式由淺孔改為中深孔。故，改良后的分段鑿巖階段礦房法為中深孔落礦和平底結構出礦，企業只需新購置YGZ90型鑿巖機和遙控鏟運機，采用改良后的方法可提高鑿巖和出礦的效率，降低工人勞動強度，也為礦山今后擴大生產能力提供支撐。

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