地下開采石灰石礦山設計優化分析

袁昌洪

（華潤水泥（南寧）有限公司 廣西南寧 530028）

地下開采石灰石礦山設計優化分析

袁昌洪

（華潤水泥（南寧）有限公司 廣西南寧 530028）

優良環境是現代人所追求的，作者在安全與環保基礎上提出如何開采石灰石礦。最初的開采方式不能適應特定項目的需要，開始對礦石灰石礦開采方式進行探究，本文就針對這一工程進行討論。

礦山地質；地下開采；優化設計

1 前言

部分地區石灰石的賦存條件埋藏較深，在礦山剝離量大大增加的過程中，需要加大土地征用力度，同時征用土地的成本在逐年上升，這就給項目建設與生產帶來了巨大的經濟壓力。綜合分析考慮后，必須采取新的石灰石礦開采方式來代替原來的露天開采方式，而石灰石礦的地下開采方式就是一種優良的選擇，這種地下開采方式正在逐步被投資者納入試用范圍。

2 工程概況

福建省漳平市石坂坑石灰石礦區位于漳平市城區西南2250方向，直距約9km的石坂坑一帶。礦區距漳平市區約16km。本區屬博平嶺山脈北端，整體地勢東高西低。區內最高標高海拔約930m，最低標高海拔約195m，最大相對高差約735m。

2.1 設計方案

初期露天開采，時限約2～3年。露天開采的同時進行地下開采的基建工作。地下開采用平硐開拓，平底結構的分段采礦法開采，裝載機鏟裝，白卸汽車直接進硐運輸出礦。機械抽出式通風，主通風機設于南東側520m水平通風平巷硐口，輔助通風機設于南西側390m水平。空壓機站建于地表丁業場地內。總供風能力約215m3/min。敷設供風管道向井下各中段供風。

2.2 礦山地質

石坂坑礦段主要組成了石灰巖礦床，其礦層地表出露標高416～563m，礦層大部分埋藏于地下，傾角20～55°，而巖高礦段的礦層出露標高就在450m左右，礦層產狀與石坂坑礦段相似，礦體巖溶率約8.5%。

2.3 礦山開采

（1）開采范圍內資源量：設計開采界限范圍內總資源量為7381.5×104t占資源總利用率為79.1%。

（2）作業制度，生產規模及服務年限。作業制度：進行開采就必須制定嚴格的作業制度，這很大程度上影響工作量的完成。礦山開采工作量大，分為露天開采和地下開采，從而決定開采時間不同，每班分為8h，地下開采時每天工作三班，而露天開采每天工作兩班。年工作300d。設計生產能力：礦山建設規模為年產石灰石120×104t。

（3）決定礦山開采方法：在進行礦山開采時，不難發現一些礦體適合地下開采，有些地段的礦體會露出地表，有些延生到地下較多，就造成了比較厚的上部覆蓋層，并且由于陡峭的產狀，這些現象就會決定這種地段適合地下開采。

（4）開采順序制定：開采分為露天開采和地下開采，開采時需要提前安排好開采順序，以使工作可以順利高效進行。比如地下開采工作安排的同時進行露天開采，底下開采分為掘進，采準，井巷開拓等工作，這些工作也是地下開采的基礎工作。

（5）地下開采可采礦量：根據礦體賦存特征及擬采用的采礦方法.估算可采純礦石量約為3247×l04t。計人10%開采貧化率后的實際開采出礦量約為3572t。全礦綜合回采率約為45%。

（6）地下開采生產能力驗證：確定礦山采用2個中段同時開采。根據初期開采中段（450m及390m）的礦體分布及礦塊布置，2個中段共可同時布置30個生產礦塊。取礦塊生產能力為600t。礦塊利用系數為0.4。地質影響系數為0.7，掘進、采準作業礦石附產率為10%.驗算得本礦地下開采最大生產能力約為168×104ta大于實際所需的120×104t/a生產規模。

2.4 地下開采礦井開拓

（1）中段高度：設計中一般采用中段為70～55m的高度，可以盡量的減少開拓工程量，使用以上中段高度可以有效地減少中段數量。開采中上部中段采用中段高度同樣有要求，需要根據礦體產狀來確定，一般會采用70～60m的高度。本礦開采范圍內的礦體賦存高度超過300m，開采時下部中段的高度一般采用55m。不論是上部中段還是下部中段，目的都在于使礦山開采的經濟效益和整體效益得到最大程度提高。

（2）運輸方案：根據現場相關條件。可采用的運輸方案擬主要有自卸汽車運輸及架線電機車牽引軌道式礦車運輸。采用白卸汽車直接進硐運輸方案。可簡化生產及運輸環節，降低設備投入。

（3）開拓工程布置：本礦設計共布置5個開采中段。各中段均為平硐開拓，主平硐縱坡取為5‰。各中段主平硐硐口均布置在易于內外聯系、巷道長度相對最短的位置。

2.5 通風系統布置

（1）主通風系統：設計確定在該處礦體下盤脈外約10m處的520m標高布置礦區的主回風巷道（主回風巷道設于開采塌陷區之外）。520m水平主回風巷道長度約580m。

（2）輔助通風系統：輔助通風巷道擬設在390m中段主平硐北側約40m的390m標高處。輔助通風巷為礦井的另一安全出口。

3 地下開采采礦方法

3.1 初期設計采用分段房柱采礦法實際生產中面臨的主要問題

石坂坑石灰石礦450中段以上開拓掘進建設工程完成后一年時間里實際采礦生產能力較低，隨著礦山生產展開，井下陸續發現一些地質異常現象，450主運輸巷局部冒頂、片幫，穿脈巷道大塊掉落兩次堵塞通道，巷道交叉處兩側壓裂厚度約50cm，部分礦房附近巷道底板出現下沉，上、下盤兩邊墻均出現斷裂破碎。出現這些情況對礦山生產安全產生嚴重影響，原設計的大部分礦房無法生產，沒有穩固的礦柱，更不用說礦柱的回采。

3.2 采礦方案設計優化思路

原設計的房柱采礦方法不能適應該礦山條件，需研究改變采礦設計方案。根據原設計參數，研究國內外先進的采礦設備，可以把原有的礦柱回采鑿巖巷道作為采礦鑿巖巷道，在局部試用井下中深孔鉆機穿孔，把原來設計的礦房與礦柱采用中深孔崩落法采礦。經過試驗采用崩落方法開采，可以克服不良地質條件的影響，采礦作業較安全，出現地表部分塌陷可控。采用“無底柱分段崩落法”在510m老采空區附近開始放頂后形成一定厚度的覆蓋層，作為放礦墊層，下一分段試用崩落法采礦形成了“無底柱分段崩落法”采礦效果。經過試驗后，礦山在已經完成開拓采準工作450中段逐步采用“無底柱分段崩落法”生產，維持了礦山的持續生產，找到了優化采礦方法新途徑。

3.3 無底柱分段崩落法的優點

（1）提高回采率

空場法開采時需要預留礦柱。但礦柱回采的回采率很低。空場法開采將損失相當多的“三角礦柱”。華潤漳平石灰石礦是厚大的緩傾斜礦體，按原設計采用空場法開采，采場需要布置成方方正正的立方體。礦體頂板、底板的“三角礦柱”無法開采，進一步降低了回采率。采用“無底柱分段崩落法”后，礦體內不需要留礦柱，也不存在“三角礦柱”，回采率必然會提高。

（2）降低采切比

原設計方案的采切比為23m/kt（標準米，折合為92m3/kt）。按目前漳平礦實際結算的平巷掘進結算價格210元/m3，折合到礦石的采切掘進成本就達到了19.32元/t。采用“無底柱分段崩落法”后，采切比將下降到30m3/kt以下，僅此一項就可以降低成本13.02元/kt。

底柱分段崩落法，采切比降低，減少掘進工作量。不再設礦柱、不再有采場塌陷的隱患，徹底消除采空區對礦山安全生產的威脅。分步投資、分步擴大規模。提高回采率、降低采切比，降低成本。

4 礦井通風

為了可以保證井下通風需要，在設計全礦主通風系統的基礎上，需要在采場的附近設計輔助通風系統。通風機裝于地表井口，在此基礎上根據工程采掘的情況在進行設計。最后需要確定礦井通風系統的實際構成來確定最終設計。新鮮風流從各中段平硐口進入。經沖洗采掘工作面后。從礦井主回風巷道排出地表。

5 采空區處理

對于采用淺孔房柱法、預切頂中深孔房柱法地段，當采空區體積不大，頂低板較為穩固，下部不再進行回采工作。可選擇采用封閉采空區的辦法。當采空區面積較大或空區下需進行回采工作時，選擇崩落法處理采空區。用崩落圍巖處理采空區時，在生產區上部形成15～20m的保護墊層，以防上部圍巖大量冒落時，沖擊氣浪和機械沖擊對采準巷道、采掘設備和人員的危害。在崩落圍巖時，為減少沖擊氣浪的危害，對于離地表的空區或與地表貫通的相鄰空區，提前與上述空區崩透，形成“天窗”。對開采后會形成的大面積采空區，若不能自行冒落，應考慮予以強制放頂處理。強制放頂工作一般與礦柱回采同段進行，且要求礦柱超前爆破。對于采用淺孔房柱法、預切頂中深孔房柱法開采時，由于不回采礦柱，則要崩落所有支撐礦（巖）柱，以保證較好強制崩落圍巖的效果。放頂工作應高度重視，應根據現場相關情況編制相應計劃及具體實施方案，并制定專門的安全措施。放頂后原進入采空區的一切通道均應予以封閉，防止人員誤入。應切實做好巷道和采空區排水工作，避免巷道和采空區積水對巖石浸泡所導致的基巖的力學性質的變化，而引起巷道和采空區頂底板失穩。封閉進入采空區的通道，并設立明顯的警示標志，防止人員誤入。

6 結束語

綜合分析考慮后，必須采取新的石灰石礦開采方式來代替原來的露天開采方式，而石灰石礦的地下開采方式就是一種優良的選擇，這種地下開采方式正在逐步被投資者納入試用范圍。

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TD876.3

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1004-7344（2016）21-0173-02

2016-7-6