預(yù)控頂分段充填采礦法在某金礦中的應(yīng)用

于成相　侯　祥　雷番飛

(長春黃金設(shè)計院)

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預(yù)控頂分段充填采礦法在某金礦中的應(yīng)用

于成相侯祥雷番飛

(長春黃金設(shè)計院)

以某金礦緩傾中厚及厚大不穩(wěn)固礦體為工程背景，針對原有機械化盤區(qū)上向水平分層充填法二步采場回采時易產(chǎn)生的圍巖破壞問題，開展了預(yù)控頂分段充填采礦法的現(xiàn)場試驗。詳細論述了該方案特征、采準、切割及回采工藝，預(yù)控頂技術(shù)保證了采場作業(yè)的安全，中深孔落礦實現(xiàn)了礦體高效開采。

緩傾斜中厚及厚大礦體上向水平分層充填預(yù)控頂中深孔落礦

某金礦目前主采礦體以細脈狀金礦石，網(wǎng)脈狀和團塊浸染狀金礦石為輔。主要礦物成份以黃鐵礦，另有少量的黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦；礦石品位中等偏高，平均品位3.5g/t；礦體傾角較緩，平均40°，但厚度大，最大水平厚度達到200m以上，賦存深度超過500m；礦體上盤礦巖界線明顯，節(jié)理分布較為發(fā)育，很不穩(wěn)固，f=4～6，開采中常常出現(xiàn)上盤圍巖垮落失穩(wěn)現(xiàn)象；礦體下盤礦巖邊界無法用肉眼辨別，需要化驗確定，圍巖穩(wěn)固性差， f=6～8；礦體礦化極不均勻，高品位礦體常常賦存于節(jié)理裂隙較發(fā)育地帶，因此爆破開采過程中礦體極易形成粉礦，造成較大的貧化損失；礦體地質(zhì)水文條件簡單。

該類礦體地質(zhì)條件較為復(fù)雜，具有多重開采困難及不利因素，開采價值偏高的緩傾斜中厚及厚大不穩(wěn)固礦床，一直是國內(nèi)外開采的難題[1-5]。為此，本文主要在評述原有采礦方法不足的基礎(chǔ)上，開展新型采礦方法的研究。

1　原采礦方法

該金礦原主要采用機械化盤區(qū)上向分層尾砂(膠結(jié))充填法[6]，如圖1所示。一步采場和二步采場交錯布置。總體回采原則為先回采中(分)段中部采場，然后向兩翼順次回采，使整個中段采場分布構(gòu)成上向拱形，以提高中段整體穩(wěn)固性。

1.1采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

礦體厚度不大時，礦房沿礦體走向布置；礦體厚度較厚時，礦房垂直礦體走向布置，礦房長度為礦體水平厚度，礦房分兩步回采，一步采場與二步采場礦房寬度分別為8m和7m。每個中段分為5個分段，分段高度10m，每次回采高度3.3～3.4m。回采后在底板上施工鋼筋混凝土假底，頂柱厚度3.0～6.0m，待中段各采場回采結(jié)束后再進行集中回采。

圖1　機械化盤區(qū)上向水平分層充填法

1.2采準工程布置

(1)下盤脈外分段平巷為5.05m×3.55m的1/4三心拱，轉(zhuǎn)彎半徑8m。分段平巷布置在下盤脈外，距離礦體下盤邊界約40m，以滿足鏟運機爬坡需求。

(2)采場聯(lián)絡(luò)巷為3.6m×3.15m的1/3三心拱，轉(zhuǎn)彎半徑8m，聯(lián)通分段平巷與礦體。采場聯(lián)絡(luò)巷中心線與采場中心線相重合。

(3)充填回風天井為2m×2m的1/3三心拱。每個采場布置一條充填回風天井，從下中段向上掘至上中段，與上中段上盤回風巷貫通。充填回風天井傾角均為43°左右。

1.3回采工藝

采用以鑿巖臺車為主、7655氣腿式鑿巖機為輔的鑿巖方式，從礦體下盤向上盤水平推進(不包括進路法)。落礦眼采用梅花形布孔、排間距為0.6～0.7m、孔間距為0.7～0.9m，頂板控爆眼排間距不得大于0.5m，孔間距不大于0.7m。采用2#巖石乳化炸藥，非電導(dǎo)爆雷管微差起爆。落礦眼與控爆眼均采用間隔裝藥，每孔有兩個同段導(dǎo)爆雷管。

1.4存在問題

該方法的優(yōu)點是采切、回采工程布置靈活、由于不留間柱，礦石損失率與貧化率較低，同時有利于地壓管理。但由于主采礦體厚大且礦體傾角較緩，隨著一步采場地進行，二步礦柱回采安全問題顯現(xiàn)，出現(xiàn)局部應(yīng)力集中與破壞現(xiàn)象；二步采場回采時兩側(cè)低強度充填體有可能不足以支承二步礦柱上覆應(yīng)力而發(fā)生充填體破壞情況。同時，為進一步加大深部中段礦體回采強度[7]，需要對原有二步采場的采礦方法進行革新，探尋適合的采礦方法，提高深部中段生產(chǎn)能力。

2　新型采礦方法概述

2.1預(yù)控頂分段充填采礦法

根據(jù)礦床開采技術(shù)條件并結(jié)合原有采礦方法的缺陷，制定出預(yù)控頂分段充填采礦法并進行現(xiàn)場試驗，如圖2所示。其工藝是：在試驗采場某一中段掘進中深孔鑿巖出礦巷(3.2m×3.1m)，同時在上分段掘進預(yù)控頂巷道(3.2m×3.2m)，而后擴幫，頂板用樹脂錨桿+鋼帶+噴射混凝土聯(lián)合支護，在礦體上盤掘進切割天井(2.2m×2.2m)，沿天井全斷面揭露上盤，用樹脂錨桿+鋼帶+噴射混凝土聯(lián)合支護上盤巖層，預(yù)控頂工程全部完成。在鑿巖出礦巷道鉆鑿上向中深孔，從上盤向下盤后退式崩礦，每次崩礦2～3排，崩落的礦石經(jīng)下部分段聯(lián)絡(luò)巷道用鏟運機運出，嗣后一次充填采空區(qū)。采場長度約110m，寬為7m，分段高度為10m。

圖2　預(yù)控頂分段充填采礦法

2.2回采順序

試驗采場以上盤切割槽為自由面，中深孔落礦，自上盤向下盤后退式回采。上盤礦體開采后，根據(jù)采場兩側(cè)充填體暴露情況及采場穩(wěn)定狀況，對二步礦柱采用中深孔落礦嗣后充填法開采，如果采場穩(wěn)定性良好，繼續(xù)用中深孔回采下盤礦體；如果采場穩(wěn)定性差，封閉采場，對上盤采空區(qū)嗣后充填，而后用同樣的方法開采下盤礦體。

2.3采場預(yù)控頂支護技術(shù)

采用樹脂錨桿+鋼帶+噴射混凝土+立柱聯(lián)合支護，采場上盤圍巖采用樹脂錨桿+懸掛鋼絲網(wǎng)+噴射混凝土聯(lián)合支護。

2.3.1樹脂錨桿

錨桿呈梅花形布置，錨桿長度2.5m，間距1.5m。統(tǒng)一使用25MnSi螺紋鋼錨桿，直徑均為20mm，螺紋必須采用滾絲；錨桿托盤采用8mm厚鐵板制作，托盤為(長×寬×厚)100mm×100mm×8mm；樹脂錨固劑型號為K2535和Z2360，樹脂卷長350～600mm，直徑28mm。

樹脂錨桿施工方法：采用MQT-130氣動錨桿鉆機鉆鑿錨桿孔，錨桿孔徑32mm，孔長2.4m，鉆孔偏差不超過±0.3m；安裝時孔內(nèi)先放入1卷K2535型樹脂錨固劑，再放入1卷Z2360型樹脂錨固劑，用錨桿桿體將錨固劑輕輕頂入孔底后再轉(zhuǎn)動鉆機，不斷攪拌藥卷，攪拌時間為(30±5)s；待錨固劑攪拌好15min后，安裝鋼帶與托板。

2.3.2噴射混凝土支護

采用樹脂錨桿支護并掛網(wǎng)后，噴射50mm厚的混凝土。噴射混凝土技術(shù)要求：水泥與砂石質(zhì)量比為(1∶4)～(1∶4.5)，水灰比為0.4～0.45，碎石用量為砂石總質(zhì)量的30%～40%；水泥為不低于325#的普通硅酸鹽水泥，砂子為堅硬干凈的中砂或粗砂，碎石為粒徑不大于15mm的堅硬卵石或碎石；噴射前應(yīng)清洗巖面，噴射作業(yè)中應(yīng)嚴格控制水灰比；第一層噴射厚度2～3cm，下一層的噴射應(yīng)在前一層混凝土終凝后進行，當間隔時間超過2h，應(yīng)先噴水濕潤混凝土表面，總噴射厚度4～5cm，回彈率不應(yīng)大于25%，設(shè)計混凝土最低強度不低于15MPa。

2.3.3液壓支柱

在預(yù)控頂施工過程中及施工完成時，采用液壓立柱對預(yù)控頂板進行臨時支護。采用型號為DW35-200/100外注式液壓支柱，最大支承長度3 500mm，最大承載力20t。液壓支柱距采場邊幫0.5m，間距3m，安裝時須“穿鞋戴帽”，頂?shù)追謩e放置木板或鋼墊板，并保證受力均勻，防止支柱產(chǎn)生滑移。

2.3.4鋼帶及鋼筋網(wǎng)

用直徑10mm的A3鋼筋切割焊接而成。鋼帶寬65mm，長度分別為1 500，2 900，4 200mm3種規(guī)格，由2根平行鋼筋每隔200mm用同徑鋼筋焊接制成。安裝樹脂錨桿的同時懸掛鋼筋網(wǎng)，金屬網(wǎng)采用直徑8mm的鐵絲，編織網(wǎng)格為100mm×100mm，單張金屬網(wǎng)大小為2 600mm×1 400mm。

2.4回采工藝

(1)鑿巖。采用KQD70中深孔潛孔鉆機鑿巖，鉆頭直徑為65mm，炮孔直徑70mm，中深孔拉槽炮孔排距為1.0m，間距為1.5m；落礦炮孔排距為1.4m，間距為2.1m；采場四周采用預(yù)裂爆破，預(yù)裂孔布置采場邊界，炮孔間距為0.7m；與預(yù)裂孔相鄰的落礦孔為緩沖孔，緩沖孔與預(yù)裂孔間距拉槽時為0.8m；落礦孔超深0.5m，預(yù)裂孔超深0.8m。由于礦體兩側(cè)是充填體，在鑿巖過程中要認真記錄中深孔穿過充填體情況，目的是為了更好的進行爆破裝藥設(shè)計。中深孔鑿巖結(jié)束后，要進行驗收，若發(fā)現(xiàn)鉆孔最小抵抗線與設(shè)計不符或有新的地質(zhì)構(gòu)造時，應(yīng)重新調(diào)整藥量及裝藥結(jié)構(gòu)。

(2)爆破。使用改性銨油炸藥或2#巖石乳化炸藥爆破，人工裝藥，每次爆破6～8排，從礦體上盤開始后退式開采。采用非電毫秒差導(dǎo)爆管，復(fù)式起爆系統(tǒng)起爆。

(3)出礦。采用TORO-301D柴油鏟運機出礦，鏟運機將礦石裝入坑內(nèi)卡車經(jīng)斜坡道運至中段溜井。

(4)充填。整個分段回采結(jié)束后，在出礦巷道砌筑充填擋墻進行采場充填。充填前必須用混凝土澆筑人工假底。假底作為下中段回采構(gòu)筑人工假頂，鋼筋混凝土假底厚度為0.6m。鋼筋網(wǎng)有主、副之分，主筋直徑為14mm，網(wǎng)度為1m×1m，副筋直徑為10～12mm，網(wǎng)度為0.3m×0.3m，交叉點用細鐵絲固定。鋼筋網(wǎng)距底板0.1～0.2m，混凝土配比為水泥∶中粗砂∶碎石=1∶3∶5，即每立方米混凝土加水、水泥、砂子、石子分別為200，250，750，1 250kg。混凝土假底完成后采用分級尾砂充填，灰砂比為1∶4。

3　結(jié)　論

經(jīng)過現(xiàn)場試驗，采用預(yù)控頂分段充填采礦法采場生產(chǎn)能力能夠達到506.9t/d，采礦工效121t/工班，采場貧化率及損失率為5%，采切比為11.65m/kt，取得了良好的應(yīng)用效果。實踐證明，預(yù)控頂支護技術(shù)可行、經(jīng)濟合理，能夠保證采場的安全穩(wěn)定，避免了二步采場回采時礦體的破壞，采用中深孔落礦實現(xiàn)了該礦體的安全高效開采，對類似緩傾斜中厚及厚大不穩(wěn)固礦體的開采，具有一定的指導(dǎo)意義。

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2016-03-09)

于成相(1987—)，男，助理工程師，130012 吉林省長春市南湖大路4726號。