南洺河鐵礦0 m水平礦房充填體下回采試驗(yàn)

范永毅　甘　澤

(1.冀中能源峰峰集團(tuán)武安市南洺河鐵礦有限公司；2.華北理工大學(xué))

?

南洺河鐵礦0m水平礦房充填體下回采試驗(yàn)

范永毅1甘澤2

(1.冀中能源峰峰集團(tuán)武安市南洺河鐵礦有限公司；2.華北理工大學(xué))

南氵名河鐵礦充填體眾多，尤其是頂板為充填體的礦房，存在較大的安全隱患。為檢驗(yàn)該礦充填體強(qiáng)度，驗(yàn)證充填體下回采的可行性和安全性，設(shè)計(jì)本回采試驗(yàn)進(jìn)行技術(shù)論證。選擇0m水平2-1、2-3礦房充填體下進(jìn)行回采，以回采工作是否順利以及礦房穩(wěn)定性為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，開展充填體下回采試驗(yàn)。經(jīng)過近2個(gè)月的時(shí)間，整個(gè)試驗(yàn)圓滿完成，2-1和2-3礦房的充填體強(qiáng)度均能滿足回采工作的需要。結(jié)果表明，在充填體強(qiáng)度達(dá)到要求的情況下，只要按規(guī)范程序嚴(yán)格操作，逐步揭露充填體，在充填體下進(jìn)行回采是安全可行的，為緩傾斜礦體上向水平分層充填回采提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與理論支持。

地壓充填體回采試驗(yàn)

南洺河鐵礦在使用上向水平分層充填采礦法后，在一定程度上改善了地壓活動(dòng)顯現(xiàn)。但由于充填體較多，在回采過程中易遭遇充填體，回采時(shí)有一定的安全隱患，因此，亟待通過試驗(yàn)來驗(yàn)證充填體下開采的安全性。

史啟明從實(shí)踐出發(fā)，介紹了鳳凰山銅礦水平礦柱回采所采用的采礦方法，認(rèn)為水平礦柱回采成本較高且地壓管理工作復(fù)雜，新建礦山應(yīng)慎重選擇[1]。朱志彬等人在雞冠嘴礦區(qū)進(jìn)行了頂?shù)字夭稍囼?yàn)研究，認(rèn)為回采時(shí)應(yīng)特別注意礦體穩(wěn)固性變化，采用多種觀測(cè)手段并及時(shí)調(diào)整進(jìn)路尺寸[2]。黃敏較為系統(tǒng)地闡述了銅綠山礦充填體下殘礦回采關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)[3]。朱國濤優(yōu)化了吳集鐵礦分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄏ碌幕夭煞桨福档土说V石貧化率[4]。張立新在該礦B12試驗(yàn)采場成功回采[5]，葉義成通過研究相似模擬材料設(shè)計(jì)回采順序，前進(jìn)式回采順序相對(duì)較好[6]。

為檢驗(yàn)充填體強(qiáng)度，驗(yàn)證充填體下回采的可行性和安全性，設(shè)計(jì)了本次回采試驗(yàn)。以南洺河鐵礦0m水平2-1和2-3礦房作為試驗(yàn)點(diǎn)，有序地揭露0m水平2-1和2-3試驗(yàn)礦房頂板的充填體，并做好相應(yīng)記錄，為下一步充填體下回采提供技術(shù)參考，以達(dá)到安全回采的目的。

1　工程概況

南洺河鐵礦Fe6主礦層為一中型礦體，東西長2 078.96m，延深765.0m。最大寬度700.0m，最小寬度6.01m，平均寬度351.0m；最大厚度45.0m，平均厚度12.6m；最大埋深837.0m，最小埋深80.6m；最大埋藏標(biāo)高-535.60m，最小埋藏標(biāo)高159.5m。其礦體形態(tài)較簡單，走向NE，傾向SE，傾向角20°左右，為西高東低，由西向東延長、延深，為長條狀緩傾斜似層狀。

2　回采試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)地點(diǎn)選擇

由于地壓顯現(xiàn)，南洺河鐵礦將原采礦方法改為上向水平分層充填采礦法(如圖1所示)，即采用自下而上逐層在采場內(nèi)回采，采場沿礦體走向布置，隔一采一，先回采礦房，礦房充填后再回采礦柱。采用嗣后充填采礦法，利用形成的充填體進(jìn)行地壓管理，控制圍巖崩落和地表下沉，保證了采礦作業(yè)安全。

0m水平2-1和2-3礦房頂板為原15.0m水平已充填的礦房，充填時(shí)間超過1a，充填體強(qiáng)度達(dá)到了要求。故使用2-1、2-3礦房做充填體下回采試驗(yàn)方案可行。

由于0m水平2-1和2-3礦房處于礦體下方，礦體整體向上呈20°傾斜，故回采過程中布置先上掘上山，再拉底、擴(kuò)寬，挑頂直至揭露充填體，然后出礦、清理，最后充填。技術(shù)要求擴(kuò)寬時(shí)寬度不超過6.0m，挑頂時(shí)一次性揭露充填體寬度不能超過3.0m。

2.2回采試驗(yàn)2.2.1礦房基本結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)指標(biāo)驗(yàn)礦房2-1和2-3回采過程歷時(shí)近兩個(gè)月。

試驗(yàn)礦房沿走向布置，礦房寬度8.0m，礦柱寬度8.0m，礦房長度40.0m，分段高度10.0m。試標(biāo)準(zhǔn)礦塊礦量0.8萬t，采切比10m/kt。采場生產(chǎn)能力90～150t/d，采礦損失率5%，貧化率5%。

圖1　上向水平分層充填采礦方法

2.2.2采準(zhǔn)切割

試驗(yàn)礦房于2011年11月2日開始上山，采用7655型鑿巖機(jī)鑿巖，鉆頭直徑42.0mm，炮孔最深3.0m，炮眼間排距0.8～1.0m，使用2#巖石炸藥爆破。由于處于礦巖接觸帶，頂板礦石較為破碎，故在挑頂過程中嚴(yán)格注意頂板檢撬，跟班安全員確認(rèn)安全之后方可批準(zhǔn)工作人員進(jìn)入下一步作業(yè)。挑頂工作完成后進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)收。挑頂寬度為3.0m，長度為25.0m。頂板、兩幫都安全無掉落跡象，可以進(jìn)行下一步作業(yè)。擴(kuò)寬礦房為6.0m，完成擴(kuò)寬后開始挑頂。由于試驗(yàn)礦房頂板較為破碎，先檢撬確認(rèn)安全之后再進(jìn)行挑頂工作。

2.2.3回采

由穿脈運(yùn)輸巷上掘人行天井、礦石溜井，在礦房下端掘進(jìn)切割巷、切割井，沿礦體走向逆傾斜掘進(jìn)上山，在礦房上端掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)巷。由于2-3試驗(yàn)礦房頂板較為破碎，故進(jìn)度較慢，邊回采邊出礦，在礦房頂板揭露出充填體，充填體為直徑約1.0m的圓(如圖2所示)，平整無掉落跡象，經(jīng)技術(shù)人員現(xiàn)場確認(rèn)之后，開始持續(xù)落礦。

圖2　試驗(yàn)礦房回采工程

試驗(yàn)礦房回采工作結(jié)束后，采用柴油鏟運(yùn)機(jī)出礦和清理，禁止人員進(jìn)入空?qǐng)觥?/p>

2.2.4通風(fēng)

新鮮風(fēng)流從主井進(jìn)入各中段運(yùn)輸平巷，經(jīng)天井進(jìn)入采場，清洗采場后，污風(fēng)從另一側(cè)天井排至上中段，經(jīng)風(fēng)井排出地表。為保證通風(fēng)效果，防止風(fēng)流短路，進(jìn)風(fēng)天井的上部需設(shè)活動(dòng)井蓋阻風(fēng)。礦房回采結(jié)束后，封閉采場通向運(yùn)輸巷道的通道，禁止人員進(jìn)入，之后進(jìn)行尾砂膠結(jié)充填采空區(qū)。

2.2.5充填

試驗(yàn)礦房出礦后形成高10.0m，寬8.0m，長24.0m的空?qǐng)觯渲谐涮铙w暴露區(qū)域?qū)?.0m，長11.0m，表面平整，無掉落跡象。采用灰砂配比為(1∶8)～(1∶15)，濃度為70%～74%砂漿進(jìn)行的尾礦膠結(jié)充填。

由于回采巷高度為2.8m，礦房回采高度為8.0m，造成礦房充填時(shí)難以接頂。為此，設(shè)計(jì)采用分層充填方式，使每個(gè)分層都與下層礦房貫通，最上面一個(gè)分層掘進(jìn)充填巷，與礦房頂板貫通，以便布置管路充填，保證礦房充填接頂。

2.2.6排水

選擇井下排水管，確保排水管從充填擋墻排水孔穿過，同時(shí)考慮同一水平面的排水管盡量能夠均勻吸水。充填時(shí)預(yù)埋脫水管路，分層沿脈巷提前掘進(jìn)水倉，充填脫水流入水倉經(jīng)沉淀后排出。部分位置從下層向上鉆進(jìn)泄水孔，充填水經(jīng)過泄水孔直接自流進(jìn)入水溝排出。

3　結(jié)　論

(1)經(jīng)近兩個(gè)月的試驗(yàn)，充填體穩(wěn)定性良好，且毫無掉落跡象，充填體下回采方案是可行的。

(2)南洺河鐵礦使用了水泥+粉煤灰+尾砂(配比為1∶1.5∶5)進(jìn)行充填，充填體強(qiáng)度均大于3.0MPa，達(dá)到了預(yù)期要求。只要嚴(yán)格按照規(guī)范程序回采，逐步揭露充填體，充填體下回采是安全的。本次回采試驗(yàn)不僅為回采提供了技術(shù)支撐，也為基于緩傾斜礦體上向水平分層充填采礦提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

[1]史啟明.鳳凰山銅礦水平礦柱回采實(shí)踐[J].礦業(yè)快報(bào),2001(9):10-12.

[2]朱志彬,王新忠.雞冠嘴礦區(qū)頂?shù)字夭稍囼?yàn)研究與運(yùn)用[J].采礦技術(shù),2007,7(2):16-18.

[3]黃敏.銅綠山礦充填體下殘礦回采關(guān)鍵參數(shù)數(shù)值模擬優(yōu)化研究[D].長沙:中南大學(xué),2012.

[4]朱國濤.吳集鐵礦北段緩傾斜厚礦體回采試驗(yàn)[C]∥晉瓊粵川魯冀遼七省金屬(冶金)學(xué)會(huì)第二十一屆礦業(yè)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集.太原：山西省金屬學(xué)會(huì)， 2014：291-292.

[5]姚囝,周薇.吳集鐵礦(北段)二步驟礦柱回采方案的探討[J].金屬礦山,2011(10):55-57.

[6]葉義成,施耀斌,王其虎,等.緩傾斜多層礦床充填法開采圍巖變形及回采順序試驗(yàn)研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2015(3):407-413.

2016-03-17)

范永毅(1985—)，男，助理工程師，056300 河北省邯鄲市。