軟破礦體底部結構形式優化研究

龍澤勇,賴 偉,張大偉,張敬斌

(1.四川會理鉛鋅股份有限公司, 四川會理縣 615105;2.國家金屬采礦工程技術研究中心,湖南長沙 410012;3.長沙礦山研究院有限責任公司, 湖南長沙 410012)

軟破礦體底部結構形式優化研究

龍澤勇1,賴 偉2,3,張大偉1,張敬斌1

(1.四川會理鉛鋅股份有限公司, 四川會理縣 615105;2.國家金屬采礦工程技術研究中心,湖南長沙 410012;3.長沙礦山研究院有限責任公司, 湖南長沙 410012)

通過調查分析會理鋅礦底部結構現狀和存在的問題,針對礦體開采技術條件,提出了無底柱進路步退式鏟運機出礦底部結構,并采取噴錨網聯合支護巷道,工業試驗結果表明,與漏斗式的電耙底部結構相比,采切工程量少并且結構簡單,巷道維護工程量大幅下降,可有效提高出礦效率,降低生產成本,確保安全生產。

軟破礦體;底部結構;鏟運機出礦;聯合支護

0 前 言

底部結構是礦塊結構的重要組成部分,其工程量約占采切工程總量的40%～50%,是回采工藝實施的前提條件,在很大程度上決定采礦方法的礦塊生產能力、勞動生產率、礦石的貧化和損失以及出礦作業的安全性[1-12]。

某礦山八中段采用漏斗式電耙底部結構,主要由電耙道、斗穿、斗井構成。斗井和斗穿是崩落礦石進入電耙巷道的通道,由于礦體破碎,雖然斗井和斗穿采取了較強的支護措施,但在放礦初期就遭到破壞,使得礦石流堵滿電耙巷道,影響耙斗正常耙礦作業,造成放礦不均衡,導致放礦貧化損失大。電耙道是電耙搬運礦石至溜井的通道,但電耙底部結構開挖率高,穩定性差,在經受分層大爆破、大塊爆破、放礦荷載以及地壓作用后,電耙道常發生垮塌冒斷,在整個放礦期間需經過多次維修,部分底部結構維修難度大,不得不放棄放礦,造成大量的資源損失[12]。

會理鋅礦長期采用漏斗電耙出礦底部結構,電耙道曾采用鋼筋混凝土整體澆注復合支護,噴錨網聯合支護＋鋼筋混凝土整體澆注復合支護[13];鋼筋籠混凝土整體澆筑支護措施[14],巷道穩定性得到了提高。但隨開采深度的增加,采場地應力顯著增大,底部結構維護難度進一步提高,底部結構穩定性仍未得到改善,因此,單從改變支護形式已難以從根本上解決問題,必須綜合優化底部結構及支護形式。在調查研究的基礎上,提出了無底柱進路步退式鏟運機出礦底部結構,配套錨桿＋網＋噴射混凝土支護,并進行了工業試驗驗證。

1 鏟運機出礦底部結構研究

隨著無軌鏟裝設備的高速發展,以及鏟運機出礦的突出優勢[2,5-6,8-10,15],礦山決定采用鏟運機放礦。為了降低決策風險,驗證鏟運機出礦的可行性,結合開采技術條件,開展了鏟運機出礦底部結構形式研究。

1.1 設計原則

會理鋅礦巖體穩固性差,對礦塊底部結構的要求較為嚴格。因此,礦塊底部結構的選擇及結構參數的確定必須考慮以下因素:

(1)根據礦巖穩固程度,選擇相適應的底部結構形式,以保證底柱和底部巷道工程的安全穩固;

(2)礦柱礦量和殘礦回收量小,礦石損失貧化率低、回采率高,相關成本低,綜合效益好;

(3)有利于無軌出礦鏟運機設備發揮最佳效率,以增加采場出礦能力,提高開采強度;

(4)底部結構開挖工程量小,結構簡單,施工方便安全。

1.2 底部結構方案選擇

根據上述原則、采礦方法、采用的設備以及會理鋅礦的開采技術特點,研究制定了3個技術可行的方案:

方案1——雙側出礦塹溝底部結構;

方案2——接力式單側出礦塹溝底部結構;

方案3——無底柱進路步退式底部結構。

方案1的主要特點是將出礦巷道布置在兩個相鄰采場的中部,為兩個采場服務,施工時首先施工形成出礦巷道,然后再施工出礦進路,進路形成后再施工集礦拉底巷道,在集礦拉底巷道的端頭再施工切割天井,拉底時首先以切割天井為自由面拉槽,然后以拉槽空間為自由面側向爆破。出礦時,鏟運機通過出礦巷道進入出礦進路,鏟裝礦石后退出出礦進路,將礦石運搬至采區溜井。

方案2的主要特點是采場之間連續推進,前一采場的出礦巷道作為后續采場的集礦拉底巷道,由于工程地質條件差,巖體不穩固,出礦周期長,布置時考慮到隨出礦工作的進行,出礦進路眉線維護困難,集礦巷道稍偏向出礦巷道的另一側,即使進路前端發生局部破壞,仍然能夠繼續完成出礦作業。施工時首先施工形成出礦拉底巷道,然后掘進出礦進路與前一采場的出礦巷道相通,拉底前,在前一采場的出礦巷道一端掘進切割天井,以切割天井為自由面拉槽,然后以拉槽空間為自由面側向爆破。出礦時,鏟運機通過出礦巷道進入出礦進路,鏟裝礦石后退出出礦進路,將礦石運搬至采區溜井。

方案3的主要特點是采用無底柱進路式出礦底部結構,集成了無底柱分段崩落法的優點,出礦進路巷道上部全部為原巖,隨著回采進行,出礦進路按一定步距后退。施工時,2～3個采場或整個采區施工一條出礦巷道,然后垂直出礦巷道,在出礦巷道的一側或兩側施工出礦進路,出礦時,鏟運機通過出礦巷道進入出礦進路,鏟裝礦石后退出出礦進路,將礦石運搬至采區溜井。

方案1的優點是采場易實現控制放礦,放礦管理容易;缺點是底部結構開挖率高,底部結構上部全部為覆蓋巖層,地壓大,支護難度極大,出礦進路眉線維護困難,放礦脊部損失大。方案2的優點是巷道工程可重復利用,有利于降低采切比和工程費用,出礦巷道上部為原巖,維護難度相對較低;缺點是必須前一個采場結束放礦后才能開始后一個采場的放礦工作。方案3的優點是出礦巷道可位于穩固的圍巖體內,出礦進路上部為原巖,隨回采工作的進行,出礦進路逐步后退,巷道的維護工作量小,底部結構開挖率小,工程量小,適應性強;缺點是放礦管理復雜。結合會理鋅礦的特點,上部覆蓋巖層含礦,對放礦管理的要求較低;放礦往往由于底部結構的穩固性差,導致整個放礦工作難以進行。從提高出礦底部結構的可靠性考慮,方案3明顯優于方案1和方案2;工程量方面,方案3的最小;維護難度方面,方案3的主要巷道均位于原巖礦體和較穩固的巖體中,維護難度較方案1和方案2低。因此,方案3的優點更突出,研究決定選擇方案3。

2 無底柱底部結構的應用

2.1 工程條件

工程北、西、南均為圍巖,工程區域內F、F3斷層縱橫交錯,裂隙發育,裂隙水豐富。從推斷的礦體邊界看,礦體形態復雜。2064分層以上地質儲量57472t、鋅金屬量9521t、鉛金屬量1172t,鉛品位為2.04%、鋅為16.56%、銀含量158.17g/t、氧化率為32.72%。礦體的工程地質條件復雜,資源品位高,但如采用原工藝步驟即將礦體劃分為3個采場,則完成W802采場區域工程爆破落礦后再依次進行W801、W803切割落礦工程,801,803工程將難以實現并將影響該礦塊資源的回采,為實現資源最大化回采,采用區域整體施工、分區爆破落礦的方式進行作業。

2.2 底部結構布置方案選擇

方案1為上下盤聯合采準方案,該方案在礦體的北部和南部分別布置1條出礦巷道,然后在出礦巷道內向礦體掘進出礦進路,進路間距為9～11m,并在礦體中部布置1條拉槽巷道,再在拉槽巷道中掘進切割天井。

方案2為脈內采準方案,該方案在礦體中部布置1條出礦巷道,然后向出礦巷道兩側掘進出礦進路,在出礦進路端部布置切割井(見圖1)。

方案3為下盤采準方案,該方案在礦體的下盤布置1條出礦巷道,然后在出礦巷道內再向礦體掘進出礦進路,在進路端部布置切割天井。

3個方案相比,方案1優點是出礦進路的距離短,出礦點多,相互影響小,出礦效率高,上下盤可以分期采準,巷道工程的服務時間短,有利于降低巷道工程的維護工程量;其缺點是事先在礦體外掘進出礦巷道,但礦體形態不清,可能造成出礦進路過長或過短的問題,同時增加1條拉槽巷道和1條出礦巷道,3個方案中工程量最大;上盤出礦進路穿過斷層,施工及支護工程大。方案2優點是主要工程均布置在礦體內,出礦巷道布置在礦體中部,然后再從出礦巷道兩側掘進出礦進路,有利于探采結合,進路的長度短,出礦效率高,出礦進路可以分期掘進,缺點是切割天井數量較多。方案3優點是工程布置在下盤圍巖內,巷道支護難度小,缺點是出礦進路長度大,通風難度大,出礦效率低。綜上并結合該礦體產狀變化大的工程實際,為避免過斷層,兼顧上部2074m盲分層的施工,最終選擇了方案2。

圖1 脈內采準方案

2.3 支護形式

巷道開挖后,采用錨桿＋網＋噴射混凝土支護[16],先噴射混凝土50mm;然后安裝錨桿和鋼筋網,錨桿間距550mm,排距800mm,鋼筋網采用定制網片,網格為100mm×100mm,鋼筋網片搭接長度不得小于100～150mm;再噴射混凝土50 mm,設計噴射混凝土總厚度為100mm,施工時根據巷道變形和穩定情況,可進行復噴等加強支護。在有水壁面,采取打泄水孔、復噴、加速凝劑和網片加密等措施,以保障噴射混凝土支護質量。

3 結 論

(1)無底柱進路步退式底部結構適應性強,巷道在經受上部分層大爆破、進路內步退回采爆破以及放礦等多期動荷載作用后,除部分噴射混凝土層發生細微開裂外,巷道未發生冒落,服務期限內能夠滿足安全生產要求。

(2)錨桿＋網＋噴射混凝土的復合支護方式適用于軟破巖體的支護,這種主動支護方式與混凝土澆灌的被動支護模式相比,更有利于發揮巖體自身的承載能力,同時不存在難接頂的問題,在解決支護難題的同時,也有效解決了中深孔施工問題。

(3)鏟運機和電耙出礦相比,鏟運機出礦有利于控制放礦,降低貧化損失;在鏟斗下鉆孔泄水,可解決水進入溜井后導致的跑礦問題。

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2017-06-05)

龍澤勇(1971－),男,重慶銅梁縣人,工程師,主要從事采礦工程及相關管理工作,Email:402547089＠qq.com。