機(jī)械化盤區(qū)上向水平分層充填法在區(qū)域構(gòu)造破碎礦體中的應(yīng)用

劉鵬飛，張正華，杜久華，楊鐵江，郝明濤

（中礦金業(yè)股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

機(jī)械化盤區(qū)上向水平分層充填法在區(qū)域構(gòu)造破碎礦體中的應(yīng)用

劉鵬飛，張正華，杜久華，楊鐵江，郝明濤

（中礦金業(yè)股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

基于羅山金礦生產(chǎn)現(xiàn)狀和水文地質(zhì)情況，針對羅山金礦礦體復(fù)雜地質(zhì)賦存條件，借助塊體理論對巖體穩(wěn)定性進(jìn)行初步分析；詳細(xì)介紹上向水平分層充填采礦法在羅山金礦復(fù)雜礦化環(huán)境下的應(yīng)用；闡述控制爆破方法在采場礦體局部破碎條件下接續(xù)生產(chǎn)和巖體穩(wěn)定性控制中的作用以及大斷面進(jìn)路下巖體穩(wěn)定性控制方法和原理。基于上述內(nèi)容，對于羅山金礦現(xiàn)用采礦方法進(jìn)行技術(shù)上的綜合評價(jià)與分析，希望能夠進(jìn)一步為類似礦山設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供有效參考。

上向水平分層充填法；控制爆破；巖體穩(wěn)定性；復(fù)雜礦體

上向水平分層充填法多用于巖體破碎且不允許地表塌落的貴金屬礦床，根據(jù)礦體穩(wěn)定性由低到高多采用盤區(qū)式、點(diǎn)柱式以及進(jìn)路式。從充填材料［1］上則經(jīng)歷了干式充填、分級尾砂充填、碎石水力充填、混凝土膠結(jié)充填、磨砂膠結(jié)充填、分級尾砂或者天然砂充填、廢石膠結(jié)充填、全尾砂膠結(jié)充填、赤泥膠結(jié)充填和膏體充填的發(fā)展過程。隨著開采深度的增加，地應(yīng)力顯現(xiàn)，巖體節(jié)理裂隙更加發(fā)育，井巷及采場易發(fā)生冒頂片幫等災(zāi)害，所以礦山在充填工序之前的回采過程中必須保證安全生產(chǎn)。合理的爆破、回采以及地壓控制方法能有效規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害，保證礦山經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)可持續(xù)。

1 開采技術(shù)條件

羅山金礦礦床屬交代－重熔巖漿期后中低溫?zé)嵋撼涮睿淮g變巖型金礦床。構(gòu)造主要是破頭青蝕變帶，蝕變帶的中上部發(fā)育有連續(xù)穩(wěn)定的主裂面及厚3～160 cm的斷層泥。礦體受蝕變帶控制，賦存于主裂面下盤，并且主礦體靠近主裂面，次要礦體多遠(yuǎn)離主裂面，多為隱伏礦體。礦體呈脈狀、似層狀，個(gè)別為透鏡狀，沿走向和傾向呈舒緩波狀展布，具有分支復(fù)合、膨脹夾縮、尖滅再現(xiàn)等特征。礦體產(chǎn)狀與主裂面基本一致，礦體厚度0.5～50 m。礦體巖性均為黃鐵絹英巖化碎裂巖、黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖，其普氏硬度f＝6～11，松散系數(shù)1.6，礦巖體重2.75 t／m3。從揭露的斷層情況看，羅山金礦坑內(nèi)平均涌水量1 568 m3／d。

1.1 節(jié)理裂隙

羅山金礦礦體巖石單軸抗壓強(qiáng)度60～110 MPa，屬于堅(jiān)硬巖。礦體至少發(fā)育三組節(jié)理，傾角小于60°。次生節(jié)理較為發(fā)育，但是對整體穩(wěn)定性影響較小。結(jié)構(gòu)面粗糙不平，附著有不連續(xù)泥質(zhì)，厚度小于1 mm，節(jié)理裂隙接觸良好，半閉合－閉合狀態(tài)，結(jié)構(gòu)面較平直。RQD值高于50%，巖體完整性一般。節(jié)理裂隙走向與進(jìn)路走向夾角大于45°，利于巷道掘進(jìn)成形。巖體結(jié)構(gòu)屬于塊體化結(jié)構(gòu)，通過 RMR［2，3］分級方法分析，羅山金礦礦體多屬于IV級巖體，部分破碎區(qū)域?qū)儆赩級巖體。

1.2 塊體理論分析

采用塊體理論［4～6］進(jìn)行分析，如圖 1所示，對羅山金礦23中段采場進(jìn)路進(jìn)行穩(wěn)定性分析。羅山金礦進(jìn)路頂板I、II型塊體發(fā)育，在裂隙張開的情況下易發(fā)生冒落現(xiàn)象。邊幫I、II型塊體發(fā)育，在應(yīng)力集中的情況下容易發(fā)生片幫現(xiàn)象，I、II型塊體具有可移動性。I型塊體是關(guān)鍵塊體。關(guān)鍵塊體的移動可能會引起其它塊體的移動。由于這些塊體的移動性，需要必要的支護(hù)。II型塊體也是能引起其它塊體移動的關(guān)鍵塊體。然而，最初塊體的移動可能與其形狀有關(guān)。III型塊體由于其形狀比較穩(wěn)定。

2 機(jī)械化盤區(qū)上向水平分層充填法

圖1 塊體類型

羅山金礦現(xiàn)用采礦方法為上向水平分層充填采礦法，如圖2所示，設(shè)計(jì)損失率≤15%，貧化率≤15%。每個(gè)盤區(qū)布置6個(gè)采場，有1～2條通達(dá)上部中段的先行天井，每1～3個(gè)采場分別有一套出礦及泄水系統(tǒng)，目的是使各個(gè)采場分別處于落礦、出礦、充填的均衡狀態(tài)，有利于生產(chǎn)組織和鏟運(yùn)機(jī)的靈活調(diào)度，充分發(fā)揮鏟運(yùn)機(jī)的出礦效率，達(dá)到強(qiáng)采強(qiáng)出強(qiáng)充縮短采場循環(huán)周期的目的。

采場的高度為階段高度，即40 m，采場寬度為10～12 m不等，每個(gè)采場留7.5 m的底柱，不留頂柱，采場之間留3 m條形間柱，并在充填前視安全情況削為點(diǎn)柱，以減小礦柱的損失。

圖2 采礦方法示意圖

2.1 回采過程

開拓：從礦體下盤中段沿脈運(yùn)輸巷道每隔24 m施工出礦穿脈，每隔1～3個(gè)采場施工一條天井，作為通風(fēng)井，特殊時(shí)期可以作為溜礦井或者行人天井使用。從上中段運(yùn)輸巷道下盤位置施工斜坡道至下中段水平，自斜坡道掘進(jìn)通達(dá)礦體和沿脈聯(lián)絡(luò)道。

采切：從中段出礦穿兩幫分別施工一條人行井和一條溜礦井至拉底水平，斷面2.0×2.0 m2。在拉底水平礦體內(nèi)靠近下盤處施工沿脈巷，由沿脈巷開始向上下盤施工拉底巷道，斷面2.5×2.5 m2。采場回采時(shí)，先自采場的下盤或中盤巖石穩(wěn)固地段施工切割槽，并以切割槽為自由面，自下盤向上盤或中盤向上、下盤垂直礦體走向采用“進(jìn)路”法進(jìn)行回采，進(jìn)路落礦時(shí)炮眼布置呈拱形，落礦后使頂板呈拱形。落礦時(shí)必須采用控制爆破技術(shù)，加強(qiáng)頂板的穩(wěn)固性；礦柱采用光面爆破技術(shù)，確保礦柱完整。每個(gè)進(jìn)路間留3.0 m左右的條形礦柱，條形礦柱可在采場充填前，根據(jù)采場的實(shí)際情況將礦柱削減為點(diǎn)柱。

回采：采場采用淺孔落礦方式，采用鏟運(yùn)機(jī)出礦，鏟運(yùn)機(jī)將礦石倒入順路溜礦井中，由順路溜礦井經(jīng)振動放礦機(jī)放入礦車，經(jīng)運(yùn)輸巷倒入主溜礦井。分層回采完畢后，玲南選廠生產(chǎn)的尾砂經(jīng)分級后進(jìn)入地表充填站，攪拌好的尾砂通過充填井由充填管路送入各中段采場充填，采場采用不接頂充填，留1.8～2.2 m空間作為下分層爆破落礦空間，控頂高度保持在兩個(gè)分層且不大于5 m。

2.2 現(xiàn)場進(jìn)路布置

羅山金礦體礦化程度一般，礦石品位不高，其中賦存有脈巖或低品位夾石。礦體中布置進(jìn)路時(shí)要充分考慮夾石位置，以確保其不影響回采充填作業(yè)，某盤區(qū)礦房礦柱布置圖如圖3所示。上向水平分層充填法比較適用于這種賦存較為復(fù)雜的礦體，既能保證礦石高效回采，又能剔除夾石降低礦石貧化率。在回采過程中，將連續(xù)礦柱后退回采為點(diǎn)柱并迅速充填，其余礦柱作為永久損失。羅山金礦巖體穩(wěn)定性能保證大跨度進(jìn)路自穩(wěn)并服務(wù)生產(chǎn)。

圖3 采場進(jìn)路布置圖

進(jìn)路式上向分層充填法在技術(shù)上適用于羅山金礦地質(zhì)狀況，以某盤區(qū)為例采礦方法經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

3 巖體穩(wěn)定性控制

羅山金礦巖體穩(wěn)定性一般，巖體屬于塊體化結(jié)構(gòu)，局部地區(qū)屬于碎裂化巖體。圍巖松動圈以內(nèi)結(jié)構(gòu)面濕潤或者滴水，加上裂隙局部泥質(zhì)或軟弱巖充填，巖塊易沿著滑面移動發(fā)生冒頂片幫現(xiàn)象。羅山金礦采場進(jìn)路寬度一般取8～15 m，屬于大跨度進(jìn)路，在少支護(hù)或無支護(hù)的情況下無法保證采場生產(chǎn)安全，采用光面爆破加拱形頂板保證間柱和頂板穩(wěn)定性，同時(shí)輔助錨桿（網(wǎng)）及木支護(hù)防止塊石冒落。

3.1 控制爆破方法

采場的鑿巖爆破作業(yè)采用光面控制爆破技術(shù)，頂板采用1／6三心拱形，進(jìn)路寬度為8～15 m。炮眼直徑為42 mm，炮眼深度為2.8 m，單位炸藥消耗量為0.83 kg／m3，最小抵抗線0.8 m，炮眼數(shù)目為39個(gè)，如圖4所示，采取“多打眼，少裝藥”原則降低成本同時(shí)保證爆破效果［7］。

圖4 炮眼布置圖

頂板控制炮孔的裝藥量一般為1～2卷，當(dāng)?shù)V石硬度較低時(shí)，裝藥量可裝1卷，以確保采場頂板光面效果；當(dāng)?shù)V石較破碎時(shí)，可采用小炮卷裝藥或采用間隔裝藥的方式，炮眼堵塞長度25 cm。起爆采用起爆器引爆微差導(dǎo)爆管，起爆順序利用微差導(dǎo)爆管來控制，頂板控制炮孔采用兩個(gè)導(dǎo)爆管齊發(fā)起爆，爆破網(wǎng)絡(luò)如圖5所示。

圖5 爆破網(wǎng)絡(luò)

3.2 錨桿支護(hù)

管縫式錨桿屬于摩擦式錨固錨桿［8，9］，其錨固機(jī)理是當(dāng)錨桿擠入直徑稍小的鉆孔時(shí)會因?yàn)閿D壓產(chǎn)生徑向壓力，使得鉆孔壁與錨桿之間產(chǎn)生摩擦力，如圖6所示，錨桿末端則安裝托盤并壓緊孔口巖面形成承載力，從而產(chǎn)生有效的錨固作用。

工程開挖時(shí)，由于應(yīng)力二次分布，圍巖松動圈以內(nèi)的節(jié)理由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)為張開，塊體由三向受力狀態(tài)轉(zhuǎn)為兩向或單方向受力，支護(hù)產(chǎn)生的承載力可以改變當(dāng)前的受力狀態(tài)，保證巖體穩(wěn)定。羅山金礦巖體多為塊體化結(jié)構(gòu)，巖石堅(jiān)硬且?guī)r體完整性較好，管縫錨桿不易失效，能夠有效防止進(jìn)路巖體松動圈內(nèi)塊石冒落，其作用原理如圖7所示，在支護(hù)較為破碎的巖體時(shí)，管縫錨桿多配合金屬網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，錨桿長度2.5 m，直徑42 mm，支護(hù)間距為1.2 m。

圖6 錨固機(jī)理

圖7 作用原理

4 結(jié) 論

1.通過節(jié)理裂隙發(fā)育情況和塊體理論分析發(fā)現(xiàn)，羅山金礦巖體I、II型塊體較為發(fā)育，開挖時(shí)受力狀態(tài)變化過程中容易出現(xiàn)冒頂片幫現(xiàn)象。

2.根據(jù)羅山金礦巖體穩(wěn)定性和現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際，上向水平分層充填法結(jié)合控制爆破方法和錨桿支護(hù)方法能夠在保證安全的前提下回采礦石，并能將損失率和貧化率控制在合理范圍之內(nèi)。

3.基于羅山金礦巖體穩(wěn)定性情況，現(xiàn)用礦柱及進(jìn)路尺寸能有效保證采場安全可持續(xù)，這可以為類似礦山生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供有效參考。

4.進(jìn)路跨度、礦柱尺寸及控頂高度需要進(jìn)一步分析驗(yàn)證，在保證安全回采的前提下，最大程度保證礦山效益。

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The Application of Upward Horizontal Cut and Fill Stoping in Com plex and Fractured Ore Body

LIU Peng-fei，ZHANG Zheng-hua，DU Jiu-hua，YANG Tie-jiang，HAO Ming-tao
（Zhong Kuang Gold Industry Co.，Ltd.，Zhaoyuan 265400，China）

Based on the current production situation and hydro geological conditions in Luoshan gold mine，the stability of the rock mass will be analyzed by the aid of block theory.The application of upward horizontal slicing fillingmethod in Luoshan gold mine will be introduced in details.The role of controlled blastingmethod playing in continuous production and rock mass stability control will be expounded，and also the controlling method and principle of rock mass stability control in large section route.Based on the above contents，the technical evaluation and analysis of the existing mining method in Luoshan gold mine are carried out in order to provide an effective reference for the design and production of similarmines.

upward horizontal cut and fill stoping；controlled blastingmethod；rock mass stability；complex ore body

TD853.34

A

1003－5540（2017）06－0001－04

劉鵬飛（1988－），男，助理工程師，主要從事采礦工藝研究工作。

2017－10－19