極薄急傾斜玉石礦脈采礦方法探討*

趙建平，楊曉紅，戴東波，張振洋

(1.中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖南 長沙 410083；2.湖南省有色地質(zhì)勘查研究院，湖南 長沙 410015)

0 引 言

通天玉產(chǎn)于湖南省郴州市臨武縣，是我國目前發(fā)現(xiàn)的又一優(yōu)質(zhì)石英質(zhì)玉。經(jīng)中國地質(zhì)大學(xué)相關(guān)機(jī)構(gòu)測定，通天玉硬度為6.5～7，多為7，密度多為2.60～2.70 g/cm3，最高可達(dá)2.9 g/cm3，折射率為1.54。因所含化學(xué)成分的不同而呈現(xiàn)白、紅、黃、蘭、青、墨等色彩，以白色居多，玉質(zhì)細(xì)潤、天然明亮、晶瑩剔透、色彩豐富、可雕性強(qiáng)。

據(jù)湖南有色地質(zhì)勘查研究院初步探明，通天玉儲(chǔ)量比較豐富，分布面積達(dá)兩百多平方公里。調(diào)查共發(fā)現(xiàn)玉石礦脈12條，其中通天山2條，西山10條；其中有6條礦脈由單工程控制，其它6條礦脈工程控制長300～1200 m；12條脈平均含礦率28.25%，脈寬0.03～0.76 m，平均脈寬0.23 m，傾角較陡51°～86°，屬于極薄急傾斜礦體。

通天玉礦脈具有連續(xù)性好、品質(zhì)更富油脂性、玉質(zhì)感更強(qiáng)和寬度較穩(wěn)定的特點(diǎn)，適合進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)和加工，若形成產(chǎn)業(yè)集群則每年可創(chuàng)造數(shù)百億元的價(jià)值。由于玉石的潛在價(jià)值，2012年起，當(dāng)?shù)孛癫捎袷⑿校斐少Y源浪費(fèi)和環(huán)境破壞等一系列問題。由于玉石具有高價(jià)值和不可再生性，如何在保護(hù)中高效、經(jīng)濟(jì)、安全和綠色的開采玉石資源顯得尤為重要。

1 臨武礦產(chǎn)開采現(xiàn)狀

臨武縣原礦開采主要有煤、鉛、鋅、鎢、錫、鉬、鉍等，煤及有色金屬現(xiàn)大多停產(chǎn)。玉石礦開采以零星民采為主，全縣玉石民采點(diǎn)有10余處，其中通天山地區(qū)有6～7處，另外，通天山地區(qū)有色金屬礦采礦時(shí)也發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量較好的玉石礦。民采玉石開采方法現(xiàn)以爆破法為主，成品率極低，造成了資源的破壞和浪費(fèi)，同時(shí)也降低了玉石的價(jià)值。根據(jù)采點(diǎn)現(xiàn)場觀察，民采曾使用風(fēng)鉆鉆孔，后用夾板擠出原石，保持了原石的完整性，使成品率和玉石的價(jià)值都大大提升。目前，臨武縣政府成立了專門的玉石執(zhí)法大隊(duì)，禁止了玉石開采活動(dòng)，有效地打擊了非法盜采，市場上玉石原石流通量較之前已大幅減少。

2 玉石礦開采要求

玉石礦的價(jià)值一般比較高，礦體規(guī)模一般很小，開采數(shù)量有限；可以露天開采，也可以地下開采；一般玉石礦的開采不會(huì)對環(huán)境造成大的影響。因此對玉石礦的最低開采標(biāo)高、剝采比、夾石剔除厚度等可以不作嚴(yán)格要求，只要礦體有一定規(guī)模、厚度滿足雕刻需要，經(jīng)濟(jì)可采就行。

根據(jù)玉石本身特點(diǎn)、加工和價(jià)值要求，玉石礦開采時(shí)為了保證其最大價(jià)值實(shí)現(xiàn)，采礦方法需要滿足以下要求：

(2) 避免產(chǎn)生新的裂紋，最大限度的采出具有原生狀態(tài)的無裂隙的完整玉石。

因此開采時(shí)需采用可保持原生狀態(tài)的大塊玉石的采礦方法及開采技術(shù)，盡可能提高玉石的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3 極薄急傾斜玉石礦脈采礦方法

3.1 采礦方法選擇

采礦方法是研究礦塊(包括礦房和礦柱)的開采方法，它包括回采工藝和采場結(jié)構(gòu)兩大方面的內(nèi)容，而地壓管理則是決定采場能否安全生產(chǎn)、崩礦和出礦能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵，地壓又與采場結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

采礦方法是根據(jù)礦床賦存要素和礦石與圍巖的物理學(xué)性質(zhì)等因素所確定的礦石開采方法。它包括采區(qū)的地壓管理，結(jié)構(gòu)參數(shù)，回采工藝等。

(1) 礦石和圍巖的穩(wěn)固性：在礦石和圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)中，礦石和圍巖的穩(wěn)固性是關(guān)鍵因素，它決定著采場地壓管理方法、采礦方法的選擇、采場構(gòu)成要素及落礦方法。臨武玉石礦脈分布廣泛，當(dāng)玉石和圍巖穩(wěn)定時(shí)，可選用留礦法或削壁充填法。

(2) 礦體傾角和厚度的影響：礦體傾角主要影響礦石在采場內(nèi)的搬運(yùn)方式。急傾斜礦體可利用礦石自重下落，但由于臨武玉石礦屬于高價(jià)值礦床，應(yīng)考慮采用機(jī)械或人工搬運(yùn)。

(3) 礦體形狀和礦石與圍巖的接觸情況：影響采礦方法的落礦方式、礦石運(yùn)搬方式和貧化損失指標(biāo)。極薄礦脈中，礦體的形狀是否規(guī)整，接觸界線是否明顯，影響削壁充填采礦法的采用。

(4) 礦石的品位及價(jià)值：臨武玉石礦屬于貴重、高價(jià)值礦石，要求采用回收率高、完整性好、塊度大和損傷小的采礦方法，以提高其玉礦經(jīng)濟(jì)效益。

(5) 其它特殊要求：玉石礦為了滿足加工技術(shù)要求，需要提高塊度和避免裂隙，以提高其市場價(jià)值。

相比之下，國際上一些知名公司會(huì)積極進(jìn)行對外交流，在交流中抓住各種有利機(jī)會(huì)，對碳信息進(jìn)行全面分析，最大程度地挖掘碳信息所反映的企業(yè)經(jīng)營問題，發(fā)揮碳會(huì)計(jì)披露的指導(dǎo)作用。這也從側(cè)面反映出我國大多數(shù)企業(yè)缺乏環(huán)保意識(shí)，對碳會(huì)計(jì)信息披露對企業(yè)持續(xù)發(fā)展的認(rèn)識(shí)不夠充分。

國內(nèi)外開采極薄急傾斜礦體的方法多為淺孔留礦法和削壁充填法，玉石礦脈開采擬參考淺孔留礦法和削壁留礦法的采準(zhǔn)、切割工藝，在回采時(shí)，考慮到玉石礦開采的塊度和完整性要求，回采需要深入研究爆破法崩落玉石礦和非爆破法開采玉石的技術(shù)，以提高玉石價(jià)值。

淺孔留礦法和削壁充填法開采礦巖時(shí)，都采用了爆破的方法掘進(jìn)巷道和崩落礦巖。淺孔留礦法是用淺孔爆破法直接崩落礦巖使礦體破碎，而后用底部結(jié)構(gòu)漏斗放礦至運(yùn)輸平巷運(yùn)出；削壁充填法用淺孔爆破法分別崩落圍巖和礦石，礦石經(jīng)溜井放出至運(yùn)輸平巷運(yùn)出，崩落的廢石用于充填采空區(qū)并形成工作平臺(tái)，這兩種法都難以形成大塊度和完整度好的礦巖。

2種采礦方法均不能直接用于臨武玉石礦脈的開采，需要對其采場布置、采準(zhǔn)、切割、回采、放礦整個(gè)工藝過程進(jìn)行改造，并在采準(zhǔn)、切割、回采時(shí)，不能直接用淺孔爆破直接崩落玉石礦脈和周邊的圍巖。因?yàn)榭字姓ㄋ幈〞r(shí)產(chǎn)生的爆炸沖擊波和爆生高壓氣體，將依次在炮孔的各個(gè)方向作用于周圍圍巖或極薄玉石礦脈中，并在炮孔一定范圍內(nèi)形成壓縮粉碎區(qū)、裂隙區(qū)和爆破振動(dòng)區(qū)，直接導(dǎo)致玉石礦脈塊度減小、裂隙生成和完整性破壞，嚴(yán)重降低其價(jià)值。

因此，需結(jié)合淺孔留礦法和削壁充填法，除研究玉石礦脈開采時(shí)的采場布置、采準(zhǔn)、切割、回采、放礦整個(gè)工藝過程外，還要重點(diǎn)研究致裂玉石礦脈并保證其塊度和完整性的開采技術(shù)。

3.2 極薄急傾斜玉石礦脈開采方法

借鑒淺孔留礦法和削壁充填法2種采礦方法以及石方石材開采技術(shù)，針對臨武玉石礦脈，提出的開采方法為：結(jié)合淺孔留礦法、削壁充填法的思想，將礦塊劃分為礦房和礦柱，礦房和礦柱均采用兩步驟回采，即在回采過程中首先用線型聚能爆破切割技術(shù)開采圍巖為玉石開采提供自由面，接著用聚能爆破切割技術(shù)切割玉石礦脈，切割下的玉石運(yùn)至溜井放出，崩落的廢石除充填采空區(qū)形成回采工作平臺(tái)外，多余的由廢石漏斗放出；溜井中始終存有一定高度的玉石礦，保證玉石重力下落不造成二次損傷。玉石礦脈采礦方法見圖1。

圖1 玉石礦脈采礦方法

3.2.1 采場布置

采場沿走向布置。階段高度為40～60 m時(shí)，采場長度一般為40～50 m，留間柱、頂柱和底柱。

為保護(hù)上部沿脈平巷和對圍巖起暫時(shí)支撐作用，留一定高度的頂柱；為了保護(hù)下部沿脈巷道，需要留設(shè)一定高度的底柱；如果需要施工人行天井，還應(yīng)在礦房兩側(cè)留設(shè)間柱。溜井布置在礦房中部，在溜井和兩側(cè)天井之間各設(shè)一個(gè)漏斗，用來放出礦房內(nèi)多余的廢石。

3.2.2 采準(zhǔn)切割

采準(zhǔn)切割工程有：沿脈平巷、采準(zhǔn)天井、采場聯(lián)絡(luò)道、拉底巷、廢石漏斗和礦石溜井等。沿天井每隔4～5 m掘進(jìn)一條聯(lián)絡(luò)道，使天井與礦房聯(lián)通，以便人員、設(shè)備、材料、風(fēng)水管和新鮮風(fēng)流進(jìn)入礦房。從最底部聯(lián)絡(luò)道開始首先沿圍巖掘進(jìn)拉底平巷，然后向礦脈側(cè)擴(kuò)展。若條件允許，可將沿脈平巷做階段運(yùn)輸平巷。

3.2.3 回 采

采用自下而上，先圍巖、后玉石礦脈的兩步驟開采。每一分層先進(jìn)行圍巖爆破、通風(fēng)、局部廢石放出、松石處理(頂板檢查，去掉浮石)及平場(整平留廢石堆充填表面)，而后進(jìn)行玉石礦脈的開采。圍巖開采是為后續(xù)的玉石礦脈提供自由面，在兩步驟圍巖和玉石開采時(shí)均采用聚能爆破切割技術(shù)，防止和減少圍巖爆破對玉石礦脈的損傷和玉石開采環(huán)節(jié)的損傷。

分層高度2～2.5 m，回采工作面梯段布置，采用水平鑿巖方式，水平炮孔上仰5°～8°，梯段長度2～4 m，梯段高度1.2～2 m。

3.2.4 通 風(fēng)

礦房的通風(fēng)線路是：新鮮風(fēng)流自一側(cè)天井和聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入礦房中，清洗工作面后，污風(fēng)經(jīng)另一側(cè)聯(lián)絡(luò)道和天井，進(jìn)入上回風(fēng)平巷，經(jīng)回風(fēng)井排出地面。

3.2.5 礦柱回采

考慮到玉石礦脈的價(jià)值，可考慮不留頂柱，或?qū)㈤g柱、底柱、頂柱用水泥砌片石等人工礦柱代替，以回采玉石。

3.3 采礦方法評價(jià)

結(jié)構(gòu)簡單，管理方便，采準(zhǔn)切割工作量小；采用聚能爆破切割技術(shù)兩步驟開采玉石礦脈，效率較其它機(jī)械方法高且成本低，技術(shù)難度小，便于實(shí)現(xiàn)；采下的廢石可直接充填采空區(qū)，利于環(huán)境保護(hù)；礦柱中的玉石礦脈采用人工礦柱代替后，可將玉石礦脈進(jìn)行回采，以提高玉石開采回收率。

4 結(jié) 論

(1) 針對臨武極薄急傾斜玉石礦開采技術(shù)難題，結(jié)合淺孔留礦法和削壁充填法，提出了基于線性聚能爆破切割技術(shù)的極薄急傾斜玉石礦脈開采方法。該采礦方法在安全、高效和經(jīng)濟(jì)的前提下能夠保證玉石的完整性，還能減少廢石對環(huán)境造成的影響。

(2) 極薄急傾斜玉石礦脈開采關(guān)鍵技術(shù)是圍巖和玉石礦脈的線型聚能爆破技術(shù)，它是保證玉石完整性和塊度大小的關(guān)鍵，是整個(gè)采礦方法研究的重點(diǎn)。