錫礦山南礦保安礦柱鋅廠區域近地表安全回采研究與應用

黃小紅,賀 巍,曹 偉(錫礦山閃星銻業有限責任公司,湖南 冷水江417500)

1 前言

錫礦山銻礦是開采保安礦柱起步較早的礦山,曾于20世紀80年代末期開始回采南礦7 中段一些比較寬的保安礦柱,90年代開始對保安礦柱資料進行系統整理,并成立了專門的殘采施工隊伍。

鋅廠位于公司原南煉廠以北,原本屬于鋅冶煉主要生產基地,其廠房與設施屬一級保護對象,雖然前幾年因各種原因鋅廠處于關停狀態,但其廠房及相關設施仍屬于一級保護,還不能破壞。

南礦342 平巷B25～B59線(56 穿～124 穿)區域為淺部重點開發地段,該區域地表相應位置為鋅廠范圍,屬“三下”礦體開采。2000年,為確保地表建(構)筑物的安全,公司下發了《關于南煉廠(現鋅廠)保安礦柱地壓控制措施的通知》,要求嚴格回采順序,并遵循快采、快出、快充的方針,嚴格按1∶3∶8的配比進行充填作業,并確保充填體強度。

為了安全高效回采鋅廠區域近地表保安礦柱,對此區域進行了詳細的老窿調查和地測資料準備,探獲了15萬t 礦石,2 000 多t 銻金屬量。由此可見,淺部保安礦柱開采變得越來越重要。

2 區域地質概況及采礦方法

2.1 地層

本區域位于錫礦山銻礦田一級構造——西部大斷裂(F75)的下盤,錫礦山復式短軸背斜之一的飛水巖背斜的南傾伏部位。礦床為單一的似層狀整合銻礦床。區域地層揭露為佘田橋組D3s2-1至D3s2-15層,頂板為D3s3長龍界頁巖。巖性為灰白色鈣質頁巖,夾有條帶狀薄層泥灰巖,貝殼狀缺口,穩固性差。

2.2 構造

區域屬于飛水巖背斜南傾伏端之東翼,主要為次一級斷裂發育,走向NE 及NW 向,WS 向斷裂也較發育,特別NE 一組斷裂對地層影響較大,在平剖方向上產生較大位移,斷裂構造較發育,以F7和F103為主要兩組大斷裂構造,斷裂發育部位巖石破碎,裂隙發育,嚴重破壞了巖層的整體性和穩固性,使該區域巖層缺失。但也具有存礦和控礦作用。由于它們相間出現,致使區域內整個礦床的礦體分段富集,呈塊狀出現,連續性較差。F103斷層傾角約為50°,傾向為185°～195°;F7斷層傾角約為45°,傾向約為145°。

2.3 資源儲量情況

342 平巷B25～B59 線(56 穿～124 穿)位于飛水巖礦床淺部,中段石門底板標高為342m,距地表深度為40～70m,地表相應位置在鋅廠一帶。礦體走向控制長度為600m,設計面積為8 萬m2,預計111b 級儲量:礦石量Q:151 380.0t,金屬量P:2 268.0t,平均品位C:1.50%。

2.4 采礦方法

采用人工壁柱房柱法及智能發射儀器與設施監控采場頂板安全,建立和分析智能發射儀器監測的巖音參數并進行回采安全預報是該技術的關鍵。其工藝參數是選擇合理的開采順序和空場個數,及時充填采空區并保證充填體的質量。具體采礦方法如圖1所示。

圖1 膠結充填采礦法示意圖

3 采場頂板管理與采空區處理

3.1 采場頂板管理

為確保采場回采安全,使頂板不產生變形與落盤,設計中需要考慮對采場頂板進行支護,一般采用以下三種支護形式:水泥藥卷錨桿和水壓支柱聯合支護、頂板注漿和水壓支柱結合支護、單體液壓支柱和錨桿護頂結合支護方案。

水泥藥卷錨桿和水壓支柱聯合支護方案中,水泥藥卷錨桿支護與采礦同時進行,錨桿長2.0m,安裝網度1.0×1.0m2。錨桿支護控頂距爆破前不大于1m,爆破后不大于3m。

安裝水壓支柱操作方法:安裝支柱需兩人配合作業,支柱時,應將三用閥嘴朝向采空區;注液槍用完后,應掛在支柱手柄上,禁止將注液槍拋在底板上;禁止使用漏液或失效的支柱;支柱工用手抓支柱時,應使用掌心向上,防止升桿過程中受傷;支柱必須達到規定的初撐力,才能停止注液;為了防止爆破時礦石沖擊水壓支柱,水壓支柱距爆破面應保持5m。

3.2 采空區處理

保安礦柱回采后,即對采場進行出礦,出完礦后再對空區進行充填處理。充填前,需做好采場密閉,防止跑砂。充填空區的目的,一方面是消除因回采工作結束后,采場頂板及四周的應力發生變化,而引起采場失穩、頂板下沉或冒落導致地表塌陷;另一方面,充填空區有利于保障安全回采及確保井下其他作業安全[1-2]。

根據采空區原充填系統已破壞的特點,結合南礦的生產實踐,用尾砂充填和膠結料相結合的方法,礦壁和頂底柱回采后采用膠結充填,礦房空區則采用尾礦似膏體充填。

4 安全技術措施

(1)嚴格按設計回采順序開采,多層礦體從下而上回采。盤區采用前進式回采方式,盤區內采用一端向另一端推進的方式,不準在盤區中間形成“孤島”。

(2)嚴格實施“三強三快”政策。采場一經開采,不得中途無故停止作業,并且必須堅持“強采、強出、強充”與“快采、快出、快充”的有機結合,確保采、出、充流水作業的連續性、高效性與安全性。

(3)嚴格按設計技術參數和設計規范組織施工。一次或一分層回采高度控制在8m 以內,同時回采的采場不超過2 個;必須待礦壁采場充填接頂后再回采礦房;采、出、充作業的采場須隔開,不得互相干擾而引發安全事故。

(4)加強充填生產,確保充填質量。嚴格按設計要求進行充填料配比,保證膠結充填體強度達到2～4MPa。采空區充填切實保證充分接頂。

(5)嚴格進行地壓監測,及時檢測預報地壓活動規律和現象。定期對采場、觀測站進行區內巖體聲發射情況的監測,定期對井下和地表巖移觀測并根據觀測結果及時進行綜合分析,有必要的情況下邀請有相應資質的科研院所根據現場情況進一步分析并采取有效措施,確保安全生產、防止地表塌陷。

(6)距地表30m 以內,嚴禁采礦。

5 主要經濟技術指標

按照設計生產規模,4年采出礦石量12.0 萬t,生產銻金屬產品1 800t,按當前金屬價格4.2 萬元/t計算,銷售收入0.756 億元,扣除采礦、選礦、冶煉、銷售等成本計3.7 萬元/t,總利潤900 萬元。該項目實施后,可獲得一定的經濟效益,杜絕民采盜挖礦柱造成地表塌陷的危害,采后充填,可保證地表安全,具體見表4。

6 問題剖析及建議

6.1 存在的主要問題

(1)當前銻市場價格疲軟,雖然近期銻價有回升的趨勢,但價格優勢不明顯,所以經計算得出的經濟效益僅處于邊際利潤水平,項目實施經濟效益不是很明顯。

(2)該項目工作區域地表為一級保護對象,礦體又比較靠近地表,開采受制約性程度較高,安全威脅較大,施工難度較大,多工種作業相互影響較大。

表1 主要技術經濟指標表

6.2 建議

(1)積極推行科技創新,進一步優化淺部充填系統建設,想方設法降低充填生產成本;合理布置采掘盤區和優化回采工藝參數,降低貧化損失率,提高出礦品位降低礦山生產成本;實行彈性生產,銻價低時以掘進為主,銻價高時采掘并舉。

(2)鋅廠保安礦柱回采范圍較廣,可以采取布置多個作業盤區,盤區之間拉開間距并預留盤區間柱,盤區間柱盡量選在礦化較貧區域,以降低資源損失又確保井下生產安全與防止地表塌陷。

(3)推進新型采礦工藝與裝備,提高生產效率,降低工人勞動強度。

7 結論

本文通過采用先進的采礦方法和采礦工藝,建立淺部充填系統回填采空區,安全有效地回采屬于一級保護對象鋅廠下面的近地表礦體,確保回采安全和地表不塌陷,結合多方面的分析研究,得出以下結論:

(1)“三下”礦體回采是礦山采礦的一項技術難題,不斷更新采礦方法與選擇采礦工藝,其意義是重大的。采用進路尾礦似膏體充填采礦法開采礦體,重點注意采礦結構參數和回采順序。

(2)采取有效措施防止采空區頂板離層塌落,建立充填系統回填采空區。采出完礦后一次充填處理采空區。

(3)采用科學手段對采空區進行巖移與頂板沉降觀測。

(4)合理選用采場頂板支護形式,掌握安裝水壓支柱要點,防止被爆轟波沖垮。