我國金屬礦山底部結構的應用評價及選擇

韓海龍

（湖南漣邵建設工程（集團）有限責任公司，湖南 長沙 410000）

地下采礦是人類獲取地下資源的重要方式，影響地下采礦方法因素眾多，不能僅靠單一定量分析確定。傳統采礦方法選擇由單個因素直觀評價確定，具有很大局限性。隨著富礦的減少，金屬礦山涉及不確定性因素增多。選擇正確采礦方法具有重要意義，采礦方法選擇不當會帶來巨大經濟損失。要用系統發展觀點分析研究影響采礦方法的參數，精確高效選擇最佳采礦方法。礦塊底部結構是運輸水平受到出放礦巷道有機配合，用礦石自重裝入運輸巷道礦車運至地表。礦塊底部結構決定采礦方法勞動生產率等。研究金屬礦山底部結構評價選擇具有重要意義。

1 金屬礦山底部結構類型

隨著我國經濟的發展，成為礦產資源生產消費大國。地下礦山開采向深部低品位礦床轉變，近年來高效率采礦方法的使用，降低資源回采成本成為采礦發展的趨勢。礦塊底部結構要求保證底柱穩固，礦塊放礦中保證底柱穩固性[1]；保證二次破碎工作安全的勞動條件；提高采礦方法的生產能力。選擇底部結構形式不能滿足要求會導致勞動生產率低等問題。我國金屬礦山采用底部結構形式包括自重放礦等。

自重放礦底部結構在中小型礦山使用廣泛，具有放礦能力大等優點。在空場法礦床開采中使用較多，有格篩破碎硐室漏斗自重放礦結構采下礦石借自重從漏斗放出，底柱高度12m～18m。無格篩破碎硐室漏斗自重放礦結構底柱高度為5m～8m，使用操作方便。人工木質假底自重放礦結構在急傾斜脈狀礦床開采廣泛應用，有長遠發展前途。鏟運機出礦采用無底柱出礦底部結構，大塊礦石在裝礦橫巷進行二次破碎，采用鏟運機出礦，簡化底部結構，放礦強度高，提高礦塊回采率。

有底柱分段崩落法長期使用，大礦石在電耙道中進行二次破碎，分為漏斗式與平底結構式[2]。漏斗式結構具有加高技術經濟指標，在礦體厚度方面有較大變化范圍，可降低切采切工作量比重。底柱高8m～15m,底柱礦量為礦塊礦量的16%～23%。耙道中心至漏斗頸中心距為3.5m～4m。平底式電耙運搬底部結構使采下礦石在拉底水平變形車三角礦堆，礦石極穩固可雙側布置，優點是采準工程量小，要待下階段采礦柱時才能回收。

2 礦山底部結構實踐評價

礦山底部結構形式根據礦床地質條件、回采工藝、質量技術要求等因素綜合確定。采準工程空間合理布置，對勞動生產率，采礦成本等方面具有直接影響。自重放礦底部結構具有施工靈活性大，保證礦石流通性好等特點，在我國中小礦山使用積累豐富經驗[2]。電耙運搬礦石底部結構采準工程布置量較大；鏟運機出礦底部結構礦體厚度大，是目前推廣的方案。有底柱電耙出礦底部結構是分段崩落法礦山基本底部結構，包括電耙道與溜井等部分。

結構施工開始到放礦結束在底板圍巖不穩固的緩傾斜礦體，使底部結構穩固性提高。出礦漏斗擔負2000t～3000t礦量，保證電耙道穩固性。爆破設計以耙道為單元，使底部結構危害減小，爆破時采取上部拱頂填滿覆蓋緩沖層。上下分段電耙回采順序，上分段采場保證在下分段崩落角影響范圍內，實行強采措施，保證底柱的穩固性[4]。二次破碎采取有效方法處理堵塞，開采深度增加，應將上底柱高度提高到11mm提高結構穩固性。保護好漏斗檐是提高底部結構的主要措施。底部結構流通性是出礦暢通性能，與出礦方式等有關。

礦石塊度影響流通性大小，各礦山采用年擠壓崩礦后，可保持良好流通性。根據確定合格塊度尺寸設計底部結構參數，加大部分參數使流通性能增加。電耙巷道2.4m×2.5m，斗井2.4m×m2.4×2m，塹溝巷道2.2m×2.4m，上底柱高11m。斗串寬度加大到3m。礦石流從斗井，漏斗檐流到電耙道底板，礦石散落寬度影響礦石流通性，漏斗檐長增大為0.8m～1.2m，礦石流通性增大。采取加大電耙，增大礦石流通性。如耙距縮短為25m取得良好效果[3]。

3 全面采礦法底部結構與出礦方式研究

全面采礦法是空場采礦法，主要特點是在中段把礦體劃分為礦塊，主要有點是工藝簡單、采礦成本低。目前有些礦山使用鏟運機出礦，采場主要使用電耙耙礦采礦方式，應用中存在耙礦效率低，施工難度大；使用木漏斗存在安全隱患。耙斗裝巖機適用于水平角小于35°的斜井上山，廣泛應用于金屬礦、鐵路涵洞等工程建設。機器電氣設備可用于有煤塵礦井中。耙斗裝巖機主要由固定楔、操縱機構、進料槽等部分組成。

耙斗裝巖機臺車安裝絞車的2個滾筒，牽引主繩，通過往復運動將巖石扒進料槽內，在卸載槽尾部卸料口把礦石卸入礦車。傳統底部溜井放礦結構由采場溜井、木漏斗等組成。通過溜井口木漏斗將礦石放至礦車，人行通風田徑高度為8m～10m，放礦口使用木漏斗。使用耙斗裝巖機底部溜井放礦結構采用電耙將采場礦石扒至切割平巷內，將礦石扒高通過耙斗裝巖機卸載槽裝車，底部結構優點是運輸平巷，切割平巷處于相同水平；采切工程量少。

4 金屬礦山工程底部結構應用選擇

目前我國大力發展地下空間解決城市建設用地規模擴大的問題，為避免露天采礦對居住環境的影響，礦業中地下空間發展具有極大前景。溜破系統中的溜井是礦山用于礦石運輸的地下空間，關系礦山生產系統的形成。目前國內地下溜破系統礦山設計規模多樣，地下礦山溜破系統結構復雜，溜破系統如何快速施工成為礦山基建期的首要任務，隨著目前礦山機械化設備的應用，為地下礦山溜破系統快速施工提供良好的基礎。

大紅山鐵礦位于玉溪市新平彝族[5]。從礦區經新平公路距離260km，對外交通方便。礦區標高600m～1850m，網狀溝谷發育。河水流量受降雨量控制，年降雨量700mm～1200mm。大紅山礦區鐵銅資源豐富，2006年建設并通過驗收一期鐵礦400萬t/a工程；曼崗河以東的I號鐵銅礦帶金屬量豐富，利用現有鐵礦已形成的開拓運輸工程較易進行升級勘探。二期鐵礦400萬t/a工程開采對象為400m標高以下的Ⅱ1礦組。開采對象分成兩大部分—合采部分與分采部分。在以往礦山建設基礎上進行擴產建設。

溜破系統施工過程中，井下破碎大硐室、輔助系統的快速施工等都是困擾礦山建設的大問題，由于溜破系統在使用容易被溜下的礦石破壞，對生產造成極大的安全隱患。漣邵建工司和湖南科技大學在玉溪大紅山礦業有限公司溜破系統建設中進行大量的技術改造，解決溜破系統建設與修復中的施工難點，保證了溜破硐室安全、快速開挖，在行業內多個礦山得到推廣應用。項目自2014年3月開展工作以來，技術人員密切協作，于2016年10月完成全部施工工程，取得了突出的技術效果。完成的主要工作包括溜井系統的安全快速施工技術及應用；地下礦山大型溜破系統建設達到國際領先水平，研究成果應用后產生顯著的經濟效益；作業人員在安全區域施工，取得了良好的社會效益，為礦山資源節約、持續穩定發展提供了重要的技術支撐[6]。

礦產資源深部開采是礦山企業發展的大趨勢，礦石通過溜井從上部巷道溜送至下部，有助于礦山提高運送效率。溜井施工主要難點在于提升出碴。可采用以鑿巖爆破為主的普通施工法。傳統豎井施工方法施工工序較多，施工速度慢。為了安全快速掘進各類溜井，在大紅山鐵礦400萬t/a二期采礦工程溜破系統溜井建設中，克服普通法施工復雜，安全隱患多等不足，施工完成了切割天井。上下水平的溜井需要同時施工，礦倉施工中產生巖石可能落入下一水平的破碎硐室，在上、下水平的礦倉連接處設置封堵結構。確保了溜井礦倉與破碎硐室平行施工的安全性。漣邵建設工程公司地下礦山大型溜坡系統建設成套技術應用獲得冶金礦山科技獎二等獎。

布置底部結構設計前要調查了解礦石穩固性，根據技術經濟比較選取合理的底部結構。必須研究回采礦塊鑿巖方式，礦塊下部鉆鑿深度在20m以下，鉆機布置在硐室中可降低切割工程量。從分段鑿巖巷道鉆向深孔合理。底部受礦結構確定后，考慮底部結構中采準，鉆鑿工作總量，選擇不同形式底部結構比較放礦勞動與材料消耗較小方案。開采地質條件復雜啊礦床，綜合考慮影響經濟效果作用的因素。某些礦山企業可每米采準切割巷道分攤礦塊儲量，每平安方米礦塊面積分攤采準切割巷道量。考慮選用底部結構承受崩落礦石壓力，采用爆破法爆破巷道維持穩固狀態。采準時保證最小勞動消耗，礦石損失貧化最小。

地下溜破系統建設是金屬礦山重要的開拓工程，地下溜破系統是儲運礦石的咽喉要道。金屬礦山采用地下溜破系統放礦具有節省轉運設備、生產管理方便特點。地下溜破系統的建設時間長、隱含著大量施工事故風險。上下水平的溜槽要同時施工，上個水平的溜槽施工中產生的巖石會落入下一水平的溜槽，必須在上下水平的溜槽連接處設法抵抗巖石沖擊的封堵結構。抵抗上水平巖石的動力沖擊，封堵結構應該具抗巖石瞬時的沖擊性。

工字鋼架豎直固定在硐室內，工字鋼架靠近上水平溜槽另一側設有豎直的鋼板，枕木上設有多個空穴，鋼板與工字鋼架間設有多個彈簧，彈簧的一端穿過空穴固定在鋼板上，鋼套管一端固接在工字鋼架。枕木與砌體封堵墻空間內填充破碎矸石。在建溜破系統抗巖石沖擊的封堵結構中，底板及兩幫設巖窩，工字鋼架包括若干根水平工字鋼和若干根豎直工字鋼，豎直工字鋼位于同一垂直平面內，水平工字鋼焊接在豎直工字鋼靠鋼板側，豎直工字鋼的兩端插入硐室頂板和底板的巖窩。硐室的頂板和底板上的巖窩與兩幫的巖窩處于前后垂直平面內。砌體封堵墻內設有若干壓力傳感器。

5 結語

針對作業環境差，作業成本高的難題，湖南漣邵建設工程（集團）有限責任公司聯合開展“井下大型溜破系統建設與修復成套關鍵技術研究及應用”項目，提出了安全快速溜井系統建設技術，利用小導硐通風排矸進行正掘擴挖成巷，采取加固擴孔中心管、循環鉆灌成孔、鋼模液壓系統保護裝置等多項新技術措施提高了掘進施工安全質量，具有鉆井工藝簡單、成井速度快等優點，產生了良好的社會經濟效益。提出了改進的礦倉底部結構，避免了溜井施工對下部破碎硐室施工的影響。