復雜條件下1-2b礦體殘礦安全回采措施研究

李 超

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610036)

1 概 述

位于塔吉克斯坦卡拉庫姆市的阿爾登-托普坎鉛鋅礦屬于老礦山,經過長時間的開采,由于采礦方法等各種原因,礦山早期主要開采品位高及厚度大的礦體,致使很多采場并沒有采凈而遺留有殘留礦體。金屬礦產資源是寶貴的不可再生資源,隨著人類的進步,對礦產資源的需求量不斷加大,采礦和選礦工藝亦在不斷進步,為充分利用資源,對殘礦的回收利用就顯得尤為重要。然而,殘礦體規模小,回收時面臨周圍多空區、回采難度高、安全隱患大等困難,因此,如何安全高效地對殘礦進行回收已成為地下金屬礦山的一個技術難題,應認真分析回采對象、回采環境與安全情況,選擇合理的方法安全回收資源[1]。以北阿爾登-托普坎鉛鋅礦1-2b礦體殘礦回采為例,對殘礦回采措施進行了研究,制定出安全回采措施并予以實施,取得了較好的效果。

塔吉克斯坦塔中礦業井巷工程項目位于塔吉克斯坦卡拉庫姆市阿爾登-托普坎塔中礦業有限公司鉛鋅礦區,距離塔國首都杜尚別約400 km,距離塔國第二大城市胡占德(苦盞)約100 km。項目擁有派-布拉克、阿爾登-托普坎、北阿爾登-托普坎(以下簡稱北阿礦)、恰拉塔礦等4個鉛鋅多金屬礦采礦權,以及巴雅爾別克、別列瓦爾、烏茨卡特雷等3個鉛鋅多金屬礦探礦權,保有礦石資源儲量約1.1億t,屬于超大型鉛鋅礦。該礦山屬于老礦山,前期經前蘇聯開采多年且對采空區未進行處理。礦山由現業主接手后自2008年開采至今也有近15 a時間,井下形成了大量采空區。由于其大部分礦柱仍未回采,故采空區相對穩定。目前主要開采的是阿爾登-托普坎鉛鋅礦與北阿爾登-托普坎鉛鋅礦兩個礦區。其礦體主要分布在距離地表400～900 m 深處,絕對高程位于1 440～845 m區間,主要采用“平硐+豎井+斜坡道”開拓的地下開采方式進行開采。

2 礦體殘礦賦存現狀分析與研究

2.1 1-2b礦體殘礦賦存的現狀

根據業主勘探資料,編號為1-2b的礦體位于北阿礦,已探明的部分礦體的賦存高程在1 120～1 195 m之間,礦體走向為北西,傾向北東,傾角約75°。高程1 120～1 163 m部分已經回采形成了采空區;上部8-1中段(1 170 m分層)底板高程為1 174.8 m,底板以上至高程1 195 m之間的礦體部分也已經完成回采。本次回采的殘礦體位于高程1 163.0～1 174.8 m之間,高約11.8 m。回采共涉及兩個分層,即8-2中段1-2b上斜分層(巷道底板標高為1 153.0 m)和1 170.0 m 分層(底板標高為1 174.8 m)。

殘礦體上下及周圍共有4個采空區,即:(1)礦體上部1 170 m分層1-2b采場形成的采空區,該空區內堆有廢石渣;(2)下部1-2b上斜分層1-2b北1采場的采空區,該空區底部已充填至1 153 m高程;(3)西北側的1-2b上斜分層1-2b西采場采空區;(4)東南側的1-2b上斜分層1-2b上部北采場采空區,該采空區已充填至1 153 m高程。1-2b上斜分層礦體平面情況見圖1;8a-1勘探線礦體剖面情況見圖2。

圖1 1-2b上斜分層礦體平面圖

圖2 8a-1勘探線礦體剖面圖

2.2 工程地質條件

1-2b礦體從8-2中段往上延伸至8-1中段(1 170 m分層),其礦石品位高,礦體延續性好,礦體傾角大。

在8-2中段,該礦體通過在8-2中段水平回采、1 145 m分層水平回采、1 153 m分層水平回采,目前礦體中大部分的回采高度已經達到1 163 m水平左右,1 153 m水平及以下形成的采空區已經被充填,1 153 m分層1-2b西采場(采用淺孔回采,回采高度至1 163 m水平左右,空區高度約為10 m,對該采空區未進行處理,其頂板基本無礦,空區頂部有天井與上部8-1中段巷道相通)、1-2b北1采場(淺孔回采,回采高度至1 163 m水平左右)、1-2b上部北采場(淺孔回采,回采高度約為6 m;靠近1-2b北1采場有條狀礦體未采,空區頂部往西回采完畢)。

本次回收的主要對象為1-2b北1采場頂部的礦體,該采場底部有完整的出礦結構。

1-2b礦體在8-1中段出露,開采形成了兩個采場(8 112-1采場和1 170-1-2b采場),采場已經回采到位,其底部的出礦巷道保存完好,本次回采主要回收1 170-1-2b采場的底部,采場回采的高度約為20～30 m,空區穩定性較好,空區內堆有廢石,礦體回采前需要將采空區內的廢石清理干凈。

3 開采方案及施工

3.1 開采方案

對于1-2b北1采場頂部的殘礦體采用中深孔爆破嗣后充填法進行回采[2,3],在8-1中段水平沿著礦體下盤出礦巷往下設計了施工鑿巖巷,形成了鑿巖條件。在鑿巖巷中采用中深孔鉆機施工扇形中深孔;在礦體的合適位置選擇切割槽,以下部采空區為自由面和落礦空間,采用下壓式爆破形成切割槽,兩側礦體以切割槽和底部空間為自由面和落礦空間進行側向爆破[4],通過下部高程1 153 m分層(1-2b上斜分層)水平原有的出礦進路出礦,進而完成對殘礦體的回收。

1-2b北1采場與1-2b北采場之間的間柱采用淺孔方式回采。回采時,先在底部施工拉底巷后再上采,回采高度與1-2b北1采場回采高度基本一致,淺采施工時需要注意對礦柱的保護。

殘礦體回采完畢,從8-1中段采用廢石進行采空區充填[5]。

3.2 工程布置

該工程的布置以利用現有工程為主,主要的新增工程有下盤鑿巖巷,在8-1中段1 170 m水平1-2b采場脈外運輸巷往下臥底。為確保鏟裝運輸設備能夠通行,同時又能夠最大限度地利用原有工程降低回采成本,所設計的鑿巖巷下掘高度為6 m,起坡點至落平點的坡度為22%(12°),落平后施工12 m鑿巖巷,巷道尺寸為3 m×3 m,工程量合計為40 m/334 m3。鑿巖巷水平及縱剖面見圖3。

3.3 施工順序與要求

(1)施工順序。先對8-1中段1-2b采場內堆存的廢石進行處理,尤其是靠近新掘鑿巖巷一側的廢石。廢石清理完成后,再施工鑿巖巷(含聯巷),鑿巖巷施工完成后進行中深鉆孔的施工,最后進行爆破出礦。

(2)施工要求。鑿巖巷道落平后,嚴格邊探邊掘控制鑿巖巷的掘進長度,確保巷道不會貫通1-2b西采場的空區。巷道施工時,根據所揭露的巖石穩固性情況選擇合適的支護方式。新巷道掘進施工時,必須注意加強對現有礦柱和工程的保護。下掘巷道與上部巷道的切口處必須確保合適的安全厚度以防其垮塌。

4 安全注意事項

(1)施工前,嚴格執行敲幫問頂制度,處理巷道頂板的松石,加強照明,保障施工安全。

(2)嚴格按照設計文件施工,控制好工程方位和工程尺寸以保證質量。巷道施工時如遇到破碎帶必須及時進行支護以確保安全。

(3)加強對通風的管理,獨頭掘進時需要增加局扇,掘進及采場回采時要求先打開高壓風以確保作業面的空氣質量,待其達標后施工人員方可進入施工。

(4)巷道施工時,必須密切關注上部中段空區以及該水平采空區和巷道工程的穩定情況,注意該段水平與上下及周邊采空區的位置、距離,提前做好實測和對圖工作,確認安全距離和安全條件。

(5)巷道施工時,必須注意對其下部空區提前進行鉆孔探測以保障巷道的安全。

(6)待8-1中段空區內的廢石處理完畢,方可進行中深孔落礦的回采。

(7)對于采用中深孔回采的采場,必須根據炮孔施工情況調整并修正礦界,確定爆破方案以減少礦石貧化損失。

(8)對于未盡事宜均需嚴格按照《金屬非金屬礦山安全規程》GBl 6423-2020及《爆破安全規程》GB 6722-2014執行。嚴格遵守礦山建設的各項操作規程及當地法律、法規,確保施工安全和質量。

5 結 語

通過對塔吉克斯坦北阿爾登-托普坎鉛鋅礦區8-2中段1-2b上斜分層1-2b殘礦體回采方案的研究,針對該殘礦體周圍多空區、安全形勢復雜的特點,最終決定采用中深孔爆破嗣后充填法,利用底部采場空區作為自由面,變不利條件為有利條件,充分利用底部采場原有的采準工程,既加快了施工進度,又節約了回采成本,通過制定科學合理的回采方案,充分回收殘礦資源,取得了較好的效果,所取得的經驗可為今后類似復雜多空區情況下殘礦的回采提供參考。