復雜地質環境下金屬礦山開采施工技術研究

摘要：從復雜地質環境下的回采、分段空場嗣后充填采礦和礦山巷道支護等三方面，闡述了金屬礦山開采施工技術。應用本文所述復雜地質環境的金屬礦山開采施工技術，對某金屬礦山進行了開采作業，并進行了開采施工效果驗證。驗證結果表明：該開采施工技術能夠在外部荷載作用下，使得巖體達到相對穩定的狀態，能夠保證施工作業環境的安全與穩定。

關鍵詞：金屬礦山；復雜地質環境；開采施工技術

0" "引言

隨著現代化經濟社會快速前進的步伐，金屬礦山的開采施工技術在不斷創新。在處理復雜環境和不確定性的開采過程中，通過現場調查和巖石力學分析，能夠獲得準確的力學參數[1]。根據礦區地應力的分布規律，減少地下開采對地表變形的影響，為礦山的可持續發展做出貢獻。在金屬礦山的開采施工中，通過對礦山的地表沉降量和水平位移量的監測，可以獲得開采頂板圍巖的機理，并總結地表沉陷的基本規律。

在開采施工中，根據地表移動的延時性特點來分析圍巖變形和破壞程度。通過控制地表圍巖的移動，可以達到較好的開采效果，從而提高開采施工速率[2]。施工人員要根據不同巖層的位移情況，分析模擬金屬礦山開采過程，并及時準確解決施工中遇到的問題。同時，充分把握開采施工技術的應用程度，以快速、安全地完成施工項目。然而，在施工中，由于地表環境較為復雜，地表沉降觀測的精確度不高[3]。

觀測點個數設置不足可能會導致測量過程存在誤差，從而影響施工結果。同時也可能導致開采施工技術應用后難以達到預期效果。因此，本文對復雜地質環境下的金屬礦山開采施工技術展開研究，并結合實際情況進行測試與分析。

1" "金屬礦山開采施工技術要點

1.1" "復雜地質環境下的回采

1.1.1" "采準巷道布置

面對復雜地質環境，需要進行分段鑿巖，并將中段礦體進行劃分。在金屬礦回采過程中，由金屬礦周邊的礦柱來支撐圍巖。按照不同礦體的厚度，設置分布走向。設定礦塊的大小為51m×38m，根據礦體的安全暴露面積確定具體的厚度。設置雙電靶單側墊溝的底部結構，當礦體厚度大于20m時調整巷道的分段高度[4]。采準后切割的工程量如表1所示。

1.1.2" "在礦房中施打炮孔

采準切割后，在在分段鑿巖平巷的礦房中施打炮孔。為了提升爆破作業的安全程度，需要從金屬礦中心的切割槽向兩邊倒著進行施工[5]。使用手持式鑿巖機進行炮孔鉆鑿，炮孔直徑為55mm。在不同的分段中，需要控制分段上炮孔的數量，可在不同分段中設置3～4排炮孔，且要使得炮孔的方向垂直于操作面。為了使鑿巖爆破施工具有良好的效果，可將炮孔設置為向上方傾斜6°傾角。

1.1.3" "往炮孔中充填爆炸裝置

在炮孔打完后，采用導爆管起爆法進行爆破。導爆管起爆法是通過擊發導爆管引發雷管、再引爆炸藥的起爆方法，所使用的爆破器材包括擊發器、導爆索、導爆管、雷管等。

使用風動裝藥器往炮孔中進行機械化裝藥，能夠充分利用炸藥能量。根據炸藥的防水特點，在炸藥中加入3mL清水，可使炸藥具有更高的密度。當炸藥密度達到1.09g/cm3時，一般爆炸范圍在直徑50m以內。當裝藥管達到炮孔底部后，拉回一定距離進行裝藥，裝藥后使用木棒對其進行固定，并用炮泥進行填堵。

在裝填炸藥的同時，使用連接元件將雷管、導爆管與導爆索連接后，將雷管和導爆管置入炮孔中。導爆索從炮孔引出后，與相鄰炮孔的導爆索并聯，在靠近巷道附近搭接，然后連接擊發器。當回采到中心礦柱附近時，按照要求控制炸藥充填量，防止超采。為了避免污風影響鑿巖，在分段集中填藥后，需要按層級和階段進行爆破。

1.2" "分段空場嗣后充填采礦

1.2.1" "采礦特點

分段空場嗣后充填采礦法是對采礦后的礦山進行復墾和環境保護的方法，是空場和充填相結合的開采方法，即形成采空區之后再進行充填。回采并形成空場即采空區之后，將已經開采過的空場使用礦山開采產生的固體廢棄物進行充填。充填采空區可改善地下開采環境和安全狀況、增強采空區的穩定性，可調節采場地壓、防止塌陷，可為后續回采創造有利條件。分段空場嗣后充填采礦法是一種效率較高、安全穩定的采礦方法。

1.2.2" "間隔回采施工

采用分段空場嗣后充填采礦法進行回采時，應施行間隔回采方法。間隔回采就是在某一礦房完成回采后，先充填采空的礦房，當采空的礦房完成充填、且充填體達到規定強度后，再回采與其間隔的礦房，即在兩個充填體之間回采，以此類推進行分段回采。

回采時，可使用采礦臺車鉆鑿扇形布設的炮孔，須根據礦房實際情況計算相鄰炮孔的孔底與孔底、孔口與孔口之間的距離。回采礦房和礦柱的尺寸，可根據礦山圍巖的穩定性進行調整。

為了防止發生垮塌，可在礦體下部沿著礦塊走向設置塹溝，通常布置在鑿巖平巷上方。在礦體傾角較小時，上盤充填頂部可能會有較大的地壓。為此，在礦體下盤還需要布置溜井，并添加支護結構來增強支撐效果。為了確保地表和井下作業在回采時具備較安全的施工環境，需要設定盤區礦柱，并在開采后期予以保留。

1.2.3" "采空區充填

當不同分層完成了回采后，對采空區進行充填。可選擇尾砂充填底層，其厚度為5m。結合膠結材料進行面層充填，確保充填強度大于鏟運機的工作強度。在充填過程中，需要嚴格控制頂面質量[6]。在回采聯道口處安裝密封墻，并根據實際情況選擇充填材料，不斷進行充填。

充填方法如下：首先，選擇底層進行充填；其次，進行脫水處理，待底層干燥后再進行面層充填；然后，完成出礦后使用混凝土密封斗川底部；最后，利用廢石和尾砂充填采空區，從而完成充填工作。

在充填期間需要進行通風，可以從運輸平巷中開始通風，經過電耙道等位置進入工作面。為節約充填時間，可以選擇短時間內進行回采和出礦。回采產生的廢石，可直接用于采空區的充填。采空區充填過程如圖1所示。

1.3" "礦山巷道支護

為了保證礦山開采施工安全，必須控制巖體變形。根據圍巖力學特征，進行礦山巷道支護。在支護過程中要加強頂板圍巖的抗拉能力，同時減少兩側圍巖的剪切破壞力。將巷道布置在不同的巖層中，根據巷道圍巖的RMR指標值，對巖體質量進行分級。巷道圍巖質量分級情況如表2所示。

在同等圍巖條件下，有不同規格斷面的巷道。斷面形狀為三心拱的巷道，其跨度不易過大，巷道的高度與跨度之比為1/3的狀態時，其穩定性最好。根據開采計劃，三心拱斷面巷道的斜坡道和沿脈運輸巷道使用時間較長，在巷道開挖后須使用噴錨網對圍巖進行加固施工，并通過在斷面巷道和交叉點添加預應力錨桿來增強支護效果。設定混凝土噴射厚度為40～55mm，混凝土噴射方式為干噴；管縫式錨桿長度為1.2m。三心拱斷面巷道噴錨網支護的具體方式如圖2所示。

2" "實例驗證與分析

2.1" "工程概況

某金屬礦山擁有的土地權面積為12km2，采礦權面積為30km2。該范圍內的礦產資源豐富，礦石資源量為2.8

億t。金屬儲量約125.4萬t，其中錫51萬t，銀25萬t。該礦區全年氣溫偏低，雨量豐富，年降雨量為63.58mm。礦區為低山地形，地勢開闊，東側為分水嶺，有利于水源的自主流動。礦井下包括242m、236m、365m三個中段，包含一段斜坡道和4條通往中段的主溜井。礦區的地面配套設施齊全。根據巖性特征，獲得兩次侵入巖。每一次花崗巖均有衍生的巖脈。礦區發育充填交代鉛鋅黃鐵礦礦床。礦區四周基本被隔水層包圍，水文地質簡單。

2.2" "驗證方法

應用本文所述復雜地質環境的金屬礦山開采施工技術，對該金屬礦山進行開采作業，通過判斷施工中的膠結充填體的結構穩定性，來驗證本文所述開采施工技術的應用效果。在連續開采方式下、在塑性區的范圍內，根據巖體應力集中程度，計算得到巖體發生變形后的最大豎向位移量。預期目標為巖體最大豎向位移量在40mm之內，即達到良好施工效果。

驗證采用RET-21型巖石力學試驗裝置，配備SE12型全波形位移傳感器檢測儀，進行位移信息量采集。為了使得記錄數據與采集數據同步，在加載過程中需要試樣頂部與加載裝置之間消除噪聲干擾，并涂抹耦合劑。在進行試驗時，為保證巖石的完整性和均勻性，在加工的50個試樣中，選擇10個接近試樣進行試驗。試樣為圓柱形，其高徑比為1：2。

2.3" "試驗結果

對試驗過程中的參數進行了統計與記錄，獲得了10個測試巖體的最大豎向位移值。在連續開采方式下，10個測試巖體發生的最大豎向位移值在33～36mm之間，均在40mm的預期目標之內。10個測試巖體的最大豎向位移值如表3所示。

2.4" "對試驗結果的分析

應用本文所述開采施工技術，對該金屬礦山進行開采作業后的驗證。結果表明，該開采施工技術能夠在外部荷載作用下，使得巖體達到相對穩定的狀態。在相似的充填效果下，能夠保證施工作業環境的安全性與穩定性。

3" "結束語

本文對原開采施工技術進行了優化，采用復雜地質環境下的回采施工技術，改善了塑性區的應力分布，獲得良好的地壓控制效果。采用分段空場嗣后充填施工技術，有效提高了采礦效率，獲得了安全穩定的采礦環境。采用科學合理的巷道和采空區支護技術，增強了支護效果，使得巷道和采空區結構更加穩定，減少了采礦施工作業風險。

本文所述開采施工技術還存在不足之處。在今后應繼續圍繞金屬礦山采礦施工在工期分配、觀測數據加密，以及地表建筑物分布等方面展開深入研究，采取有效措施保證金屬礦山采礦施工安全、環境保護，實施綠色施工，通過技術創新提高采礦效率、增強經濟效益，為實現更安全、更穩定的金屬礦山采礦施工貢獻力量。

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