某礦傾斜薄礦床開采技術(shù)研究與應(yīng)用

張伶年

(桃江久通銻業(yè)有限責(zé)任公司, 湖南桃江縣 413400)

某礦傾斜薄礦床開采技術(shù)研究與應(yīng)用

張伶年

(桃江久通銻業(yè)有限責(zé)任公司, 湖南桃江縣 413400)

對某礦傾斜薄礦床的采礦方法及工藝進行了優(yōu)化擴能研究,提出在該礦山采用上向水平分層削壁充填采礦法,并對其采礦工藝進行了詳細介紹。該采礦方法提高了礦山的采礦效率,降低了礦石的貧化率和損失率,取得了良好的應(yīng)用效果。

傾斜薄礦體;上向水平分層削壁充填;采礦方法選擇

某礦山是開采多年的老礦,井下生產(chǎn)系統(tǒng)與地面生產(chǎn)、生活及輔助設(shè)施滿足原有生產(chǎn)能力要求,部分可以充分利用,本次設(shè)計主要是對原有系統(tǒng)進行維護改造,對擴能后礦山系統(tǒng)的變化進行補充完善,使之滿足擴能后的安全與生產(chǎn)能力要求。

1 礦山開采技術(shù)條件

1.1 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)為丘陵地貌,地下水主要由大氣降水補給。第四系孔隙水含水層由粘土、砂土、巖石碎塊及礫石層組成,厚度 0～15 m,礦區(qū)淺部基巖風(fēng)化裂隙帶 5～10 m,含弱裂隙水。淺部以下粘土巖、板狀頁巖、細砂巖、泥板巖巖性綜合體層理性強,層間結(jié)合緊密,含水相對貧乏,對地下水有隔水作用,可視為相對隔水層。礦區(qū)內(nèi)老窿較多,部分內(nèi)有積水,礦區(qū)未來礦井一般涌水量為 5.3 m3/h,最大涌水量為 16 m3/h,礦井充水因素為斷裂帶裂隙水,礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡單。

1.2 工程地質(zhì)條件

巖層為較堅硬的粘土巖、板狀頁巖、細砂巖、泥板巖巖性綜合體,處于 O-S碎屑巖巖組,完整性較好,抗壓、抗拉、抗剪強度較高,工程力學(xué)性質(zhì)較好。局部裂隙發(fā)育處,粘土巖、泥板巖易泥化、軟化,導(dǎo)致局部地段工程地質(zhì)條件變差。

第四系粘土、砂土、巖石碎塊及礫石層主要分布于小河兩側(cè)及評估區(qū)溝谷地帶,厚度 0～15 m,工程地質(zhì)穩(wěn)定性較差。

區(qū)內(nèi)巖體原生結(jié)構(gòu)面主要為層面及層理面,粘土巖、板狀頁巖、細砂巖、硅質(zhì)巖、泥板巖一般為中厚～薄層狀,層理較發(fā)育,層理性強,層間結(jié)合緊密。淺部風(fēng)化后,往往形成裂隙由粘土、砂土組成的風(fēng)化帶,局部含有碎石,一般厚 0～5 m。據(jù)調(diào)查,風(fēng)化帶穩(wěn)定性較好。

礦山為地下開采,采用斜井與平硐開拓,礦層的頂、底板主要為粘土巖、板狀頁巖、細砂巖、泥板巖等,工程力學(xué)性質(zhì)較好。但是粘土巖、板巖易風(fēng)化成粘土礦物,主要礦石礦物多呈不等粒粒狀,導(dǎo)致粘土巖、板巖及礦體分布地段工程地質(zhì)條件變差,特別是局部節(jié)理、裂隙、斷層發(fā)育部位巖石破碎,地下水使得板巖泥化、軟化,穩(wěn)固性變差,易造成塌方片幫。

總體來說,礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡單,礦層頂、底板較穩(wěn)固,井巷圍巖穩(wěn)固性總體較好,工程地質(zhì)條件簡單。

2 礦山開采設(shè)計

該礦開采 I號礦體,平均厚度 0.53 m,礦體傾角50°～58°,礦體厚度小,埋藏較深,現(xiàn)采用地下開采。根據(jù)礦山地形地質(zhì)條件、礦體賦存條件與礦山開采現(xiàn)狀,擴產(chǎn)設(shè)計仍沿用地下開采方式。I號礦脈單斜產(chǎn)出,目前控制的保有資源儲量分布在 +16～-150 m標高之間,礦山開拓運輸系統(tǒng)已基本形成。依據(jù)相關(guān)規(guī)范,認為原有開拓方案是合理的,為減少重復(fù)工程建設(shè),節(jié)約擴改投資,在滿足安全與功能要求的前提下,將充分利用現(xiàn)有開拓井巷。

2.1 主要井筒的擴改工程

礦區(qū)現(xiàn)有主井、風(fēng)井及 LD三個斜井,設(shè)計對其進行維修改造后,均予利用。主要的主井改造工程有:對井筒進行全面的維修加固;平整井筒底板;對軌枕進行防滑處理;對軌道校平校直;對人行踏步與水溝按規(guī)程要求進行修整;對安裝在井筒內(nèi)的管網(wǎng)規(guī)范懸掛;封閉與原 77 m、原 55 m中段聯(lián)通的穿脈巷道;封閉 -150 m以下的開采水平。

主井主要擔(dān)負全礦井礦石、矸石、材料運輸及人員進出、進風(fēng)與安全出口等任務(wù)。采用砌碹支護,凈寬 2.3 m,凈高 2 m,凈斷面積 4.6 m2;井筒內(nèi)敷設(shè)15 kg/m鋼軌。

原風(fēng)井主要的改造工程有:對井筒進行全面的維修加固;撤除原井口提升設(shè)備與井筒內(nèi)的軌道;平整井筒底板;對人行踏步與水溝按規(guī)程要求進行修整;對安裝在井筒內(nèi)的纜線規(guī)范懸掛;封閉與原 67 m、原 33 m中段聯(lián)通的穿脈巷道。風(fēng)井前期 (開采37622000以西礦體)主要擔(dān)負回風(fēng)、行人通道及作為安全出口,后期 (開采 37622000以東礦體)主要擔(dān)負行人通道及作為安全出口。采用砌碹支護,凈寬 2.3 m,凈高 2 m,凈斷面積 4.6 m2。

原 LD主要的改造工程有:對井筒進行疏通和全面維修加固;按規(guī)程要求修筑人行踏步與水溝;安裝照明線路;封閉與原所有中段聯(lián)通的穿脈巷道,掘進 +50 m穿脈巷道與 +50 m中段回風(fēng)平巷聯(lián)通。

LD在東井開采后期 (開采 37622000以東礦體)作為通風(fēng)井,可作為第二期改擴建工程回風(fēng)、行人通道及安全出口。采用砌碹支護,凈寬 2.3 m,凈高 2 m,凈斷面積 4.6 m2。

2.2 開采順序

礦井總的開采順序確定為:垂直方向上由上往下分中段開采,水平方向上從儲量控制范圍邊界往主井、風(fēng)井方向作后退式回采。根據(jù)礦山現(xiàn)狀,首采區(qū)確定為 +16 m中段西北角。

2.3 采礦方法選擇

根據(jù)礦體賦存條件和礦床開采技術(shù)條件,礦區(qū)適合選用淺孔留礦采礦法和上向水平分層削壁充填采礦法。

(1)淺孔留礦法的適用條件及主要優(yōu)缺點。淺孔留礦法適用于急傾斜礦體或傾斜、緩傾斜極厚礦體,礦石及圍巖要求中等穩(wěn)固 (開采薄礦脈時可適當降低要求),礦體產(chǎn)狀較規(guī)整,礦石不結(jié)塊且無氧化自燃現(xiàn)象,地表允許陷落;其主要優(yōu)點為礦塊生產(chǎn)能力和勞動生產(chǎn)率高,中段開采順序要求不嚴格,通風(fēng)良好,坑木消耗少,采礦成本低;缺點是礦石損失率較大,大量放礦時礦石貧化較大,采空區(qū)不太好處理。

(2)上向水平分層削壁充填法適用條件及主要優(yōu)缺點。削壁充填適用于礦脈厚度一般 1 m以下,傾角不限,礦石與圍巖接觸明顯,易于分辨,且圍巖不含礦,礦脈產(chǎn)狀較穩(wěn)定,礦石、圍巖中等穩(wěn)固 (開采薄礦脈時可適當降低要求);其主要優(yōu)點為中段開采順序要求不嚴格,通風(fēng)良好,坑木消耗少,采礦成本低;缺點是礦石貧化較大,礦塊生產(chǎn)能力和勞動生產(chǎn)率低。

綜合分析,上向水平分層削壁充填法對比淺孔留礦法的唯一缺點是礦塊生產(chǎn)能力和勞動生產(chǎn)率低,但由于礦山規(guī)模不大,該點影響不大。其最大的優(yōu)點是采空區(qū)進行了充填,能有效地控制圍巖變形、破壞和地表移動。故本設(shè)計選用上向水平分層削壁充填采礦法 (見圖1)。

圖1 上向水平分層削壁充填采礦法

3 上向水平分層削壁充填采礦法

礦山中段高度為 24～44 m,采場沿礦體走向布置,采場長度為 40～50 m,不留頂?shù)字c間柱,采用塊石混凝土壁,分層回采高度為 2.5 m,采幅 ≥1.2 m。

3.1 采礦工藝

(1)采準切割。垂直沿脈中段運輸平巷沿礦體傾向在脈內(nèi)掘進天井到上中段,將礦體劃分為礦塊。在礦塊的一端沿脈掘拉底巷道,掘到礦塊中部后,以大于 50°的坡度作溜礦井。完成拉底工程之后,在礦塊中央沿礦體傾向從拉底水平掘進到上中段形成先進天井;隨采掘工作面逆傾斜向上推進,在礦塊兩端搭筑人行順路天井。

(2)回采。采場工作面從下往上逆傾斜方向推進。礦體傾角和厚度變化不大時,礦石和圍巖分別回采。礦體位于上盤,圍巖位于下盤,根據(jù)實際情況決定開采順序。礦體極薄或礦體底板不規(guī)則時可混采。采幅依工作方便而定,但不小于 1.2 m。鑿巖選用 YTP-26型風(fēng)鉆和 G10風(fēng)鎬打眼,炮眼逆傾斜方向布置,炮眼排列方式宜用“之”字形或梅花形,分采時界線部分可用“一”字形布眼。炮眼深 1.5～2.0 m,孔距 0.8～1.0 m。爆破采用 2#巖石炸藥或乳膠防水炸藥,用非電導(dǎo)爆管起爆。

(3)出礦。采場內(nèi)礦石用人力小車或鋼板拖斗人工裝車搬運到溜礦井,從漏斗放出,廢石充填于采空區(qū)。

(4)充填及順路天井架設(shè)。采完礦石后崩落圍巖充填采空區(qū),采下的圍巖部分由爆力搬運到采空區(qū),余者人工搬運充填。充填時每隔 1.5～2 m用塊石堆成石墻,石墻堆砌接頂要密實,與工作面保持 2～3 m的高度,然后再進行下一分層回采。為了保證良好的通風(fēng)條件及安全出口,在礦塊兩端分別布置順路人行天井,礦塊中央設(shè)溜礦井。順路天井和溜礦井隨回采工作面向上推進、依次架設(shè),架設(shè)材料可用塊石、混凝土和松木,架設(shè)要穩(wěn)定牢固。

(5)采場通風(fēng)。采場通風(fēng)路線:主井口 (新鮮風(fēng)流)→主井→中段穿脈平巷→中段運輸平巷→順路人行天井→采場工作面→先進天井→上中段回風(fēng)平巷→通風(fēng)天井→風(fēng)井排出地表。采場主要借助礦井整體負壓通風(fēng),必要時采用局扇加強通風(fēng)。

3.2 采場頂板管理

為保證礦井采礦作業(yè)的安全,采場頂板管理主要采取以下措施:

(1)崩落圍巖 (包括分選出的廢石)充填采空區(qū),人工堆集,做到接頂密實,以此支承頂板;

(2)作業(yè)面遇有結(jié)構(gòu)面或浮石難以處理時,用木支柱臨時支護,以保證作業(yè)人員安全;

(3)嚴格控制炮眼方向和爆破用藥量,盡量減輕對頂板的破壞;

(4)建立頂板分級管理制度,對頂板不穩(wěn)固的采場組織專人負責(zé)檢查,采場分級嚴格根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造及采掘破壞情況進行鑒別;

(5)浮石處理及時細致。處理浮石時,要停止其它作業(yè),且有良好照明;

(6)采場回采完成后,及時用廢石封閉采場通道,以防止誤入和減少漏風(fēng)。

4 結(jié) 論

礦山主要經(jīng)濟技術(shù)指標為礦塊生產(chǎn)能力:800～1500 t/月 ;采 礦工 效 :3 ～5 t/工 班 ;采 切 比 :190 ～330 m/萬 t;礦塊回采率:97%;礦山總回采率:90%;貧化率:10%。實踐證明,上向水平分層削壁充填采礦法的應(yīng)用符合礦山實際,且能更好、更安全的進行礦體回采,提高了采礦效率,應(yīng)用效果良好。

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2010-06-21)

張伶年 (1971-),男,湖南桃江人,采礦工程師,桃江久通銻業(yè)生產(chǎn)部副部長,Email:zlnzsj@163.com。