高志榮張　亭李軍民趙　云

（1.西北礦冶研究院，甘肅白銀，730900；2.白銀有色集團(tuán)股份有限公司深部礦業(yè)公司，甘肅白銀，730900）

1　項(xiàng)目背景

深部礦業(yè)公司結(jié)合折腰山礦區(qū)西部礦床的地質(zhì)特征、礦體賦存規(guī)律，以及圍巖蝕變特征，在2、3號(hào)主礦體下盤(pán)沿脈巷以北148 m處發(fā)現(xiàn)一處高品位盲礦體。礦方在1 573 m水平沿975行線開(kāi)掘運(yùn)輸巷，利用淺孔留礦法對(duì)礦體進(jìn)行了回采，已回采至1 585 m水平。根據(jù)回采情況及礦體賦存狀態(tài)，該礦體有進(jìn)一步增大的可能。

2　盲礦體開(kāi)采簡(jiǎn)介

2.1　礦體賦存特征

盲礦體主要為浸染狀銅礦，賦存于石英角斑凝灰?guī)r中，呈中厚或厚層狀產(chǎn)出，硬度系數(shù)f=8～10，顏色呈灰色、灰褐色和綠色，礦石中金屬礦物主要為黃鐵礦和黃銅礦。

根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，結(jié)合回采情況，初步推斷礦體賦存于西部采區(qū)960～1 000行勘探線1 585～1 475 m標(biāo)高，走向NW75°，傾向SW，傾角70°～75°，平均厚度6 m，走向長(zhǎng)36 m，傾向延深110 m。

2.2　上下盤(pán)圍巖性質(zhì)

盲礦體上下盤(pán)圍巖均為石英角斑凝灰?guī)r，硬度系數(shù)f=8～10，與礦石硬度系數(shù)相當(dāng)，片理構(gòu)造非常發(fā)育。圍巖與礦體的界線呈漸變關(guān)系，走向同礦體走向近似平行。礦巖總體穩(wěn)固性均屬于中上等穩(wěn)固水平。

2.3　采空區(qū)賦存狀態(tài)

礦方利用淺孔留礦法將1 573 m水平以上部分礦體進(jìn)行了回收，在1 573～1 585 m標(biāo)高之間形成面積約408 m2的采空區(qū)，中部留有一個(gè)長(zhǎng)15.4 m，寬2.5 m的間柱。

后期由于采空區(qū)北部和南部圍巖礦化帶內(nèi)仍有一定品位，存在利用價(jià)值，故沿采空區(qū)邊界又對(duì)部分礦化帶進(jìn)行了回收，同時(shí)對(duì)中部遺留的間柱也進(jìn)行了回收，致使采空區(qū)面積擴(kuò)大至557 m2，采空區(qū)賦存狀態(tài)見(jiàn)圖1。

根據(jù)盲礦體賦存狀態(tài)及勘探線剖面圖，1 535 m（三中段）以上全部回采結(jié)束后，將形成21 650 m3的采空區(qū)。

2.4　資源/儲(chǔ)量

根據(jù)《盲礦體地質(zhì)勘探總結(jié)報(bào)告》，結(jié)合1 573 m水平的回采情況，推斷1 535 m（三中段）以上保有地質(zhì)儲(chǔ)量約為5.97萬(wàn)t，平均品位1.04%，銅金屬量620.40 t。

3　總體方案

盲礦體的開(kāi)采對(duì)完成產(chǎn)量任務(wù)、提高出礦品位具有重要意義，同時(shí)盲礦體位于運(yùn)輸巷道的下盤(pán)，其開(kāi)采勢(shì)必影響礦山安全。為此，制定總體方案時(shí)既要充分回收礦產(chǎn)資源，又要保證采礦活動(dòng)的安全，將盲礦體開(kāi)采造成的影響降到最小。

基于以上原則，本次在制定盲礦體回采方案的同時(shí)，通過(guò)理論計(jì)算分析，制定了采空區(qū)處理方案。

3.1　盲礦體回收方案

根據(jù)礦體賦存狀況，結(jié)合開(kāi)采技術(shù)條件和回收原則，盲礦體回收總體方案為分層中孔鑿巖落礦、底部塹溝集中出礦[1]。

根據(jù)主礦體分層劃分原則，將盲礦體劃分為1 561 m、1 548 m和1 535 m 3個(gè)分層。1 561 m和1 548 m分層采用由東向西中深孔后退式回采[1]，落礦后本分層只運(yùn)出一部分，其余留在采場(chǎng)，在1 535 m中段通過(guò)底部塹溝集中運(yùn)出。1 535 m中段設(shè)計(jì)塹溝式底部結(jié)構(gòu)，集中出礦，由東向西后退式回采。3個(gè)分層回采時(shí)形成正臺(tái)階，各臺(tái)階相距3～6 m。

3.2　采空區(qū)處理方案

采空區(qū)處理的實(shí)質(zhì)是緩和巖體應(yīng)力集中的程度，轉(zhuǎn)移應(yīng)力集中的部位，或使應(yīng)力達(dá)到新的相對(duì)平衡，以達(dá)到控制和管理地壓[2]的目的。

盲礦體1535m水平以上回采后將形成21 650 m3的采空區(qū)，采空區(qū)的存在，破壞了巖體的靜態(tài)平衡，使空區(qū)周?chē)膸r體應(yīng)力產(chǎn)生變化，影響采礦活動(dòng)安全[3]。根據(jù)盲礦體回采后形成的采空區(qū)賦存狀態(tài)，結(jié)合硐室爆破處理地下礦山采空區(qū)的特點(diǎn)，經(jīng)論證推薦該礦體采空區(qū)處理方案為硐室爆破強(qiáng)制崩落上盤(pán)圍巖[4]。

在1 573 m分層的上盤(pán)位置，開(kāi)掘一聯(lián)絡(luò)道與爆破硐室相連，1 535 m以上礦體全部采完后，在硐室內(nèi)裝一定數(shù)量的炸藥同時(shí)起爆。單個(gè)硐室爆破崩落散體量約5 000～8 000 m3，根據(jù)采空區(qū)賦存大小，取廢石緩沖墊層為采空區(qū)高度的1/3，約需要散體巖量6 850 m3，因此，只需一個(gè)爆破硐室就可滿足采空區(qū)處理的要求。

4　盲礦體采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算

4.1　頂柱安全厚度

假定采空區(qū)頂板是兩端固定的板梁[5]，計(jì)算時(shí)將其簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題，并取單位寬度進(jìn)行計(jì)算。

最大彎矩Mmax出現(xiàn)在兩固定端，大小為：

根據(jù)力學(xué)模型得到彎矩支應(yīng)力大小為：

式中,Mmax為彎矩，N·m；q為外界均布載荷，kN/m2；Ln為空區(qū)跨度，取29.43 m；p為梁自重均布載荷，kN/m2；W為阻力矩，N·m；b為梁寬，m；h為空區(qū)頂板厚度，m。

頂柱安全厚度h推導(dǎo)計(jì)算公式為：

計(jì)算得：h≥5.50 m，即頂柱安全厚度為5.5 m。

4.2　頂板最大允許跨度

（1）巖體與巖石之間換算的折減系數(shù)K可由下式確定。

式中，Kr為巖體完整性系數(shù)，取0.6；a為系數(shù)，取0.02；t為空區(qū)暴露時(shí)間，取1。

計(jì)算得：K=0.588。

（2）頂板極限跨度計(jì)算。利用模型法計(jì)算頂板跨度。

式中，γ為上覆巖層容重，N/m3；H為上覆巖層厚度，m；lmax為空區(qū)跨度，m；σc為頂板巖體的抗拉強(qiáng)度，MPa。

考慮上覆巖層高度H對(duì)拉應(yīng)力集中系數(shù)k的影響[6]，令，式中，H=170 m，k=70，γ=26 460 N/m3，σc=K×7.64 MPa=4.49 MPa。

計(jì)算得：lmax=48.08 m，頂板最大允許跨度為48 m。

4.3　采場(chǎng)礦柱寬度

采場(chǎng)礦柱寬度Hn為：

式中，A為礦房寬度，m；H為上覆巖層厚度，m；σ為礦柱抗壓極限強(qiáng)度，MPa；k為安全系數(shù)，k＝1.2～3；h為礦體厚度，m；γ為上覆巖石密度，t/m3；γ1為礦石密度，t/m3。

計(jì)算得：Hn=5.76 m，確定采場(chǎng)礦柱寬度為6 m。

綜上所述，盲礦體1 535 m中段以上規(guī)模較小，礦體走向長(zhǎng)度小于最大允許跨度48 m，空區(qū)頂部和四周均為實(shí)體，圍巖穩(wěn)固性較好，故不留頂柱和間柱。

5　工程設(shè)計(jì)

5.1　盲礦體回收工程設(shè)計(jì)

盲礦體回收工程設(shè)計(jì)主要針對(duì)1 535 m中段以上，其中1 573 m水平已經(jīng)回采結(jié)束，1 561 m水平3條鑿巖巷道也已全部施工完成，本次只對(duì)1 548 m和1 535 m水平工程進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）1 561 m水平分層。施工了3條東西向鑿巖巷道，規(guī)格為3.0 m×3.0 m三心拱。在中間巷道最東部施工1條切割天井，規(guī)格為2.0 m×3.0 m方型，其下部為切割平巷。鑿巖巷道內(nèi)采用垂直上向中深孔，排距為1.2m，孔底距為1.8～2.2 m，邊孔角45°，3條鑿巖巷道采幅分別為6.5、10和8.1 m。

（2）1 548 m水平分層。在礦體下盤(pán)施工1條鑿巖巷道，規(guī)格為3.0 m×3.0 m三心拱，在礦體東部施工1條切割平巷，規(guī)格為3.0 m×3.0 m三心拱，在切割平巷南段布置1條切割天井，規(guī)格為2.0 m×3.0 m方型，形成寬度為9.0 m切割槽，后在鑿巖巷道內(nèi)布置垂直上向中深孔，排距為1.2 m，孔底距為1.8～2.2 m，邊孔角5°，采幅為20 m。具體見(jiàn)圖2。

（3）1 535 m中段。本水平為底部結(jié)構(gòu)，從原火藥庫(kù)西北角施工1條運(yùn)輸平巷至1 000行線，沿此行線方向向北施工至礦體。在礦體內(nèi)及下盤(pán)位置分別施工1條鑿巖巷道和1條脈外運(yùn)輸巷，2條巷道相距10 m，在鑿巖巷道和脈外運(yùn)輸巷之間以45°方向施工出礦橫巷使之貫通，出礦橫巷間距8 m。在鑿巖巷道東部施工切割平巷，在切割平巷南端施工切割天井，規(guī)格為2.0 m×3.0 m方型，巷道規(guī)格均為3.0 m×3.0 m三心拱。

切割槽寬度約6 m，鑿巖巷道內(nèi)布置垂直上向中深孔，排距為1.2 m，孔底距為1.8～2.2 m，邊孔角45°，采幅約16.1 m。具體見(jiàn)圖3。

5.2　采空區(qū)處理工程設(shè)計(jì)

根據(jù)采空區(qū)處理方案，在1 573 m水平運(yùn)輸巷道旁，距采空區(qū)約18 m處布置1個(gè)爆破硐室，規(guī)格為2.0 m×2.0 m×2.0 m，通過(guò)硐室外聯(lián)絡(luò)道、硐室平巷與運(yùn)輸巷相連，具體見(jiàn)圖4、圖5。

6　投資估算及效益分析

本次工程包括1 548 m水平、1 535 m水平采準(zhǔn)工程和1 573 m水平采空區(qū)處理工程，共計(jì)3 094 m3，預(yù)計(jì)工程投入124萬(wàn)元。

本方案共回收1 535 m中段以上礦石7.67萬(wàn)t（包括1 573 m水平采空區(qū)內(nèi)遺留的1.7萬(wàn)t），平均品位1.04%，貧化率、損失率按8%和10%計(jì)算，可采出礦石量7.50萬(wàn)t，采出品位0.96%，潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值1 705萬(wàn)元。

7　結(jié)　語(yǔ)

針對(duì)盲礦體和采空區(qū)的賦存狀態(tài)，制定了礦體回收和空區(qū)處理的總體方案，根據(jù)理論計(jì)算、分析，科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)了盲礦體回收工程和采空區(qū)處理工程，通過(guò)投資估算和效益分析，開(kāi)采盲礦體具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。