二步破碎殘礦資源回采技術(shù)研究

石乃敏

（廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西崇左 532200）

某礦主要開采礦體為105#礦體，礦石品位高，屬于特富礦體。該礦體主要埋藏在標(biāo)高-79m 以下，并向下深部延伸，該礦體主要生產(chǎn)區(qū)域分布在-103～-200m 水平之間，井口標(biāo)高為+700m，屬于深部開采。礦山經(jīng)過多年開采以及非法盜采濫挖，導(dǎo)致采空區(qū)密集、巷道眾多，加之受地質(zhì)構(gòu)造作用影響，礦體出現(xiàn)多個破碎帶，局部礦巖破碎，穩(wěn)定性較差，因此，迫切需要對采礦方法及采場結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇調(diào)整[1]。

1 開采現(xiàn)狀及存在問題

某礦105#礦體目前采用的采礦方法主要為機械化上向水平分層膠結(jié)充填采礦法，該方法對于礦巖穩(wěn)固性有一定的要求。由于爆破次數(shù)過多而造成圍巖損傷積累，使礦巖內(nèi)裂隙不斷擴(kuò)展，作業(yè)安全性難以得到保障，因此采場的暴露面積及采場跨度應(yīng)嚴(yán)格控制，否則在礦體本身高應(yīng)力環(huán)境及開采次生應(yīng)力場的影響下，可能會出現(xiàn)頂板垮落和圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象。在礦山的實際調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，105#礦體在-200m水平以上部分經(jīng)過長期開采，出現(xiàn)下列問題：

（1）采空區(qū)在整個礦段區(qū)間范圍賦存，形態(tài)各異，并且受到礦山生產(chǎn)的影響，充填滯后；

（2）較厚大部分礦體已經(jīng)被采動，難以存在完整的厚大礦段，賦存形態(tài)為殘留的礦柱形式；

（3）比較完整礦體主要為傾斜急傾斜薄礦體及厚度不大的中厚礦體（厚度為4-7m），還有少量的緩傾斜薄到中厚礦體，礦體厚度變化比較大；

（4）礦巖受到開采擾動的影響，礦巖破碎，穩(wěn)定性差。

2 采礦方法選擇及其遵循原則

由于105#礦體為特富錫多金屬高價值礦床，考慮礦山地表情況、礦體形態(tài)，以及礦山現(xiàn)有開采情況等因素，其采礦方法選擇應(yīng)遵循以下原則[2]：

（1）資源最大回收利用的原則。105#礦體為特富礦床，礦石價值高，為了最大限度的回收寶貴的不可再生富礦資源，必須提高礦石回采率，減少開采過程中的礦石損失；

（2）采礦生產(chǎn)工藝簡單的原則。選用的采礦方法，要求工藝簡單、可靠、易于掌握，不僅易于使生產(chǎn)管理趨于簡單，有利于提高生產(chǎn)效率，而且容易被礦山生產(chǎn)工人所接受和熟練掌握，生產(chǎn)過程中勞動強度低，機械化水平高，實現(xiàn)預(yù)期生產(chǎn)目標(biāo)；

（3）系統(tǒng)智慧化原則。應(yīng)充分與智慧礦山建設(shè)相適應(yīng)，提高采掘設(shè)備自動化程度，保持采掘設(shè)備應(yīng)先進(jìn)、易操作、產(chǎn)能高；

（4）采礦方法與礦體形態(tài)自適應(yīng)的原則。105#礦體形態(tài)復(fù)雜多變，選用的采礦方法和工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)具有一定的靈活性和適應(yīng)性，適應(yīng)礦體的結(jié)構(gòu)變化；

（5）低貧化損失原則。不可再生的礦產(chǎn)資源應(yīng)盡可能減少采礦過程中的礦石損失的同時，必須嚴(yán)格控制采礦過程中廢石和低品位夾石的混入，以期提高出礦品位，改善和提高礦山的經(jīng)營效益；

（6）采礦方法安全生產(chǎn)的原則。包括采礦工藝的采準(zhǔn)、回采、出礦及空區(qū)處理過程的作業(yè)環(huán)境與空間的安全可靠，同時亦要保證地下采礦生產(chǎn)不會給未來生態(tài)、環(huán)境遺留安全隱患。

該礦現(xiàn)行主要采礦方法為上向水平分層充填法，此方法不僅能提高礦石回收率，而且能有效控制地壓活動，并且應(yīng)用技術(shù)比較成熟，在礦巖穩(wěn)定性較好的區(qū)域仍可采用該方法。但在破碎礦段區(qū)域，采用下向水平分層充填采礦法，下向水平分層充填法是在鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)充填體的人工假頂下作業(yè)，在技術(shù)上能夠適用破碎礦段回采。根據(jù)礦體厚度可選擇垂直走向與沿走向布置礦塊。

3 采礦設(shè)計及工藝

通過對該礦體巖石力學(xué)和工程地質(zhì)條件的分析，對殘礦回采的采場極限暴露面積，以及采場跨度和長度進(jìn)行了分析計算，確定了礦體南北兩個端部破碎殘留的緩傾斜薄到中厚礦體（厚度為4-7m）采場跨度和采場長度等結(jié)構(gòu)參數(shù)。采用機械化下向水平分層膠結(jié)充填采礦法。采礦方法如圖1所示。

圖1 機械化下向水平分層膠結(jié)充填采礦法

（1）礦塊結(jié)構(gòu)和參數(shù)

礦塊沿走向布置，采場長度為15-20m，跨度為4-5m，其中當(dāng)跨度在4m 左右時，采場長度可達(dá)20m，當(dāng)跨度達(dá)到5m 時，采場長度不得超過15m。階段高度為50m，分層高度為4m，不留頂柱、間柱和底柱，出礦時每個中段分為4 個分段，分段高度分別為12m、12m、12m、14m。

（2）采準(zhǔn)和切割工作

礦塊開采時采用下盤脈外斜坡道、巖脈運輸巷道及穿脈巷道進(jìn)行采準(zhǔn)。由于該區(qū)間礦體處在全面開采過程中，且脈外巷道工程十分完善，故盡量采用礦塊周圍原有的開拓及脈外采準(zhǔn)工程。采準(zhǔn)工程包括：中段運輸平巷、斜坡道、采區(qū)聯(lián)絡(luò)道、放礦溜井、分段運輸平巷、分層出礦巷道、分段平巷與溜井聯(lián)絡(luò)道、回風(fēng)充填濾水井等[3]。

采場頂?shù)撞坎贾弥卸芜\輸巷道，作為連接其他采準(zhǔn)巷道、出礦、通風(fēng)的重要通道；在下盤沿脈布置分段運輸平巷，中段平面上穿脈和分段出礦平巷錯開布置，通過礦體底板的中段運輸平巷和斜坡道掘進(jìn)采區(qū)聯(lián)絡(luò)道、分段平巷、分段出礦平巷、溜礦井，然后靠近礦體底板掘進(jìn)回風(fēng)充填井與上中段探礦平巷相通；每條溜礦井分管3 個采場的出礦工作，連接采場下部的中段運輸平巷，采用聯(lián)絡(luò)道連接分段運輸平巷和溜礦井，從而將礦石運至中段運輸巷道內(nèi)并運達(dá)地表；每個采場布置一條回風(fēng)充填濾水井，規(guī)格為2m×2m。每一分層回采前，垂直礦體走向掘進(jìn)切割橫巷，以切割橫巷為自由面沿切割平巷進(jìn)行拉底[4]。

（3）回采

采場間采用隔一采一的方式進(jìn)行回采，回采一個分層后立即充填，待整個采場充填完畢后且經(jīng)養(yǎng)護(hù)后充填體強度達(dá)標(biāo)時再回采相鄰采場。礦塊在采場內(nèi)自上而下進(jìn)行回采，逐層充填，每一分層的回采工作是在上一分層人工假頂?shù)谋Ｗo(hù)下進(jìn)行。采用淺孔崩礦，鑿巖時應(yīng)注意礦巖邊界，孔深為1.5-2.5m（礦體薄或者形態(tài)變化大，礦巖不穩(wěn)固處盡量用小值），孔徑30-40mm，采用間隔裝藥，分層高度為4m，回采多采用水平孔崩礦，出礦采用鏟運機裝運礦石，分層出礦斜道隨著分層的回采進(jìn)行挑頂，逐步由重車下坡變成重車上坡，最上面的分層出礦斜道在平面上要與穿脈巷道錯開布置。出礦完畢后，清理底板上的礦粉，然后采用1:6 的水泥砂漿進(jìn)行膠結(jié)充填，充填前要砌筑充填濾水井，澆灌混凝土隔墻，充填滲水通過預(yù)先布設(shè)的濾水井導(dǎo)出采場[5]。

（4）采場通風(fēng)

新鮮風(fēng)流由中段運輸巷道、濾水井、斜坡道及采區(qū)聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入，經(jīng)無軌分段平巷、采場聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場，沖刷采場后，污風(fēng)從回風(fēng)充填井排入上中段回風(fēng)充填平巷道。為了改善采場工作面通風(fēng)條件，可以使用局扇加強通風(fēng)[6]。

由于105#礦體經(jīng)過大量開采之后產(chǎn)生了很多已充填的采場，因此該礦體在劃分采場和分層開采時，要防止由于開采礦石致使充填體垮塌導(dǎo)致礦山安全事故發(fā)生。此外，如開采導(dǎo)致充填體冒落，可能導(dǎo)致已采礦石中混入廢石，致使礦石損失貧化，要特別注意避開已充填的采場和硐室，必要時可增加輔助工程。

4 協(xié)同利用原有工程

由于105#礦體-200m 以上區(qū)間已開采多年，區(qū)間內(nèi)的開拓采準(zhǔn)工程早已完善?？紤]到深部礦巖高應(yīng)力的特點，以及105#號礦體強度低、不穩(wěn)固的現(xiàn)狀，應(yīng)盡量減少新巷道工程的掘進(jìn)，增加已有工程的利用，在保障深部開采安全性的同時，降低采礦成本，加快工程進(jìn)度，縮短工期，提高礦山開采效益。

（1）區(qū)間內(nèi)的頂?shù)装逯卸芜\輸平巷以及探礦平巷應(yīng)盡量采用-151m中段、-200m中段的現(xiàn)有巷道工程，或者從現(xiàn)有工程出發(fā)進(jìn)行采準(zhǔn)切割工程。

（2）分段運輸平巷應(yīng)結(jié)合相應(yīng)水平的礦體周圍的巷道工程進(jìn)行布設(shè)，力求在合理的前提下最大限度的利用已有巷道，在掘進(jìn)分層出礦斜道時應(yīng)加強巷道支護(hù)，保障出礦安全。

（3）掘進(jìn)穿脈巷道時要先注意周圍是否已有掘進(jìn)好且可供利用的穿脈道，或由同水平方向相同的其他巷道引出穿脈巷道以達(dá)到貫通巷道、加強通風(fēng)的效果。

5 結(jié)論

（1）對于礦體南北兩個端部的緩傾斜薄到中厚礦體（厚度為4-7m），采場跨度適宜為4-5m，采場長度適宜為15-20m。當(dāng)跨度為4m 時，控制極限采場長度為20m。采場跨度越小，允許的暴露面積越大，因此在同等暴露面積條件下，可以通過減小采場跨度，增大采場長度來改善頂板穩(wěn)固性[7]。

（2）對于礦體的整體開挖順序，確定了從中間向兩邊推進(jìn)的整體回采順序，即先開采中間采區(qū)，再向兩邊采區(qū)順序開采的整體回采順序，既能縮短回采時間，又能避免開采過程中的應(yīng)力災(zāi)害，實現(xiàn)資源的安全高效開采[8]。

（3）根據(jù)礦體產(chǎn)狀與殘礦賦存條件，推薦采用下向水平分層充填采礦法，并進(jìn)行了工業(yè)試驗。試驗結(jié)果表明：該方法適用于某礦破碎殘礦類型的回采，采礦效果良好，為某礦其他地段殘礦回采提供了技術(shù)參考[9]。