預切頂中深孔房柱法在香爐山鎢礦的應用

石求志，李 春，蘭曉平

（1.贛州有色冶金研究所，江西 贛州 341000；2.香爐山鎢業(yè)股份有限公司，江西 修水 332400）

0 概述

香爐山鎢礦是一座礦石日處理能力2 500t，年產(chǎn)（WO3）金屬量5 000t的大型地下白鎢礦山。礦床內有白鎢礦體50個，其中1#、5#、6#、7#的鎢儲量（WO3）占全區(qū)的93％以上，而1#儲量（WO3）占整個區(qū)段的79％，為區(qū)段的主要礦體。礦區(qū)主要礦體呈面形展開，總體呈北東—南西走向，礦化總長度大于3 200m。

香爐山白鎢礦床是20世紀50年代發(fā)現(xiàn)，1993年開始開采，礦山主要采用平硐開拓方案，采礦方法為全面法、房柱法及部分留礦法。由于礦山開發(fā)的初期缺乏整體規(guī)劃與開采設計，并且其生產(chǎn)裝備、管理水平落后等因素的影響，導致開采生產(chǎn)效率低下、安全作業(yè)條件差和資源浪費嚴重。2003年成立香爐山鎢業(yè)股份有限公司，對礦區(qū)進行了整合和規(guī)范，將西部礦段原生礦體采用盤區(qū)斜坡道無軌開拓，并開展了采礦方法研究。

1 開采地質條件

礦體賦存于花崗巖體與楊柳崗組含炭硅泥質灰?guī)r的接觸帶上，其走向和傾向均呈緩波狀。沿走向，北東端較厚，往南西變?。谎貎A向，軸部最厚，向翼部逐漸變薄，軸部厚度23.15～45.59m，平均25.83m，屬局部膨大的似層狀礦體。最大傾斜長635m，最小331m，平均510m。礦段最大厚度45.59m，最小0.44m，平均15.16m。

礦石類型主要為原生礦。礦體中裂隙斷層一般不發(fā)育，礦石穩(wěn)固性好，f＞12，密度3.16t/m3，平均品位0.663％。平均松散系數(shù)1.6，不結塊，不自燃。礦床頂板已蝕變?yōu)殁}硅角巖，巖石致密，巖芯大部分呈柱狀，屬堅固巖層。東區(qū)巷道施工中未出現(xiàn)坍塌掉塊現(xiàn)象。

礦體底板為細粒黑云母花崗巖，具有較強云英巖化和硅化，屬新鮮堅硬塊狀巖石，基本上不需支護，只是淺部可能遇到風化較強的巖石，也可能遇到各種未控制的斷裂、擠壓破碎帶等。

主要的地質構造有北北西、北東向兩組斷裂。

北北西向斷裂：主要分布在礦區(qū)中西部。北北西走向，切割地層，傾向南西西，局部反傾，傾角45～88°，走向長80～580m，寬0～6.8m。

北北東—北東向斷裂：主要分布在香爐山—太陽山背斜南東翼。呈12～40°方向斜切地層、巖體、礦體。傾向南東，局部反傾，傾角47～84°，走向長100～1860m，寬0～15m。

礦體中絕大部分儲量賦存于當?shù)刈畹颓治g基準面之上，礦區(qū)內無湖、河等地表水體，礦床主要充水來源為大氣降水。礦體及圍巖的含水性弱，巖溶不發(fā)育。礦床水文地質條件簡單。

開采范圍地表有村落、民舍等，不允許崩落。

2 預切頂中深孔房柱法的應用

2.1 試驗采場地點與基本情況

試驗采場選擇在16～18線，位于一盤區(qū)中部的W2采場。該采場礦體厚度10～15m，平均12m，傾向西，傾角10～25°。其西部為正在開拓的原生礦體，東、南部為原采空區(qū)。

西部礦段沿礦體走向由北東往南西每隔100m，原則上以勘探線為盤區(qū)邊界劃分為4個回采盤區(qū)，依次稱之為一盤區(qū)、二盤區(qū)、三盤區(qū)和四盤區(qū)；礦塊采取垂直于盤區(qū)長軸方向應每隔25m劃分礦塊，礦塊分礦房與礦柱，寬分別為13m、12m?；夭蓵r以先采礦房、后采礦柱的隔一采一方式，分別稱之為一步回采和二步回采。預切頂中深孔房柱法應用于礦塊的一步回采。

2.2 采場結構與工程布置

采場沿礦體走向、垂直盤區(qū)長軸方向布置，長100m（含兩端的隔離礦柱），寬15m，高為礦體厚度10～15m，16線南西側和18線兩側均留10m的隔離礦柱。采場設計切頂層平均厚2.2m，不留底柱，由于該采場的礦體最大厚度為15m，采場只設計一個分層（見圖1）。

圖1 預切頂中深孔房柱法

采切工程包括鑿巖出礦巷道、聯(lián)絡巷、切割橫巷、切頂上山、切頂橫巷、回風聯(lián)絡巷、人行聯(lián)絡井、切割天井和回風井等。

鑿巖出礦巷道。規(guī)格3.7m×3.7m，形狀為拱形。平行于采場長軸方向布置在采場中央的底部，巷道的底板須低于礦體底板1.5m，兩端分別與聯(lián)絡巷相連。主要功能為房采鑿巖與爆破的作業(yè)空間和采場出礦通道。

聯(lián)絡巷道。規(guī)格3.7m×3.7m，形狀為拱形。設計兩條，分別布置在16線和18線盤區(qū)隔離礦柱的底部，連結鑿巖出礦巷道與盤區(qū)運輸巷，起聯(lián)絡道和出礦通道的作用。

切割橫巷。規(guī)格為3.0m×3.0m，形狀為矩形。布置在分層底部切割槽位置，與分層鑿巖巷道同一水平，并與鑿巖出礦巷道、切割天井構成互相垂直的關系。并且要求巷道的底板低于礦體底板1.5m，同時全部揭露礦房邊界。主要作用是拉切割槽鑿巖爆破的作業(yè)空間。

切頂上山。規(guī)格為2.0m×2.2m，形狀為矩形。平行于采場長軸方向布置在采場的中央頂部，要求巷道的頂板緊貼礦體頂板，兩端分別與人行聯(lián)絡井相連。主要功能是通風、聯(lián)絡和人行設備通道。

切頂橫巷。規(guī)格為2.0m×2.2m，形狀為矩形。布置在切頂層切割槽位置，與切頂上山同一水平，并與切頂上山、切割天井構成互相垂直的關系。主要作用是切頂鑿巖爆破的最初補償空間。

回風聯(lián)絡巷。規(guī)格為2.0m×2.2m，形狀為拱形，平行于勘探線，布置在16線隔離礦柱內，要求巷道的頂板緊貼礦體頂板，分別與采場的切頂上山、人行聯(lián)絡井以及盤區(qū)的回風井相連。主要起通風、人行聯(lián)絡作用，以及今后采場充填管路的布設通道。

人行聯(lián)絡井。規(guī)格為1.5m×2.5m，在采場兩端隔離礦柱布置，與聯(lián)絡巷道和切頂上山連接，為人行、設備和材料通道。

切割天井。規(guī)格為2.0m×2.5m，布置在礦體中央切割槽位置，要求鉛垂、并貫通整個采場高度。上與切頂上山、切頂橫巷構成互相垂直的關系，下與鑿巖出礦巷道、切割橫巷構成互相垂直的關系。主要功能是拉切割槽（切采）的補償空間，同時在采準工程施工中出碴與通風的作用。

回風井。規(guī)格為2.0m×2.0m，布置在16線隔離礦柱的上部圍巖中，上與采區(qū)主回風巷相連，下與采場回風巷相連，每隔50m布置一條。主要作用是盤區(qū)開采時作為回風通道，以及今后采場充填的管道布設通道。

2.3 采場切頂與護頂

2.3.1 切 頂

采場切頂采取前進式，以切頂上山為自由面，以切頂橫巷作鑿巖工作面，由切頂上山向采場兩側推進，最后形成鑿巖階梯［1］，如圖2所示。整個切頂過程由18線向16線前進式切采，按試驗采場設計的邊界控制切采邊界。

鑿巖。采用YT-27鉆鑿水平或微傾斜淺炮孔，切頂上山兩側各設計4個臺階，臺階長2.0m，寬1.6～1.7m，炮孔排距0.8m，孔間距1.0m，孔深2.1m。

爆破。采取2號巖石炸藥，非電雷管分段起爆。

通風。整個西礦段（或盤區(qū)）采取機械抽出式通風，采場通風將納入整個通風系統(tǒng)內。為提高采場通風效率，切頂爆破崩礦后，可采取局扇進行輔助通風。新鮮風流由18線盤區(qū)運輸?shù)澜?jīng)人行天井進入切頂工作面，洗清作業(yè)面后，污風由切頂上山經(jīng)回風聯(lián)絡巷排至回風井。

圖2 前進式切頂示意圖

清理作業(yè)面與頂板。通風結束后，進入作業(yè)面施工之前，必須對作業(yè)面和頂板進行清理。這工序主要是對頂板的松石進行清理，同時為出碴作準備。

出碴（礦）。作業(yè)面采用電耙出礦，由電耙運至切割天井，由天井自溜到運輸巷道，由鏟運機裝車運出。考慮到電耙的有效搬運距離，西2運輸巷兩側附近切頂?shù)V石可以從西2運輸巷運出。

2.3.2 護 頂

采場護頂采用錨網(wǎng)支護的形式，特殊地段采用錨網(wǎng)噴的方式進行。

錨桿。采用金屬管縫式錨桿（摩擦式），直徑40mm，大于鉆孔直徑2mm，長分別為1.5m和1m兩種，鋼墊板尺寸180mm×180mm×10mm，錨桿布置網(wǎng)度1.0m×1.0m。對于特殊地段可以采用2.3m錨桿（此時切頂層局部高度必須大于2.3m），并加噴混凝土。

鋼筋網(wǎng)。采用?6mm鋼筋編制成網(wǎng)格為100mm×100mm，鋼筋網(wǎng)裁成1.2m×1.2m的網(wǎng)塊。

噴射混凝土。水泥∶細沙∶碎石的配比為1∶2∶2，水泥用325普通硅酸鹽水泥。細沙粒徑為0.35～1.00mm，含泥量不超過3％，碎石粒徑為5～10mm。選用782型速凝劑，其用量為水泥用量的5％～5.5％。

護頂施工以滯后于切頂作業(yè)20～30m為宜，具體以能保證作業(yè)面安全，以及切頂崩礦不影響和破壞護頂層為原則。施工工序如下：

鑿錨桿眼。按設計規(guī)格，使用YSP-45型鉆機垂直頂板鉆鑿錨桿眼。孔深以超過錨桿長10mm為宜。眼打好后，清理鉆孔即可進行錨桿網(wǎng)的安裝。錨桿的安裝可采用錨桿安裝器進行，也可以直接使用YSP-45型鉆機進行安裝。網(wǎng)的安裝與錨桿同時進行，施工時必須使一塊一塊的筋網(wǎng)通過錨桿，焊接連成一個整體。對于有特殊地質構造的地段，必須加噴混凝土，噴射混凝土厚度30～50mm，把筋網(wǎng)覆蓋掉，不能露筋為宜。

2.4 回采工藝

切采（本采礦方法就是拉切割槽）。切割橫巷與切割天井完工后，就可進行拉切割槽。使用YGZ-90鉆機鑿巖，在切割橫巷內施工平行中深孔，鉆頭直徑60mm，孔間距（或孔底距）1～1.1m，排距0.8～1m。采用BQ-100型風動裝藥器裝粉狀炸藥，以切割天井為補償空間逐排微差起爆，一次性爆破拉槽。也可以采取淺眼留礦法等其他形式進行拉槽，形成寬2m的切割槽，為采場房采爆破提供初始補償空間。

房采。鑿巖使用YGZ-90中深孔鉆機（配TJ25鉆架），在出礦鑿巖巷道內鑿上向垂直扇形中深孔。鉆頭直徑60mm，炮孔長不大于16m，孔底距2.0m，排距一般1.3m。

裝藥爆破。采用多孔粒狀黏性銨油炸藥，BQ-100型風動裝藥器裝藥，采用孔底復式起爆方式，非電系統(tǒng)爆破。

通風。采用對角式通風，爆破后，新鮮風流自主平硐（副平硐）由盤區(qū)運輸巷道經(jīng)采場聯(lián)絡巷進入采場，洗清工作面后，污風由采空區(qū)經(jīng)上部切頂層空區(qū)排至采場回風巷。

出礦。使用TCY-2型2m3鏟運機（或扒碴機）裝礦，CA-10運礦卡車運輸至井下礦倉。

2.5 礦柱回采與空區(qū)處理

采空區(qū)的管理主要采取錨網(wǎng)護頂和采空區(qū)充填：礦房回采所形成的采空區(qū)，采取嗣后尾砂膠結充填；礦柱回采所形成的采空區(qū)，采取全尾砂充填，也可以采用全尾砂與部分掘進廢石充填［2］。

2.6 試驗采場主要技術經(jīng)濟指標

試驗采場主要技術經(jīng)濟指標見表1。

表1 試驗采場主要技術經(jīng)濟指標

3 主要技術措施與效果分析

3.1 采場切頂與護頂

采場切頂設計高度是一重要的參數(shù)［1］。切頂層過高，則降低采場效率，同時不利于對頂板松石處理和護頂施工，影響施工的安全性。切頂層過低，除了不利于高效率設備的使用，從而降低生產(chǎn)效率外，對護頂錨桿等施工造成不利?，F(xiàn)場實施情況驗證，切頂層的設計高度2.2m較為合適。

切頂施工采取淺眼前進式。由于礦體的直接頂板是灰?guī)r，暴露后容易風化垮塌，其穩(wěn)定性相對較差，尤其是破壞后穩(wěn)定性更差，切頂時留0.5m的礦層，并順著巖層的同一層面進行施工。為了縮短頂板不支護的暴露時間，切頂作業(yè)面應控制平整，避免采場一邊超前另一邊的現(xiàn)象發(fā)生。

采場護頂?shù)年P鍵是護頂方式和護頂時間。由現(xiàn)場試驗驗證，對于頂板相對穩(wěn)固的層狀巖體，采用錨網(wǎng)護頂是一種有效的方式。護頂時間最好選擇當巖層產(chǎn)生彈性變形時。結合現(xiàn)場施工實際，護頂工作面距切頂作業(yè)面20～30m較為合適，過長增加頂板不支護的暴露時間，過短不利于施工，還可能因切頂施工爆破炸壞鋼網(wǎng)。此外，選擇錨桿時，其外徑要求大于鑿眼鉆頭直徑2mm，允許+0.5mm誤差最為合適。

3.2 采場切割槽

試驗采場的切割槽采取上向垂直扇形中深孔拉槽方式，在其他兩個推廣應用的采場則分別采用了上向垂直平行孔拉槽和淺眼拉槽方式。

扇形中深孔切槽。優(yōu)點有鑿巖施工方便、切割橫巷邊幫平整度要求相對較低；缺點是鑿巖工程量大、爆破成槽邊幫不規(guī)整、炸藥量等爆破材料消耗較多。

平行中深孔切槽。優(yōu)點有鑿巖工程量小、爆破成槽邊幫規(guī)整、炸藥量等爆破材料消耗較少；缺點是鑿巖施工麻煩、切割橫巷邊幫平整度要求相對較高。

淺孔切槽。優(yōu)點有施工靈活、對護頂不產(chǎn)生破壞；缺點是施工復雜、成本高、時間長。

綜合而言，單從技術上、施工方便和成本來說，中深孔切槽方式優(yōu)于淺眼切槽方式，而從中孔兩種拉槽方式而言，上向垂直平行孔拉槽相對較優(yōu)。但考慮到采場切采爆破對頂板有一定的影響，尤其是對護頂鋼筋網(wǎng)破壞較大，采取淺孔切槽更適合香爐山礦區(qū)的實際。

3.3 鑿巖爆破參數(shù)

設計采用上向扇形中深孔崩礦，在采場進行了6組中深孔崩礦爆破，其參數(shù)為：鉆頭直徑60mm、排距1.2m、孔底距分別為2.0m、2.2m和2.4m；鉆頭直徑60mm、排距1.3m、孔底距分別為1.8m、2.0m和2.2m。

現(xiàn)場試驗表明：鑿巖鉆頭直徑60mm、排距1.3m和孔底距2.0m綜合最優(yōu)；同時也表明，當孔底距超過2.2m時，炮孔的利用率和采場的邊幫平整度有降低的趨勢。為了避免采場縮小，房采邊孔采取超出采場邊界線0.3～0.5m。為使護頂鋼網(wǎng)不被破壞，臨近切頂層的中深孔的底端與切頂空區(qū)距離控制在1.2m較為合適。

3.4 崩礦爆破對周邊的影響

香爐山礦區(qū)東部房柱法采礦現(xiàn)存空區(qū)大，為避免采場崩礦對周邊采區(qū)和采場頂板的影響，設計一次爆破的炸藥量控制在1.5t以內，并且控制同段爆破的炸藥量；應避免多個采場同時回采爆破，以及爆破施工采場應保證周邊各通道暢通。

3.5 采場出礦

香爐山礦區(qū)礦體傾角一般在10～30°，屬緩傾斜，大部分礦體傾角大于無軌設備的爬坡能力12°，利用無軌設備出礦難度較大。今后可以采用如下出礦方式出礦：①使用扒碴機、挖機和聯(lián)合大斗容的電耙進行聯(lián)合出礦，可采取上段推、下段扒裝等接力的方式進行出礦。②可根據(jù)礦體的產(chǎn)狀選擇底板相對較緩的方向布置采場。③在允許增大損失與貧化率范圍的前提下，降低采場底板鑿巖出礦巷道設計坡度。

4 結語

（1）預切頂中深孔房柱法具有生產(chǎn)能力大、資源利用率高和生產(chǎn)施工安全等優(yōu)點，對于礦巖穩(wěn)固的水平至緩傾斜中厚礦體具有較強適用性。

（2）預切頂中深孔房柱法在香爐山礦區(qū)的成功應用，為香爐山礦區(qū)資源的充分利用打下了基礎。

（3）預切頂中深孔房柱法的部分工藝環(huán)節(jié)是在采空區(qū)下作業(yè)，盡管采場頂板進行過護頂，但仍存在一定的不安全性。因此，采用合理的采場結構參數(shù)、護頂方式與優(yōu)良的質量和施工管理措施將是該采礦方法使用的關鍵所在。同時，采場施工時必須加強采場頂板的監(jiān)控和及時合理地處理采空區(qū)。

［1］王家齊，施永祿.空場采礦法［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1988.

［2］周崇仁.礦柱回采與空區(qū)處理［M］.長沙：冶金工業(yè)出版社，1989.