地下金屬礦山無(wú)間柱連續(xù)采礦工藝技術(shù)探討

王滿堂 孔風(fēng)茂 王亞輝

(嵩縣金牛有限責(zé)任公司，河南 洛陽(yáng) 471435)

1 前言

地下金屬礦山連續(xù)大量采礦工藝技術(shù)是一個(gè)比較前沿性的研究課題，因此，國(guó)內(nèi)外采礦界對(duì)此一直有所關(guān)注。此技術(shù)具有比較明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：有效縮短采場(chǎng)的回采時(shí)間，從而進(jìn)一步促進(jìn)對(duì)深部地壓的管理及控制;使井下工人的工作條件及作業(yè)環(huán)境得到一定程度的改善;能在一定程度上使采礦作業(yè)實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、機(jī)械化，從而使采場(chǎng)的綜合生產(chǎn)能力得到大幅提高;能在一定程度上使回收率得到有效提高，進(jìn)而使礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)得到有效減少;可以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、大規(guī)模的集中開采，從而使生產(chǎn)成本得到有效降低，進(jìn)而使開采的經(jīng)濟(jì)效益得到一定程度的提高。本文主要就地下金屬礦山連續(xù)大量采礦工藝技術(shù)的工業(yè)試驗(yàn)及回采工藝等方面展開以下論述。

2 工業(yè)試驗(yàn)礦區(qū)采礦技術(shù)的條件

某礦區(qū)的主礦體主要儲(chǔ)存在已變質(zhì)成大理巖的石灰?guī)r及花崗閃長(zhǎng)巖體的交界處，其礦體傾角為76～89°，體長(zhǎng)為480～671m，平均厚度為18～29m，形狀為沿走向礦體呈彎曲的透鏡狀到似板狀[1]。浸染狀含銅磁鐵礦是礦體的主要組成成分，此外，礦體中也含有一定量的石榴子石矽卡巖含銅，f為16～26。礦石的質(zhì)地堅(jiān)硬而穩(wěn)固，某些地帶的穩(wěn)固性因節(jié)理發(fā)育而呈現(xiàn)逐漸降低的現(xiàn)象?；◢忛W長(zhǎng)巖是頂盤的主要組成部分，而呈塊狀構(gòu)造的灰色蝕變花崗閃長(zhǎng)巖則是近接觸帶的組成成分，f為6～8，且含有一定量的高嶺土及綠泥石，穩(wěn)固性比較差，遇水容易變軟，極易成土。底盤呈灰白色，由三迭系中及變質(zhì)成大理巖的下統(tǒng)灰?guī)r組成，f為8～12，方解石是其礦物的主要成分，穩(wěn)固性較好，不易風(fēng)化。

3 無(wú)間柱連續(xù)采礦法回采工藝

3.1 無(wú)間柱連續(xù)采礦試驗(yàn)方法

總的實(shí)施方案為：把礦段作為回采單元且不保留間柱，采用下向平行深孔側(cè)向崩礦，振動(dòng)出礦機(jī)底部為無(wú)二次破碎水平的組合式結(jié)構(gòu)[2]。采用分節(jié)式振動(dòng)運(yùn)輸列車對(duì)礦石進(jìn)行搬運(yùn)。進(jìn)行崩礦的時(shí)候，利用靠充填空區(qū)一側(cè)對(duì)礦壁作臨時(shí)保留，本礦段出礦工完畢后進(jìn)行再次崩礦，強(qiáng)化出礦，并采取相應(yīng)措施對(duì)空區(qū)進(jìn)行迅速填充。在3個(gè)相鄰礦段間平行進(jìn)行采切、回采、充填，在階段上對(duì)采礦工作面進(jìn)行持續(xù)推進(jìn)。

試驗(yàn)礦段長(zhǎng)47m，高50m，把其分成2個(gè)寬度不同的作業(yè)區(qū)，先對(duì)16m寬的一分區(qū)進(jìn)行開采，當(dāng)一分完善崩礦及出礦后，預(yù)留寬為5.5m的臨時(shí)礦壁給分區(qū)間，然后使用高水尾砂膠結(jié)料對(duì)其他不發(fā)進(jìn)行及時(shí)并迅速填充。當(dāng)二分區(qū)崩礦及出礦結(jié)束后，把5.5m的臨時(shí)礦壁進(jìn)行一次崩落，并快速放出。采場(chǎng)的結(jié)構(gòu)為：第二分區(qū)采用振動(dòng)出礦的平底式底部結(jié)構(gòu)，采用改進(jìn)及完善的連續(xù)振動(dòng)機(jī)組作業(yè)并出礦。一分區(qū)采用自主研制的復(fù)合型高水速凝材料進(jìn)行快速填充，二分區(qū)采用全尾砂填充。當(dāng)?shù)谝坏V段完成回采后，再進(jìn)行第二礦段回采。

3.2 回采工藝

(1)鑿巖爆破。使用孔徑為165mm的CD-90型鉆機(jī)鑿巖，采取深孔柱狀藥包側(cè)向擠壓崩礦方法。把切割天井作為自由面，使用深孔爆破分次擴(kuò)槽的方法形成切割槽，然后把切割槽作為自由面，然后采用側(cè)向崩礦方法對(duì)一分區(qū)的礦石進(jìn)行崩落，當(dāng)一分區(qū)出礦結(jié)束并將要進(jìn)行填充時(shí)，開始對(duì)二分區(qū)進(jìn)行崩礦出礦作業(yè)。

(2)出礦運(yùn)礦[4]。把試驗(yàn)礦段分為2個(gè)作業(yè)區(qū)并實(shí)施回采作業(yè)，把一分區(qū)設(shè)計(jì)為漏斗底部結(jié)構(gòu)，采用T4G出礦把二分區(qū)設(shè)計(jì)為無(wú)二次破碎水平的振動(dòng)出礦底部結(jié)構(gòu)，采用連續(xù)振動(dòng)機(jī)組出礦。

(3)采場(chǎng)填充。當(dāng)一分區(qū)崩礦出礦后采用高水尾砂對(duì)其進(jìn)行有效固結(jié)，并對(duì)其采空區(qū)進(jìn)行合理填充，使其形成強(qiáng)度在1.5MPa以上的填充體。采用全尾砂對(duì)二分區(qū)進(jìn)行填充。

(4)地壓監(jiān)測(cè)。采用巖音監(jiān)測(cè)和位移監(jiān)測(cè)方法對(duì)對(duì)一分區(qū)充填體及其上盤圍巖和臨時(shí)礦壁進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)測(cè)儀器為RS-1614系統(tǒng)或SIR-2系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)目的：分析評(píng)價(jià)爆破震動(dòng)沖擊及地壓作業(yè)下充填體的可靠性及穩(wěn)固性，分析評(píng)價(jià)臨時(shí)礦壁地壓在采場(chǎng)大量崩礦期間的穩(wěn)定性進(jìn)行。

4 連續(xù)采礦裝備的研究

4.1 連續(xù)作業(yè)系統(tǒng)的重要組成

采場(chǎng)出礦振動(dòng)機(jī)組的連續(xù)作業(yè)系統(tǒng)主要由7節(jié)HZY型分節(jié)振動(dòng)運(yùn)輸列車、3臺(tái)FSZ-Ⅱ型振動(dòng)出礦機(jī)、溜井下部裝載、中段運(yùn)輸以及原礦振動(dòng)條篩等共同構(gòu)成。出礦運(yùn)礦作業(yè)工序?yàn)椋翰蓤?chǎng)崩落礦石—出礦口的振動(dòng)出礦機(jī)放出—振動(dòng)運(yùn)輸列車—溜井口的振動(dòng)條篩—合格塊度到溜井(不合格二次破碎)—XL-20型7t架線式電機(jī)車—主井礦倉(cāng)。通常以上順序，可實(shí)現(xiàn)采場(chǎng)出礦、運(yùn)礦、篩分以及處理大塊的連續(xù)作業(yè)。

4.2 新一代機(jī)組設(shè)備的主要設(shè)計(jì)改進(jìn)措施

在第二階段的采場(chǎng)連續(xù)大量采礦試驗(yàn)中，順利完成了采場(chǎng)出礦運(yùn)礦連續(xù)作業(yè)機(jī)組的研制。通過(guò)不斷的改進(jìn)，本組試驗(yàn)回采礦段二分區(qū)的出礦以及運(yùn)礦連續(xù)作業(yè)設(shè)備外型尺寸、內(nèi)在性能以及聯(lián)結(jié)密封結(jié)構(gòu)等都得到了一定程度的完善及優(yōu)化，從而逐漸成為了一代新型的機(jī)型。

(1)采用分節(jié)組合式結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)運(yùn)輸機(jī)列車的整體進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化[4]。為了使列車的整體性能得到有效提高，改進(jìn)的具體措施如下：a.機(jī)架：用固定式安裝結(jié)構(gòu)代替原來(lái)的帶行走輪卡軌器定位安裝結(jié)構(gòu)，使定位結(jié)構(gòu)得到了一定程度的簡(jiǎn)化，并使列車的安裝定位的安全性更高，且也必將方便;b.槽體：用矩形斷面代替原來(lái)的梯形斷面，并使槽體的強(qiáng)度及剛度得到一定程度的增加;c.激振電機(jī)：由槽體下改為安裝在槽體兩側(cè)，使列車的高度實(shí)現(xiàn)了最大程度的降低;d.彈性元件：采用自主研制的金屬橡膠復(fù)合彈簧，把彈性元件的布置方法作一定程度的改變，并把其彈性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效簡(jiǎn)化，使工作噪音得到有效減少，并在一定程度上縮短了過(guò)共振時(shí)間。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，對(duì)機(jī)組的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改造后，列車的整體結(jié)構(gòu)及工作性能都得到很大程度的改善。

(2)采用組合式結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)出礦機(jī)整機(jī)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，并使振動(dòng)出礦機(jī)的側(cè)板不參與過(guò)振。為了對(duì)振動(dòng)電機(jī)為振源的振動(dòng)出礦機(jī)臺(tái)板易斷裂、電機(jī)的緊固螺栓易發(fā)生脫落等問(wèn)題進(jìn)行有效解決，本次試驗(yàn)采用以下方法：把臺(tái)板和電機(jī)座進(jìn)行聯(lián)結(jié)安裝，使振動(dòng)電機(jī)在臺(tái)板下方以正向水平安裝。這樣的安裝方法在一定程度使激振力在臺(tái)板上得以進(jìn)行合理分布，從而使振動(dòng)出礦取得比較好的出礦效果，另一方面，也便于對(duì)電機(jī)進(jìn)行安裝、更換及維護(hù)。這種組合式振動(dòng)出礦機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：兩部分電源都是獨(dú)立的，出礦時(shí)互不干擾，可以單獨(dú)啟動(dòng)，也可以同時(shí)啟動(dòng);動(dòng)力方面分別比較均衡，對(duì)設(shè)備的強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)要求比較低;采場(chǎng)放出的大塊礦石可通過(guò)，適應(yīng)性比較大;組合式振動(dòng)出礦機(jī)單臺(tái)重量比較輕，便于運(yùn)輸、加工、安裝及檢修等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，這種組合式機(jī)型不僅能達(dá)到出礦工藝的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而且還能在一定程度上節(jié)約資源及生產(chǎn)成本。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要從工業(yè)試驗(yàn)礦區(qū)采礦技術(shù)的條件、無(wú)間柱連續(xù)采礦法回采工藝以及連續(xù)采礦裝備的研究方面對(duì)地下金屬礦山連續(xù)采礦技術(shù)作了論述，在地下金屬礦山的實(shí)際作業(yè)中，應(yīng)結(jié)合工程的實(shí)際情況應(yīng)用無(wú)間柱連續(xù)采礦工藝技術(shù)，只有不斷推動(dòng)金屬礦山作業(yè)工藝向連續(xù)化、機(jī)械化以及生產(chǎn)集中化發(fā)展，才能為礦石的開采帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益。

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