高破碎覆巖下放礦方案研究與應(yīng)用

楊宮印(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000)

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高破碎覆巖下放礦方案研究與應(yīng)用

楊宮印
(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000)

【摘 要】礦床賦存于高破碎覆巖條件下時，采用有底柱分段崩落法采礦方法，容易造成出礦時提前貧化、礦石回收率低等問題。本文提出利用注漿和放礦控制的手段，對此類工程地質(zhì)條件下的礦床進行治理，并結(jié)合工程實際分析研究。

【關(guān)鍵詞】高破碎覆巖；損失貧化率；注漿；放礦控制

20世紀60年代以來，有底柱分段崩落法因具有安全性好、生產(chǎn)效率高及采礦成本低等優(yōu)點，在我國金屬礦山中廣泛應(yīng)用。此類采礦方法的缺點是在松散的覆蓋條件下進行回采工作，容易造成損失貧化現(xiàn)象，損失貧化率大是該采礦方法的主要問題之一。為改進此種采礦方法，國內(nèi)外專家、學(xué)者做了大量的相關(guān)研究。崩落礦巖的移動規(guī)律與流動特性成為研究的重點內(nèi)容及方向，為優(yōu)化放礦工藝和采場結(jié)構(gòu)參數(shù)提供重要依據(jù)，同時也獲得了很多寶貴研究成果[1]。但對于有底柱分段崩落法高破碎圍巖條件下的放礦方案研究，國內(nèi)還處于初期階段，如何提高高破碎圍巖條件下礦石回收率，降低礦石貧化率問題，成為未來我國采礦研究工作的重點方向之一。

1　研究意義

崩落采礦方法是以崩落圍巖來實現(xiàn)地壓管理的采礦方法，即隨著崩落礦石，強制崩落圍巖充填采空區(qū)，以控制和管理地壓[2]。礦石爆破后上部圍巖與崩落的礦石直接接觸，工作人員在上部圍巖下進行放礦作業(yè)。對于穩(wěn)固性好的上部覆巖，礦石崩落后，大多數(shù)圍巖粒徑大小或等于礦石粒徑，與下部礦石形成較好的粒徑配級，這種情況下，放礦管理相對簡單，保證了礦山能夠取得較好的放礦指標。但對于穩(wěn)固性差、高破碎的上部覆巖，崩落后礦體上部的圍巖粒徑較小，與下部礦石的粒徑配級指數(shù)較差，這時，由于高破碎、小粒徑廢石的“穿流”作用，使放礦管理復(fù)雜化，同時造成在放礦過程中，廢石提前到達放礦口，導(dǎo)致提前貧化。這樣，不僅使企業(yè)利益嚴重受損，同時也給國家資源帶來極大浪費。本文分析了注漿和斜面放礦作用機理及控制方法，為實現(xiàn)高破碎覆巖條件下能夠低貧損回采礦石，提供了一種可行的解決方案。

2　注漿和斜面放礦作用機理

根據(jù)散體流體理論，覆巖下放礦引起礦石損失貧化的原因主要有兩個方面：①廢石覆蓋層中的小顆粒的“穿流”作用，引起提前貧化；②放礦方案不當，造成礦巖接觸面不能均勻下降，引起接觸面增大造成貧化[2]。針對這兩個原因，分別采用注漿和斜面放礦兩項技術(shù)手段來控制。

2.1 注漿體作用機理

基于廢石覆蓋層中的小顆粒的“穿流”作用，即上部覆巖穿過礦石與廢石的接觸面到達放礦口，朱志根[3]對其作了大量研究，得出影響崩落采礦法礦巖散體不均性主要有三個因素：散體孔隙分布的不均勻性、散體顆粒空間分布不均勻性、散體粒徑大小的不均勻性。

散體孔隙當量直徑是描述礦巖縫隙大小的一個平均值，與礦巖散體不均性有很大關(guān)系，也是衡量散體中細小顆粒“穿流”程度的重要指標。通過大量的試驗研究，得出如下關(guān)系公式：

式中：D0——孔隙當量直徑，(mm);

K ——散體孔隙率；

n ——散體不均勻性；

d17——顆粒級配曲線中小于17%的相應(yīng)顆粒粒徑，(mm)。

通過對上式分析，得出散體不均勻性較嚴重的影響了放礦效果，致使放出體提前貧化。而對于顆粒均勻的散體，一般情況下，散體的粒徑一般大于其孔隙的當量尺寸，顆粒在運動過程，不會發(fā)生顆粒穿越孔隙的現(xiàn)象。

針對以上分析，采用注漿“造團”的技術(shù)方法：①通過注漿的方法使上部散體圍巖層中形成一層或多層粒徑較大的廢石體，使其粒徑大于下部礦石散體的孔隙，從而有效降低了圍巖自身的流動性；②在放礦過程中阻隔上部廢石穿流至下部放出體；③通過注漿工藝控制，可以使上部散體粒徑整體趨向均勻[4]。其原理見圖1。

圖1　注漿前后放出體發(fā)育對比示意圖

2.2 斜面放礦機理

圖2　斜面放礦機理示意圖

放礦控制與管理、降低采場損失與貧化的理論基礎(chǔ)是覆巖下放礦理論。有底柱崩落法放礦過程的主要特點是上部廢石與崩落礦石直接接觸，在確定放礦方案時，必須遵守的基本原則是：最大限度地保持上部礦巖接觸面按一定形狀均勻下降和盡量減少側(cè)面廢石的混入機會[5]，斜面放礦機理示意圖見圖2。對于較薄礦體而言，回采過程中的穿脈電耙道只有一條或少數(shù)，一般布置形式都是沿礦體走向，這時在放礦過程應(yīng)按圖2a所示，在放礦過程中礦巖的界面保持傾面沿回采巷道移動?？砂?5°左右的礦巖斜面來確定進入放礦帶的放出漏孔數(shù)；對于厚大礦體而言，除按上述，在沿進路方向采用斜面放礦外，此時采用的多條穿脈電耙道并行的采場放礦形式，放礦過程應(yīng)按圖2b所示，有1＃、2＃、3＃運輸巷道，有6條穿脈電耙道并行。對于單個采場而言，崩落礦石后，為保持斜面放礦的要求，此時，各右切漏斗放礦速度要略大于左切漏斗的放礦速度；為了生產(chǎn)的連續(xù)性，在第一個采場的各右切漏斗還未出現(xiàn)貧化之前，相鄰的第二個采場就要準備落礦。之后，第一、二采場同時出礦。同樣，各漏斗放礦速度和單采場原則相同，并確保礦石與廢石接觸面的夾角為45°左右。其后各采場的崩礦順序與放礦方式依此類推。

2.3 覆巖下放礦應(yīng)注意的問題

(1) 根據(jù)崩落礦巖堆體和出礦巷道的布置，編制放礦計劃。同時，根據(jù)具體礦山情況，控制放礦質(zhì)量，即按規(guī)定的截止品位來控制截止放礦點，防止過早與過晚封閉漏孔[6]。

(2) 爆破作業(yè)的現(xiàn)場管理。要嚴格照按爆破設(shè)計。確保爆破效果，防止利用擠壓爆破降低采場的貧化損失率。

(3) 電耙巷道維護。由于地壓大和二次破碎頻繁及耙斗的沖擊，電耙巷道的支護往往在出礦過程中會遭到破壞，因此一定要加強電耙巷道的維護工作。

(4) 出礦作業(yè)包括放礦、二次破碎和運礦三項內(nèi)容。我國應(yīng)用有底柱分段崩落法的礦山基本上都是采用電耙出礦。因此，必須加強放礦管理，控制礦巖接觸面狀態(tài)及其在空間位置的變化，這對降低放礦過程中的礦石損失和貧化是極為重要的[7]。

(5) 做好計量和取樣工作，可為計算損失貧化指標以及指導(dǎo)下步工作提供準確、可靠的數(shù)據(jù)。這也是覆巖下放礦管理中一項最基礎(chǔ)、最重要的工作。

3　工程實例

3.1 工程現(xiàn)狀

云南某銅礦賦存于龍云組上段含礦層中，上、下盤存有天青石礦體、硫鐵礦體及厚大的石膏礦體，穩(wěn)固性中等，在節(jié)理裂隙發(fā)育地段，礦巖破碎，總體穩(wěn)固性差。由于過去群采的原因，2 220m水平以上形成大采空區(qū)，并用角礫巖進行了充填，為下部采用有底柱分段崩落法提供墊層，現(xiàn)階段采礦體上部已形成了20～30m的廢石覆蓋層。由于上部充填廢石粒徑極小，回采過程中部分采場出現(xiàn)了較嚴重的提前貧化現(xiàn)象，屬高破碎覆巖下放礦作業(yè)，礦石的損失率60%～70%，貧化率40%～50%，嚴重影響了礦山的礦石回采作業(yè)。

3.2 技術(shù)處理

2010年該礦與昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院合作，針對高破碎覆巖下放礦作業(yè)這一放礦特性，在實驗室進行相似模似試驗研究，提出在2 220m水平采用注漿“造團”的方法對細顆粒散體圍巖進行處理；同時，改變以往的水平面放礦方式，采用傾斜面放礦方案；加強礦山的放礦管理優(yōu)化，實現(xiàn)該礦山低貧損放礦指標的要求。2011年開始在該礦進行工業(yè)試驗，并取得了良好效果。下表為該礦采用技術(shù)控制前后主要經(jīng)濟技術(shù)指標對照。

主要經(jīng)濟技術(shù)指標對照

4　結(jié)語

通過對注漿和斜面放礦的控制放礦機理的研究，采用注漿的方法，使礦石上部的圍巖強度提高、散體粒徑增大、廢石塊度更加均勻，在礦石和履巖接觸面形成了一個“保護層”，有效的防止了“穿流”現(xiàn)象對放礦的影響。通過對放礦方式的研究，確定了傾斜面放礦方式，這種放礦方式可最大限度地保持上部礦巖接觸面按一定形狀均勻下降，減少了圍巖混入礦石崩落體的機會，從本質(zhì)上解決了放出體提前貧化的問題。為有底柱分段崩落法在高破碎覆巖條件下放礦提供了一種安全、高效、回收指標優(yōu)的采礦方案。

【參考文獻】

[1]郭雷,能靚輝.無底柱分段崩落法研究現(xiàn)狀[J].中國礦山工程, 2010,39(6):44-47.

[2]解世俊.金屬礦床地下開采[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008: 172.

[3]朱志根.自然崩落法放礦過程中礦巖散體流動規(guī)律研究[D].長沙:中南大學(xué),2006:44-45.

[4]文義明.小粒徑廢石覆蓋層下放礦貧化控制方法研究[D].昆明:昆明理工大學(xué),2011:1-2.

[5]陶干強,楊仕教,任鳳玉.崩落礦巖散粒體流動性能試驗研究[J].巖石力學(xué),2009,30(10):2950-2954.

[6]董永義.有底柱分段崩法覆蓋巖下放礦的控制與管理[J].新疆有色金屬,2004(4):15-17.

[7]李立群,王希賢.覆巖下放礦的控制與管理[J].有色金屬(礦山部分),2000(2):13-15.

High Crushing Under Overburden Research and Application of Mine Plan

YANG Gong-yin
(Shaanxi Railway Institute, Weinan 71400, China)

Abstract:It is likely to cause the ore dilution in advance and low ore recovery problems when adopting the sublevel caving mining method at the case of the deposit under the condition of high broken strata. This paper use the grouting and ore control method to study the management scheme that the deposit under this kind of engineering geological conditions and then analysis it combined with engineering practice.

Key words:high broken strata; loss impoverishment rate; grouting; ore control

【收稿日期】2014-08-07

【文章編號】1007-9386(2015)03-0061-03

【文獻標識碼】A

【中圖分類號】P853.36