淺部掛幫礦安全開采技術(shù)優(yōu)化

陳 磊,莫蘇鵬

(湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院, 湖南 長沙 410014)

0 引 言

礦產(chǎn)資源是不可再生資源,提高礦產(chǎn)資源的回收利用率和綜合效益對于國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源保護(hù)具有重要的意義[1-3]。我國的礦山數(shù)量分布較廣,數(shù)量多,規(guī)模不大,競爭力偏低,尤其是鄉(xiāng)鎮(zhèn)和民營的礦山,開采設(shè)備簡陋、技術(shù)落后,濫采亂挖的現(xiàn)象嚴(yán)重,而且缺乏完善的安全保護(hù)措施,既容易造成資源的極大浪費(fèi),也會(huì)對采礦人員的生命安全帶來影響。目前我國許多礦山存在很多的殘礦資源,可以通過殘礦資源的回采,進(jìn)行二次利用[4-6]。但是殘礦資源回采的穩(wěn)定性較差,安全性較低,如何做到安全經(jīng)濟(jì)的回采是目前的技術(shù)難題。

有研究表明,對于殘采礦體的回收采用人工礦柱替代法,殘采安全穩(wěn)定性好,殘礦回采率可高達(dá)95%,露天殘采的安全系數(shù)更高[7-9]。周可等[10]在現(xiàn)場測試的基礎(chǔ)上,采用數(shù)值模擬的方法對4種回采方案的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析。最后得到不同方案下頂柱回采過程中的采場位移、應(yīng)力、塑性區(qū)的分布規(guī)律,并據(jù)此得出最優(yōu)回采方案。結(jié)果表明:在10 m厚的頂柱中,第一層礦房尺寸采用4 m×4 m,第二層礦房尺寸采用4 m×5 m,頂部預(yù)留1 m礦體,并且均采用“隔二采一”的回采順序能夠有效地避免間柱中出現(xiàn)塑性區(qū)貫通。頂部的拉伸破壞區(qū)和塑性區(qū)限制在留設(shè)的1 m礦體中,上部充填體受到的影響較小。從而既保證了采場的安全穩(wěn)定性,也最大限度地回采了頂柱資源。萬串串等[11]以高峰礦105號礦體為例,通過對采空區(qū)及殘礦的分類,制定了殘礦回采與采空區(qū)治理協(xié)同的技術(shù)方案,最后通過工業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證了方案的可行性,并為高峰礦其他地段殘礦回采提供了技術(shù)參考。孟贊先[12]分析了殘礦產(chǎn)生的原因及殘礦回采時(shí)會(huì)遇到的困難,提出了回采時(shí)需要解決的主要技術(shù)方案,并針對瀾滄老廠鉛礦1900中段Ⅰ1＋2礦體的殘礦體回采進(jìn)行了總結(jié),采用淺孔小補(bǔ)償空間擠壓爆破小分段采礦法進(jìn)行回采,共采出殘礦32432 t,獲經(jīng)濟(jì)效益1059．26萬元。

本文針對淺部掛幫礦進(jìn)行安全回采優(yōu)化設(shè)計(jì),分析開采的優(yōu)化效果,為類似礦產(chǎn)資源現(xiàn)場開采提供參考。

1 礦山概況

殘礦處于人工采場第九層(標(biāo)高＋6．0 m/＋3．0 m)、第十分層(標(biāo)高＋5．0 m/2．0 m)和第七分層(標(biāo)高-3 m/-6 m)。采場隨著上向分層的開采不斷進(jìn)行,具有10 m的人行通道,礦石品位為2．8 g/t,礦體存于黃鐵絹英巖化花崗巖中,礦體呈脈狀,排列方式有接結(jié)式、斜列式和雁列式3種。礦化不均勻,構(gòu)造多以張性、壓扭性出現(xiàn),走向不均勻,圍巖屬于破碎型巖石,靠近地表風(fēng)化層,容易在回采中出現(xiàn)冒頂、塌方現(xiàn)象。脈巖為煌斑巖,形態(tài)不規(guī)則,有一定的錯(cuò)動(dòng)性。露天坑以地表淋水為主。礦體特征如表1所示。

該露天坑掛幫礦靠近地表建筑構(gòu)筑物,按照傳統(tǒng)的采準(zhǔn)回采方式,需要在-30 m以上新建工程,南北延伸兩翼礦體邊界,工程量較大,安全性較低,回采成本高。南翼礦體集中,品位較高,但是離地表近,多為分級尾砂,施工難度大。北翼礦體獨(dú)立,采準(zhǔn)工程量大,巖體破碎,穩(wěn)定性差,安全投入大,效率較低,容易出現(xiàn)探采失衡的情況。

2 淺部掛幫礦開采方案

2．1 現(xiàn)有方法評價(jià)

現(xiàn)有的采礦方法主要是上向進(jìn)路和下向進(jìn)路充填采礦法,上向進(jìn)路分垂直礦體走向進(jìn)路和沿礦體走向進(jìn)路2種布置方案,本礦主要采用沿礦體走向布置開采工程,從下往上進(jìn)行分層回采,在掘進(jìn)分層聯(lián)絡(luò)通道后,垂直走向布置進(jìn)路,回采一條,充填一條,分層充填完畢后再轉(zhuǎn)入下一分層回采?；夭煞桨覆蓤霰┞睹娣e較小,礦石損失較小,作業(yè)較安全,但是作業(yè)強(qiáng)度較低,生產(chǎn)效率較低,對充填接頂?shù)囊筝^高。目前工作頂板未采取加強(qiáng)措施,沒有支撐保護(hù),安全性差。

2．2 安全開采技術(shù)優(yōu)化

設(shè)計(jì)采用下向水平分層進(jìn)路充填采礦法,采用鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦,設(shè)計(jì)采高為2．5 m,底板標(biāo)高為＋19 m/＋16 m,腰線標(biāo)高為＋18 m,施工順序由外向里,由兩邊向中間進(jìn)行施工。采用鑿巖機(jī)進(jìn)行鑿巖,爆破采用卷徑為32 mm的銨油炸藥,起爆器材為秒差雷管,人工裝藥,反向傳爆。

礦石經(jīng)過溜井運(yùn)輸線、人工放礦漏斗、推礦車運(yùn)至集中溜井,再通過牽引礦車轉(zhuǎn)運(yùn)至礦倉庫。進(jìn)路回采結(jié)束后,制作假底,并充填接頂。制作假底采用塑料薄膜鋪在底板上,設(shè)計(jì)鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)在采空區(qū)底板上,混凝土砂子石頭的比例為1∶2,骨料和水泥攪拌均勻后鋪設(shè)厚度為0．4 m,施工順序由里向外,假底制作完畢后,留18 h的硬化時(shí)間,硬化后進(jìn)行充填。充填1∶20的膠結(jié)材料接頂?；夭山Y(jié)束后應(yīng)及時(shí)封閉充填,墻板應(yīng)支撐加固。

在對進(jìn)路充填過程中,進(jìn)路頂部0．5 m部分采用灰砂比為1∶10的料漿進(jìn)行充填,質(zhì)量濃度為70%左右,抗壓強(qiáng)度較高,粘結(jié)力可達(dá)0．9 MPa,內(nèi)摩擦角為50°,滲水4%,漿體體重約為1．90 t/m3。對人工假底進(jìn)行優(yōu)化,在回采結(jié)束后,進(jìn)行人工平場,在底板鋪墊300 mm厚的碎礦,碎礦上再鋪墊塑料薄膜,以減少混凝土的滲漏,保持底面的平整光滑,放置碎石或木塊架高鋼筋網(wǎng),使?jié){料完全包裹住鋼筋網(wǎng),增加了假底的整體強(qiáng)度。鋼筋網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求是主筋直徑12 mm,副筋6．5 mm,縱橫交錯(cuò)處采用焊接固定(見圖1),主筋網(wǎng)度為1000 mm×1500 mm,副筋網(wǎng)度為500 mm×300 mm,采用1∶4膠結(jié)材料充填。采用木質(zhì)充填擋墻設(shè)置在進(jìn)路入口處,施工簡便,成本較低。

圖1 底筋網(wǎng)布置結(jié)構(gòu)

采用排風(fēng)側(cè)為主的多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng),利用井下的透氣采空區(qū),增加通風(fēng)斷面積,將循環(huán)風(fēng)與新風(fēng)混摻,提高了排風(fēng)能力。

3 優(yōu)化的效果分析

3．1 經(jīng)濟(jì)效益

對礦區(qū)回采進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),對人行井和放料井進(jìn)行掘砌,掘進(jìn)工程量為598 m3,有效降低了掘進(jìn)工程量,降低了投入成本;通過采準(zhǔn)工程優(yōu)化,采用機(jī)械化進(jìn)路代替人工出渣方式,提高了工作效率,將上向水平分層改為下向水平分層進(jìn)路回采,實(shí)現(xiàn)了人行井、放料井、集中運(yùn)渣,各個(gè)作業(yè)面獨(dú)立運(yùn)行,提高了作業(yè)效率。充填假底的強(qiáng)度達(dá)到了3 MPa,降低了支護(hù)成本,提高了安全系數(shù)。

3．2 安全效益

通過對爆破的振動(dòng)監(jiān)測,最大單段的炸藥量為3 kg,監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 爆破振動(dòng)監(jiān)測結(jié)果

通過對比爆破振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)得知[13],本設(shè)計(jì)的爆破振動(dòng)符合標(biāo)準(zhǔn)值,地下采礦的爆破振動(dòng)對地表建筑和構(gòu)筑的影響較小,不會(huì)造成破壞。

4 結(jié) 論

通過對露天淺部掛幫礦進(jìn)行回采方案的優(yōu)化,采用施工放料井和人行井的方案,提高了進(jìn)路回采的安全性,提高了回采的效率。優(yōu)化采用機(jī)械進(jìn)路回采方式,提高了勞動(dòng)效率,提高了安全性,爆破振動(dòng)監(jiān)測表明,該方案進(jìn)行地下爆破時(shí),符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的安全要求,為殘礦安全回采創(chuàng)造了條件。