南非某金礦采礦方法研究

尚曉明， 賀茂坤(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

1 前言

南非金礦有很大一部分礦體的賦存特征為緩傾斜薄礦體，緩傾斜薄礦脈開采主要是勞動(dòng)密集型的采掘作業(yè)型式，直到現(xiàn)在，南非依然有很多礦山在用人工鑿巖，電耙出礦的方式進(jìn)行開采，采用這種開采方式的礦山在生產(chǎn)能力、工人安全保障和企業(yè)盈利能力方面顯現(xiàn)不足[1]。國內(nèi)工程技術(shù)人員也對這類型礦體的采礦方法進(jìn)行了諸多研究[2-5]。隨著社會(huì)發(fā)展及礦山裝備水平的提升，在某些礦山，對這種傳統(tǒng)的開采方式進(jìn)行優(yōu)化改造，以提升礦山整體技術(shù)水平。

2 礦床開采技術(shù)條件

某金礦位于南非自由省Welkom鎮(zhèn)東北約20km處，有較好的基礎(chǔ)設(shè)施與交通網(wǎng)絡(luò)，礦山所在地區(qū)地形相對平坦，海拔標(biāo)高1 305～1 330m。

礦體賦存于石英礫巖中，礦體厚度較薄，沒有夾石，礦巖界線清晰。礦體埋深較深，距地表1 140～2 016m，礦體平均厚度0.33m，傾角平均為12°。

下盤巖石大都為石英巖，巖石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，直接上盤主要為頁巖。該金礦所在的金礦區(qū)在工程地質(zhì)方面都有一共同點(diǎn)，即礦體層上方都有一頁巖層，頁巖層特性為較軟，易碎。該金礦的頁巖層平均厚度為1.7m，單軸抗壓強(qiáng)度(UCS)60MPa。

3 采礦方法研究

該金礦礦體上方的頁巖層較厚，且為較軟易碎的不穩(wěn)定巖層，如果不做處理，礦體無法順利采出，故采礦時(shí)需把頁巖層采完后再采礦石層。

考慮到礦體與頁巖的總厚度能達(dá)到2m，故采礦時(shí)可以采用低矮式無軌設(shè)備進(jìn)行回采，以減少井下人員，提高生產(chǎn)效率。在礦體傾角較大的區(qū)域，采場布置形式采用偽傾斜布置，以適應(yīng)無軌設(shè)備的運(yùn)行。

由于頁巖層分布量較大，如果全部采出后提升運(yùn)輸出地表，運(yùn)營成本會(huì)很高，故考慮用拋擲爆破的方式，將部分頁巖回填到相鄰空區(qū)，以減少頁巖的提升運(yùn)輸量。

3.1 礦塊布置

礦塊尺寸沿走向長200m，沿傾向長250m，礦塊中間布置切割上山，在切割上山兩側(cè)沿傾向劃分采場，單個(gè)采場寬度20m，工作面梯段式推進(jìn)。礦塊內(nèi)布置超前掘進(jìn)巷道(ASD)，用作采場的鑿巖出礦空間?？紤]到采場的穩(wěn)定性，ASD超前尺寸為4m，作業(yè)中采場內(nèi)留出5m的作業(yè)空間。采場之間設(shè)置連續(xù)膠結(jié)礦柱，膠結(jié)礦柱邊生產(chǎn)邊構(gòu)筑，寬度為4m，用于采場的支護(hù)。礦塊之間沿走向留10m間柱，間柱不回采。布置形式如圖1所示。

圖1 礦塊布置形式

3.2 回采工藝及設(shè)備

1)回采順序

采場沿切割上山向兩翼雙向推進(jìn)，超前掘進(jìn)巷道用作采場的鑿巖出礦空間。

2)回采、出礦

回采采用DL230L低矮式中深孔鑿巖臺(tái)車對頁巖層及礦體層鉆鑿與礦體傾向平行的炮孔，炮孔直徑64mm。由于頁巖層比較破碎，為防止炮孔堵塞，在頁巖層鉆鑿炮孔后，立即插入塑料導(dǎo)管，導(dǎo)管直徑52mm；礦體層鉆鑿炮孔后，立即插入塑料導(dǎo)管，導(dǎo)管直徑36mm。炸藥采用乳化炸藥，非電導(dǎo)爆系統(tǒng)起爆。

爆破時(shí)，先爆破礦體層上方的頁巖層。部分頁巖通過拋擲爆破的方式回填相鄰空區(qū)，另一部分通過低矮式XLP推土機(jī)將頁巖推出采場，再通過LH208型柴油鏟運(yùn)機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至20t柴油卡車，通過卡車運(yùn)到集中卸載溜井。

頁巖清理完畢后再對礦石層進(jìn)行裝藥爆破。由于礦體層較薄，采用間隔裝藥的方式進(jìn)行爆破，爆破松動(dòng)后的礦石通過低矮式XLP推土機(jī)將礦石推出采場，再通過LH208型柴油鏟運(yùn)機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至采區(qū)礦堆，卡車在礦堆裝礦后將礦石運(yùn)到集中卸載溜井。

回采過程中，由于采用了低矮式中深孔鑿巖臺(tái)車及XLP推土機(jī)，故采場內(nèi)無需人員進(jìn)入，能較好的保障工人的生命安全。

3)采場充填

單個(gè)采場生產(chǎn)過程中邊生產(chǎn)，邊修筑寬4m的膠結(jié)礦柱，灰砂比為1∶10，礦柱由充填袋的形式組成，具體如圖2所示。充填袋在南非應(yīng)用比較廣泛，技術(shù)成熟，工藝靈活，能夠很好保障生產(chǎn)的連續(xù)性。

圖2 充填袋形式

4 結(jié)論

隨著厚大易采礦體逐步開采完畢，未來在采礦過程中會(huì)遇到更多的難采礦體，尤其是緩傾斜薄礦體的開采。針對該礦礦體上方有頁巖層的特點(diǎn)，利用拋擲爆破技術(shù)將部分頁巖回填空區(qū)，以減少頁巖的運(yùn)輸量，有效降低運(yùn)營成本；采用低矮式無軌設(shè)備進(jìn)行鑿巖、出礦，由充填袋形成連續(xù)礦柱，從而形成一種安全高效的采礦方法。