某金礦緩傾斜破碎薄礦體采礦方法優(yōu)選及應(yīng)用

范順剛 姜永恒 嚴(yán) 碩 聞博宇 任玉東

(1.云南黃金有限責(zé)任公司鎮(zhèn)沅分公司；2.長(zhǎng)春黃金研究院有限公司)

緩傾斜薄礦體在我國(guó)金屬礦山中占有較大的比例，該類礦體由于傾角較小[1]，采場(chǎng)爆破的礦石不能借助自身重力運(yùn)送到采場(chǎng)底部，需進(jìn)行機(jī)械或人工運(yùn)搬[2]。緩傾斜礦體的采場(chǎng)水平面積大，頂板管理困難，給生產(chǎn)帶來(lái)重大安全隱患，由于礦體較薄，所需的巷道較多，進(jìn)而造成采切比較大，采礦直接成本高；同時(shí)，礦巖穩(wěn)固性較差，在回采過(guò)程中需要對(duì)頂板進(jìn)行維護(hù)，在爆破中極易造成礦石的損失和貧化。因此，安全、高效開采緩傾斜破碎薄礦體對(duì)礦山的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有重大意義。

1 工程概況

貴州某金礦礦體產(chǎn)于深部龍?zhí)督M地層之間破碎含金蝕變帶中，礦體產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀基本一致，呈似層狀、鞍狀近水平產(chǎn)出，遠(yuǎn)離背斜軸部則礦體消失，習(xí)稱樓下礦。按產(chǎn)出位置及垂向分布關(guān)系圈出6條工業(yè)礦體。其中，Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#3條礦體的平均品位較高，另外3條礦體的平均品位均低于5 g/t。Ⅲ#礦體較連續(xù)，平均產(chǎn)狀為169°∠25°，下盤為三疊系夜郎組地層(T1y1-1灰白色條帶狀粉砂巖)，上盤為二疊系大隆組地層(P3d灰黑色黏土巖)，節(jié)理、揉曲發(fā)育，具黃鐵礦化、方解石化、硅化，礦化不均勻。方解石呈細(xì)脈狀出現(xiàn)，黃鐵礦呈星點(diǎn)狀出現(xiàn)。Ⅲ#礦體平均厚約2.5 m，平均品位為2.68 g/t，礦體密度為2.87 t/m3，傾角平均為20°～35°，礦巖較為破碎，屬于難采礦體。

2 采礦方法比選

針對(duì)礦體的賦存狀態(tài)和礦山的實(shí)際生產(chǎn)情況，為了有效維護(hù)采場(chǎng)上盤圍巖，選取3種適合的采礦方法：錨桿護(hù)頂短壁式全面法、超前長(zhǎng)錨索支護(hù)“V”形工作面推進(jìn)全面法、液壓支柱護(hù)頂壁式崩落法。

2.1 錨桿護(hù)頂短壁式全面法

錨桿護(hù)頂短壁式全面法適用于緩傾斜薄礦體，礦體垂直厚度一般小于4 m，傾角小于35°。沿傾斜分成3個(gè)小分段，分段之間留有一定的礦壁，礦石回采后采用樹脂錨桿護(hù)頂，分段中崩落的礦石通過(guò)電耙巷道耙至溜井中，由溜井裝車沿著穿脈運(yùn)輸巷道運(yùn)出，采礦方法見(jiàn)圖1。

圖1 錨桿護(hù)頂短壁式全面法(單位：m)

采切工程長(zhǎng)336 m，掘進(jìn)工程量為1 626.24 m3，礦塊地質(zhì)礦量約為22 750 t，礦塊實(shí)際采出量約為21 862 t，采切比為15.37 m/kt。采場(chǎng)生產(chǎn)能力為50 t/d，礦石損失率為11.43%，礦石貧化率為8.5%。回采作業(yè)成本見(jiàn)表1。

表1 錨桿護(hù)頂短壁式全面采礦法回采作業(yè)成本

采切工程平均每米直接成本3 000元，分?jǐn)偟矫繃嵅沙龅V石的費(fèi)用為46.11元，則采礦直接成本為85.84元/t。

2.2 超前長(zhǎng)錨索支護(hù)“V”形工作面推進(jìn)全面法

針對(duì)頂板圍巖成層狀，上部圍巖較為破碎的緩傾斜薄礦體在回采過(guò)程中原巖應(yīng)力受到擾動(dòng)后頂板層狀圍巖大范圍脫落導(dǎo)致礦石出現(xiàn)貧化大的情況，在原有全面采礦法基礎(chǔ)上改進(jìn)。在礦塊回采前通過(guò)切割上山向礦體和上部圍巖打超前長(zhǎng)錨索進(jìn)行支護(hù)，以保證礦石回采后頂板圍巖不隨礦石而脫落。該方法應(yīng)用于開采礦體厚度不大于5 m，礦體傾角為15°～30°的緩傾斜薄礦體，采礦方法見(jiàn)圖2。

圖2 超前長(zhǎng)錨索支護(hù)“V”形工作面推進(jìn)全面法(單位：m)

超前長(zhǎng)錨索支護(hù)“V”形工作面推進(jìn)全面法采切工程長(zhǎng)280 m，掘進(jìn)工程量為1 869.7 m3，礦塊地質(zhì)礦量約為22 750 t，礦塊設(shè)計(jì)采出礦石量約為21 275.3 t，采切比為13.16 m/kt。采場(chǎng)生產(chǎn)能力為80 t/d，礦石損失率為12.6%，礦石貧化率為7%?；夭勺鳂I(yè)成本見(jiàn)表2。

表2 超前長(zhǎng)錨索支護(hù)“V”形工作面推進(jìn)全面法回采作業(yè)成本

采切工程平均每米直接成本3 000元，分?jǐn)偟矫繃嵅沙龅V石的費(fèi)用為39.48元/t，則采礦直接成本為89.86元/t。

2.3 液壓支柱護(hù)頂壁式崩落法

液壓支柱護(hù)頂壁式崩落法是由普通壁式崩落法改進(jìn)的。普通方法工作面支架一般采用木柱支護(hù)，回收困難，不能重復(fù)使用，而新方法采用液壓支柱護(hù)頂[3]，在工作面推進(jìn)的過(guò)程中回收，可多次重復(fù)使用[4]，采礦方法見(jiàn)圖3。

圖3 液壓支柱護(hù)頂壁式崩落法(單位：m)

液壓支柱護(hù)頂壁式崩落法采切工程長(zhǎng)76 m，掘進(jìn)工程量為367.9 m3，礦塊地質(zhì)礦量約為22 740 t，預(yù)計(jì)采出礦量為21 847.5 t，采切比為3.48 m/kt。采場(chǎng)生產(chǎn)能力為80 t/d，礦石損失率為10.5%，礦石貧化率為8%?；夭勺鳂I(yè)成本見(jiàn)表3。

表3 液壓支柱護(hù)頂壁式崩落法回采作業(yè)成本

采切工程平均每米掘進(jìn)成本加上支護(hù)成本約3 000元，分?jǐn)偟矫繃嵅沙龅V石的費(fèi)用為10.44元，則采礦直接成本為44.71元/t。

2.4 采礦方案對(duì)比選擇

錨桿護(hù)頂短壁式全面法(方法一)、超前長(zhǎng)錨索支護(hù)“V”形工作面推進(jìn)全面法(方法二)、液壓支柱護(hù)頂壁式崩落法(方法三)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合對(duì)比分析見(jiàn)表4。

表4 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

由表4可知，方法一工藝相對(duì)較簡(jiǎn)單，但需要水平分段進(jìn)行回采，采切工程量較大，每一分段需要留頂柱，礦石損失較大，需要使用錨桿護(hù)頂，綜合回采成本較高；方法二采礦工藝簡(jiǎn)單，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較低，但需要對(duì)采場(chǎng)頂板進(jìn)行超前錨索支護(hù)，支護(hù)工藝較復(fù)雜，采礦綜合成本高；方法三回采工藝相對(duì)較復(fù)雜，需要在采場(chǎng)內(nèi)搬運(yùn)液壓支柱，但采切工程量較少，采礦損失率較低，液壓支柱可以回收再利用，回采綜合成本較低。綜上分析比較各方法優(yōu)越性，方法三>方法二>方法一。故選擇液壓支柱護(hù)頂壁式崩落法對(duì)礦體進(jìn)行回采。

3 工程應(yīng)用

3.1 礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)

針對(duì)1 340 m中段67～71勘探線Ⅲ#礦體769采場(chǎng)，采用液壓支柱護(hù)頂壁式崩落法進(jìn)行回采。礦塊沿走向長(zhǎng)45 m，斜長(zhǎng)約50 m，高度為礦體厚度，約為2.5 m，礦體傾角約為22°，采場(chǎng)沿斜長(zhǎng)呈分段布置，上分段斜長(zhǎng)35 m，下分段斜長(zhǎng)15 m，兼作底柱，當(dāng)上分段回采結(jié)束后，再進(jìn)行底柱的回收。

3.2 采切工程

采準(zhǔn)切割工程包括人行通風(fēng)上山、電耙洞室、裝礦上山、切割巷道。首先在71勘探線內(nèi)向東沿著礦體掘進(jìn)769III沿脈運(yùn)輸巷道，東沿脈掘進(jìn)至67勘探線；再在71勘探線和67勘探線處掘進(jìn)人行通風(fēng)上山與上中段巷道貫通，保證通風(fēng)順暢，并兼作探礦上山；最后在71勘探線穿脈巷道內(nèi)向東掘進(jìn)裝礦上山，并與769Ⅲ-1上山貫通，沿著礦體底板向東掘進(jìn)切割巷道，并與769Ⅲ-2上山貫通，在切割巷道內(nèi)掘進(jìn)電耙硐室，完成整個(gè)采場(chǎng)的采切工程。采切設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4，采切工程量見(jiàn)表5。

圖4 769-Ⅲ采場(chǎng)采切設(shè)計(jì)

表5 769-Ⅲ采場(chǎng)采切工程量

3.3 回采工藝

礦塊整體沿礦體走向從一側(cè)向另一側(cè)進(jìn)行條帶式、后退式回采，在每一條條帶內(nèi)沿礦體傾向方向進(jìn)行逆傾斜回采，確保工人在液壓支柱支護(hù)范圍內(nèi)安全作業(yè)。

3.3.1 鑿巖爆破

切割巷道掘進(jìn)完成后，首先對(duì)切割巷道和人行通風(fēng)上山進(jìn)行壓頂和起底作業(yè)，將礦體頂?shù)装逋耆衣逗笤俨傻V。先以切割巷道為自由面，回采出一定空間，利用液壓支柱支護(hù)，留出作業(yè)空間，再采用YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)鉆鑿水平炮孔?；夭蓵r(shí)為了減小液壓支柱及鋼梁之間的暴露面積，鉆孔的有效長(zhǎng)度為1.8～2 m，每次爆破5～7排，靠近頂板的一排炮孔距頂板保持0.3～0.5 m。

爆破采用2#巖石乳化炸藥，靠近頂板的一排炮孔使用φ28 mm乳化炸藥，不耦合裝藥，其余炮孔使用φ32 mm乳化炸藥，非電導(dǎo)爆管雷管排內(nèi)、排間微差順序起爆，每排炮孔首先起爆中間1～2個(gè)炮孔，然后起爆靠近頂?shù)装迮诳住Ｗ钚〉挚咕€為1 m，孔距為1～1.2 m，孔深1.8～2.0 m，每次爆破5～7排。采用控制爆破保證護(hù)頂層。

3.3.2 采場(chǎng)通風(fēng)

采場(chǎng)設(shè)置局扇，將風(fēng)流引入工作面，污風(fēng)從上部壁柱的通風(fēng)聯(lián)巷及崩落的巖石堆回風(fēng)。新鮮風(fēng)流在系統(tǒng)壓差的作用下由1 340 m中段71勘探線進(jìn)入，從礦房一側(cè)的人行通風(fēng)上山經(jīng)切割巷道進(jìn)入采場(chǎng)，清洗作業(yè)面后，污風(fēng)經(jīng)爆堆及放頂后的巖石堆進(jìn)入1 365 m中段沿脈巷道，隨系統(tǒng)回風(fēng)排出地表。由于采場(chǎng)通風(fēng)為爆堆和巖石堆通風(fēng)，效果不好，采用局扇加強(qiáng)通風(fēng)。

3.3.3 采場(chǎng)出礦

每次采場(chǎng)落礦后，先采用30 kW電耙將礦石從傾斜工作面運(yùn)送到切割巷道中，再采用30 kW電耙沿切割巷道耙至裝礦上山進(jìn)行裝車。在電耙懸掛過(guò)程中注意操作安全，采場(chǎng)內(nèi)需要將電耙滑輪懸掛在掌子面處，切割巷道內(nèi)沿著巷道邊幫，將滑輪懸掛在切割巷道下側(cè)邊幫上。工作面耙礦過(guò)程中控制電耙運(yùn)行的位置，使電耙盡量緊貼礦壁耙礦，以防止電耙耙礦過(guò)程中刮碰到液壓支柱。在對(duì)靠近液壓支護(hù)一側(cè)的礦石進(jìn)行出礦時(shí)，控制電耙的運(yùn)行速度，當(dāng)?shù)V柱之間的礦石無(wú)法使用電耙出礦時(shí)，進(jìn)行人工處理，減少礦石損失。

3.3.4 頂板管理與支護(hù)3.3.4.1 支 護(hù)

為了最大限度回收礦石，減少礦石的損失率和貧化率，同時(shí)保證采場(chǎng)作業(yè)安全，采用單體外注式液壓支柱及鋼梁支撐頂板，局部破碎應(yīng)力集中區(qū)域采用錨網(wǎng)護(hù)頂。

根據(jù)礦巖條件并結(jié)合其他礦山經(jīng)驗(yàn)，確定液壓支柱離工作面支護(hù)2排，間距為2 m，排距為1.5 m。液壓支柱采用交叉布置形式，頂梁使用液壓支柱配套鋼梁，單根頂梁長(zhǎng)1.2 m，頂梁之間采用鉸連接[5]。在采場(chǎng)爆破前，采用廢棄皮帶和稻草簾子等對(duì)鄰近的液壓支柱適當(dāng)保護(hù)，以防止因爆破飛石、電耙運(yùn)行中的撞擊等造成液壓支柱卸壓，降低支護(hù)強(qiáng)度。

3.3.4.2 回收支柱及放頂

當(dāng)回采工作面推進(jìn)到規(guī)定的懸頂距時(shí)，一般2～3條條帶后，此時(shí)控頂距達(dá)到4～6 m，暫時(shí)停止回采，進(jìn)行放頂及回收液壓支柱。在放頂區(qū)內(nèi)回收支柱，采用安裝在切割巷道電耙硐室內(nèi)的回柱絞車回收支柱，絞車功率為15～20 kW，鋼繩直徑為20～30 mm，平均牽引速度為8～10 mm/s?；刂樞蚴茄貎A斜方向自上而下，沿走向方向先遠(yuǎn)后近。放頂區(qū)回柱后，頂板以切頂支柱為界自然冒落，如頂板不能及時(shí)自然冒落，則應(yīng)預(yù)先在切頂支柱外0.5 m處逆推進(jìn)方向打一排傾角約為60°的炮孔，孔深1.8～2 m，裝藥爆破，強(qiáng)制崩落頂板[6]。

3.4 應(yīng)用效果

每次保證采場(chǎng)內(nèi)有2排液壓支柱支撐頂板，在放頂區(qū)內(nèi)直接對(duì)液壓支柱進(jìn)行回收后，讓其自然冒落。液壓支柱的支護(hù)強(qiáng)度平均可以達(dá)到15 MPa，液壓支護(hù)對(duì)頂板提供了足夠的支撐力，防止頂板發(fā)生沉降、垮落。采場(chǎng)平均生產(chǎn)能力達(dá)到80～90 t/d，損失率為9.2%，貧化率為7.8%，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施見(jiàn)圖5。

圖5 液壓支柱護(hù)頂現(xiàn)場(chǎng)

4 結(jié) 論

(1)通過(guò)對(duì)初選的3種技術(shù)方案進(jìn)行綜合對(duì)比分析，確定采用液壓支柱護(hù)頂壁式崩落法對(duì)緩傾斜破碎薄礦脈進(jìn)行開采。

(2)通過(guò)對(duì)液壓支柱護(hù)頂壁式崩落法進(jìn)行回采試驗(yàn)，液壓支柱對(duì)頂板的支撐強(qiáng)度可達(dá)15 MPa，安全有效支撐采場(chǎng)頂板，采場(chǎng)平均生產(chǎn)能力達(dá)到80～90 t/d，損失率為9.2%，貧化率為7.8%。

(3)通過(guò)采用液壓支柱護(hù)頂壁式崩落法對(duì)1 340 m中段769-Ⅲ采場(chǎng)緩傾斜破碎薄礦體進(jìn)行回采，提高了采場(chǎng)生產(chǎn)能力，降低了采礦綜合成本，保證了工人作業(yè)安全。