急傾斜薄礦脈中深孔采礦技術(shù)研究

龍 躍，丁家鐸

（江西銅業(yè)集團(tuán)銀山礦業(yè)有限責(zé)任公司，江西 德興334200）

銀山礦井下采用留礦法回采急傾斜薄礦脈時(shí)，不僅因超采圍巖造成礦石貧化，而且由于圍巖性質(zhì)軟弱，極易片幫、冒落，影響回采作業(yè)安全和資源回收率。雖然可以通過加強(qiáng)關(guān)鍵點(diǎn)位支護(hù)，優(yōu)化采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、回采順序、出礦制度等措施在一定程度上改善留礦法安全回采條件，但并不能從根本上解決留礦法開采存在的生產(chǎn)能力低，工人長(zhǎng)時(shí)間暴露在頂板下作業(yè)，安全性差；作業(yè)循環(huán)多，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化；積壓大量礦石，存窿礦易結(jié)死，造成礦石損失等頑疾，其作業(yè)安全性及回采經(jīng)濟(jì)性改善空間有限，有必要對(duì)采礦方法進(jìn)行優(yōu)化，探討改用分段空?qǐng)龇ǖ目赡苄裕詮氐捉鉀Q銀山礦軟弱巖層條件下極薄至薄礦脈開采面臨的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全難題[1]。

1 分段空?qǐng)霾傻V法基本特點(diǎn)

當(dāng)?shù)V體脈幅在小于6m，在礦體下盤圍巖中掘進(jìn)脈外運(yùn)輸巷道，采場(chǎng)沿礦體走向布置，豎直方向每15m在礦體內(nèi)布置分段鑿巖巷道，鑿巖設(shè)備在分段鑿巖巷道內(nèi)施工上向平行中深孔對(duì)礦體進(jìn)行回采，底部結(jié)構(gòu)為平底結(jié)構(gòu)，鏟運(yùn)機(jī)在出礦進(jìn)路出礦。這種方法即為分段空?qǐng)霾傻V法在急傾斜薄礦脈中的應(yīng)用。

2 薄礦脈分段空?qǐng)霾傻V法的可行性分析

2.1 開采范圍及開采技術(shù)條件

開采范圍：由于受穿孔設(shè)備限制，暫對(duì)銅采區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)研究。銅采區(qū)主要位于九區(qū)、西山區(qū)及銀山西區(qū)。該區(qū)域工程地質(zhì)條件中等，礦體及其頂板巖體均屬半堅(jiān)硬至堅(jiān)硬完整穩(wěn)固型巖層，礦區(qū)斷層結(jié)構(gòu)面屬禁閉型，破碎帶經(jīng)蝕變膠結(jié)，對(duì)礦床開采無較大影響。礦區(qū)自然水文地質(zhì)條件屬簡(jiǎn)單型。

按8000t技改工程設(shè)計(jì)中薄礦脈礦量占比約7%，根據(jù)最新地質(zhì)資料顯示薄礦脈礦量占比將達(dá)到15%以上。針對(duì)九區(qū)、西山區(qū)和銀山西區(qū)銅硫金礦帶，當(dāng)?shù)V體厚度小于6m，傾角大于65°；礦體及其頂板巖體均屬半堅(jiān)硬至堅(jiān)硬完整穩(wěn)固型巖層；采場(chǎng)地質(zhì)品位較高，礦石貧化后，仍可達(dá)到設(shè)計(jì)出礦品位的礦體進(jìn)行開采。

九區(qū)位于礦區(qū)中部，礦體主要賦存于3#英安斑巖體南北外接觸帶及巖體兩側(cè)爆破角礫巖、千枚巖、蝕變石英閃長(zhǎng)巖及石英斑巖內(nèi)。走向近東西向、傾向南，傾角72°～88°，礦體厚度為1m～67m，，垂深超過1000m。

西山區(qū)位于西山火山口北東—南東接觸帶附近，礦體賦存于千枚巖內(nèi)，礦體平均走向20°，傾向北西，傾角73°～89°，深部?jī)A角變緩。銅硫金礦體厚度多為2.00m～46.00m，最大厚度83.26m，垂深超過700m。

銀山西區(qū)位于西山火山口東側(cè)1#英安斑巖體內(nèi)弧接觸帶外側(cè)，礦脈走向北西西、傾向南南西，傾角65°～80°，為陡傾斜礦脈。礦脈延長(zhǎng)50m～150m，最大延長(zhǎng)210m，傾斜延深200m～500m，最大至600m，礦脈厚度一般較大，多在5.00m～15.00m之間，垂深超過650m。

2.2 初步技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)礦體的賦存條件及礦巖穩(wěn)固性，九區(qū)、西山區(qū)、銀山西區(qū)銅硫金礦體均屬于急傾斜薄至中厚礦體，穩(wěn)固性屬中等穩(wěn)固到穩(wěn)固，礦石品位低，由于露天和地下同時(shí)開采方案，地表不允許塌陷。不適合充填法和崩落法，適合開采技術(shù)條件的采礦方法為空?qǐng)龇?，針?duì)薄礦體，淺孔留礦法和分段空?qǐng)龇夹g(shù)上是可行的。

現(xiàn)用的淺孔留礦法在銀山井下一直沿用至今，相對(duì)技術(shù)更加成熟，但是仍然存在諸多的缺點(diǎn)。淺孔留礦法與分段空?qǐng)龇ǚ桨冈诩夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的綜合對(duì)比分析如表1所示。

從表1對(duì)比中可以看出，分段空?qǐng)龇ㄓ捎跈C(jī)械程度高，回采周期大大降低，減少了因存窿結(jié)死而損失的礦石量；人員在鑿巖巷道內(nèi)作業(yè)，安全性大大提高，但由于圍巖性質(zhì)較為軟弱，采幅不易控制，廢石混入造成貧化率增大，但可以通過改善爆破參數(shù)等措施得到一定的控制，該采礦法較之留礦法存在更大的改進(jìn)空間，因此，對(duì)于銀山井下薄礦脈，采用分段空?qǐng)龇ň哂酗@著的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

表1 淺孔留礦法與分段空?qǐng)龇ǚ桨笇?duì)比

2.3 綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

雖然現(xiàn)階段銀山礦淺孔留礦法工藝成熟簡(jiǎn)單，工人熟練操作，但是，采場(chǎng)冒頂片幫嚴(yán)重，平場(chǎng)工作繁重，人員作業(yè)環(huán)境差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全性差；機(jī)械化程度低，礦石損失大。采用分段空?qǐng)龇?，不僅采場(chǎng)作業(yè)安全環(huán)保；機(jī)械化程度高，回采效率高，采礦場(chǎng)采礦周期較短，礦石回收率高，采用分段空?qǐng)龇ň哂腥缦聝?yōu)勢(shì)：

（1）采場(chǎng)內(nèi)無需留礦，有效避免了存窿結(jié)死造成的礦石損失，回收率較高。

（2）采礦周期較短，回采效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有淺孔留礦法，在采礦效益對(duì)等的情況下，采礦周期的縮短將大大減少其他成本的投入。

（3）人員僅需在分段平巷內(nèi)作業(yè)，無需長(zhǎng)時(shí)間暴露在采礦場(chǎng)頂板下，大大提高了作業(yè)安全。

兩種采礦方法在技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見表2，從經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析而言，分段空?qǐng)霾傻V法在銀山井下的推廣具有可行性。

表2 采礦方法技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

3 礦塊布置與采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)銀山礦現(xiàn)階段部分高品位主脈礦體的形態(tài)分布和變化規(guī)律，進(jìn)行了針對(duì)急傾斜薄礦脈的分段空?qǐng)霾傻V法設(shè)計(jì)。礦塊沿礦體走向布置，長(zhǎng)度為100m，寬為2m，階段高度50m，沿垂直方向劃分為3個(gè)分段，分段高度15m～20m，間柱6m，頂柱高5m。

4 采準(zhǔn)與切割

4.1 采準(zhǔn)工程布置

4.1.1 脈外出礦巷道

在礦體下盤圍巖中沿礦體走向布置脈外運(yùn)輸巷道規(guī)格為3.7m×3.7m，通過出礦進(jìn)路與底部分段巷道聯(lián)通，服務(wù)于回采過程中的礦石運(yùn)輸[2,3]。

4.1.2 分段巷道

分段巷道布置在礦體內(nèi)，沿礦體走向布置，巷道規(guī)格為3.7m×3.7m，通過施工分段巷道將礦塊劃分為各個(gè)分層，并于各個(gè)分層分段巷道內(nèi)進(jìn)行鑿巖作業(yè)對(duì)礦體進(jìn)行回采，機(jī)械設(shè)備通過采區(qū)斜坡道進(jìn)入各個(gè)分段鑿巖巷。

4.1.3 回風(fēng)巷道

回風(fēng)巷道布置在礦塊上部，巷道規(guī)格為3.0m×2.9m，回采階段作為回風(fēng)巷道，礦塊回采結(jié)束后作為巷道使用。

4.2 切割工程

分段空?qǐng)銮懈罟こ贪ǖ撞砍龅V結(jié)構(gòu)工程及每分層的切割槽（薄礦脈中施工切割天井即可）工程。

（1）出礦進(jìn)路。出礦進(jìn)路布置在礦體下部，與礦體走向呈60°，為滿足運(yùn)輸、通風(fēng)要求，設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為3.0m×2.9m。

（2）切割天井。在礦塊中布置脈內(nèi)切割天井通至上部中段，為初步回采作業(yè)提供補(bǔ)償空間，兼做探礦以及采礦時(shí)通風(fēng)，設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為2.0m×1.5m。

5 回采工藝

回采作業(yè)順序：落礦→出礦→裝藥→落礦；在分段分段巷道與切割槽形成后由切割槽后退式回采，為保障作業(yè)安全以及礦石能集中于一分段作業(yè)面附近，各分段間應(yīng)同時(shí)后退并形成下向階梯式工作面，即上部分段超前爆破2排炮孔。如圖所示。

表3 薄礦脈分段空?qǐng)霾傻V法礦塊采切比表

圖1 回采順序示意圖

5.1 鑿巖爆破

分段巷施工后，采用311鑿巖臺(tái)車、向上穿垂直孔，孔徑φ=76mm，孔深10m～14m，排距1.5m，邊孔距礦巖分界線0.1m，最小抵抗線W=1.5m，如圖所示。爆破采用粒狀乳化銨油炸藥，用裝藥車裝藥，將炸藥送入炮孔，堵塞長(zhǎng)度1.8m，穿孔完畢后以切割井為自由面進(jìn)行爆破。爆破為分層爆破，上部分層超前爆破2排炮孔，各分層同時(shí)爆破。

表4 薄礦脈分段空?qǐng)霾傻V法標(biāo)準(zhǔn)礦塊礦量分配表

5.2 通風(fēng)

分段空?qǐng)霾傻V法的通風(fēng)方式簡(jiǎn)單。從各分段脈外主運(yùn)輸巷道→分段巷道→沖刷采場(chǎng)（污風(fēng)）→回風(fēng)巷道。

5.3 支護(hù)

采場(chǎng)一般不需支護(hù)，分段巷道服務(wù)年限長(zhǎng)，噴錨支護(hù)為主，部分特別破碎地段采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)措施。

5.4 出礦

爆破后礦石通過各分段巷道或底部出礦進(jìn)路由鏟運(yùn)機(jī)出至溜井（上部分層形成裝藥作業(yè)空間即可），由最底部分層集中出礦。各分段同時(shí)落礦，按計(jì)劃放空采場(chǎng)內(nèi)礦石，減少二次貧化。

6 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

分段空?qǐng)龇?biāo)準(zhǔn)采場(chǎng)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)如表5所示。

表5 分段空?qǐng)龇?biāo)準(zhǔn)采場(chǎng)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

7 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)銀山礦九區(qū)、西山區(qū)、銀山西區(qū)銅硫金礦體的賦存條件及礦巖穩(wěn)固性，結(jié)合銀山礦井下采礦現(xiàn)狀。對(duì)于連續(xù)性較好的急傾斜薄礦脈（小于6m），地質(zhì)品位較高的礦體。通過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，薄礦脈分段空?qǐng)龇ㄔ阢y山井下的推廣具有可行性。能解決銀山礦極薄至薄礦脈開采面臨技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全難題。

相對(duì)于淺孔留礦法，分段空?qǐng)龇ň哂袡C(jī)械化程度高，回采效率高；工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，通風(fēng)條件好，人員鑿巖巷道作業(yè)，無需長(zhǎng)時(shí)間暴露在采礦場(chǎng)頂板下鑿巖，無需平場(chǎng)，大大提高了作業(yè)安全性；坑木消耗少，礦石回收率大大提高，綜合經(jīng)濟(jì)效益能提高約1%。

但由于圍巖性質(zhì)較為軟弱，采幅不易控制，廢石混入造成貧化率增大，但可以通過改善爆破參數(shù)等措施得到一定的控制，該采礦法較之留礦法存在更大的改進(jìn)空間，因此，對(duì)于銀山井下薄礦脈，采用分段空?qǐng)龇ň哂酗@著的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。