我國(guó)金屬礦山底部結(jié)構(gòu)的應(yīng)用評(píng)價(jià)及選擇

韓海龍

（湖南漣邵建設(shè)工程（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

地下采礦是人類獲取地下資源的重要方式，影響地下采礦方法因素眾多，不能僅靠單一定量分析確定。傳統(tǒng)采礦方法選擇由單個(gè)因素直觀評(píng)價(jià)確定，具有很大局限性。隨著富礦的減少，金屬礦山涉及不確定性因素增多。選擇正確采礦方法具有重要意義，采礦方法選擇不當(dāng)會(huì)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失。要用系統(tǒng)發(fā)展觀點(diǎn)分析研究影響采礦方法的參數(shù)，精確高效選擇最佳采礦方法。礦塊底部結(jié)構(gòu)是運(yùn)輸水平受到出放礦巷道有機(jī)配合，用礦石自重裝入運(yùn)輸巷道礦車運(yùn)至地表。礦塊底部結(jié)構(gòu)決定采礦方法勞動(dòng)生產(chǎn)率等。研究金屬礦山底部結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)選擇具有重要意義。

1 金屬礦山底部結(jié)構(gòu)類型

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，成為礦產(chǎn)資源生產(chǎn)消費(fèi)大國(guó)。地下礦山開(kāi)采向深部低品位礦床轉(zhuǎn)變，近年來(lái)高效率采礦方法的使用，降低資源回采成本成為采礦發(fā)展的趨勢(shì)。礦塊底部結(jié)構(gòu)要求保證底柱穩(wěn)固，礦塊放礦中保證底柱穩(wěn)固性[1]；保證二次破碎工作安全的勞動(dòng)條件；提高采礦方法的生產(chǎn)能力。選擇底部結(jié)構(gòu)形式不能滿足要求會(huì)導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)率低等問(wèn)題。我國(guó)金屬礦山采用底部結(jié)構(gòu)形式包括自重放礦等。

自重放礦底部結(jié)構(gòu)在中小型礦山使用廣泛，具有放礦能力大等優(yōu)點(diǎn)。在空?qǐng)龇ǖV床開(kāi)采中使用較多，有格篩破碎硐室漏斗自重放礦結(jié)構(gòu)采下礦石借自重從漏斗放出，底柱高度12m～18m。無(wú)格篩破碎硐室漏斗自重放礦結(jié)構(gòu)底柱高度為5m～8m，使用操作方便。人工木質(zhì)假底自重放礦結(jié)構(gòu)在急傾斜脈狀礦床開(kāi)采廣泛應(yīng)用，有長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展前途。鏟運(yùn)機(jī)出礦采用無(wú)底柱出礦底部結(jié)構(gòu)，大塊礦石在裝礦橫巷進(jìn)行二次破碎，采用鏟運(yùn)機(jī)出礦，簡(jiǎn)化底部結(jié)構(gòu)，放礦強(qiáng)度高，提高礦塊回采率。

有底柱分段崩落法長(zhǎng)期使用，大礦石在電耙道中進(jìn)行二次破碎，分為漏斗式與平底結(jié)構(gòu)式[2]。漏斗式結(jié)構(gòu)具有加高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在礦體厚度方面有較大變化范圍，可降低切采切工作量比重。底柱高8m～15m,底柱礦量為礦塊礦量的16%～23%。耙道中心至漏斗頸中心距為3.5m～4m。平底式電耙運(yùn)搬底部結(jié)構(gòu)使采下礦石在拉底水平變形車三角礦堆，礦石極穩(wěn)固可雙側(cè)布置，優(yōu)點(diǎn)是采準(zhǔn)工程量小，要待下階段采礦柱時(shí)才能回收。

2 礦山底部結(jié)構(gòu)實(shí)踐評(píng)價(jià)

礦山底部結(jié)構(gòu)形式根據(jù)礦床地質(zhì)條件、回采工藝、質(zhì)量技術(shù)要求等因素綜合確定。采準(zhǔn)工程空間合理布置，對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率，采礦成本等方面具有直接影響。自重放礦底部結(jié)構(gòu)具有施工靈活性大，保證礦石流通性好等特點(diǎn)，在我國(guó)中小礦山使用積累豐富經(jīng)驗(yàn)[2]。電耙運(yùn)搬礦石底部結(jié)構(gòu)采準(zhǔn)工程布置量較大；鏟運(yùn)機(jī)出礦底部結(jié)構(gòu)礦體厚度大，是目前推廣的方案。有底柱電耙出礦底部結(jié)構(gòu)是分段崩落法礦山基本底部結(jié)構(gòu)，包括電耙道與溜井等部分。

結(jié)構(gòu)施工開(kāi)始到放礦結(jié)束在底板圍巖不穩(wěn)固的緩傾斜礦體，使底部結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性提高。出礦漏斗擔(dān)負(fù)2000t～3000t礦量，保證電耙道穩(wěn)固性。爆破設(shè)計(jì)以耙道為單元，使底部結(jié)構(gòu)危害減小，爆破時(shí)采取上部拱頂填滿覆蓋緩沖層。上下分段電耙回采順序，上分段采場(chǎng)保證在下分段崩落角影響范圍內(nèi)，實(shí)行強(qiáng)采措施，保證底柱的穩(wěn)固性[4]。二次破碎采取有效方法處理堵塞，開(kāi)采深度增加，應(yīng)將上底柱高度提高到11mm提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性。保護(hù)好漏斗檐是提高底部結(jié)構(gòu)的主要措施。底部結(jié)構(gòu)流通性是出礦暢通性能，與出礦方式等有關(guān)。

礦石塊度影響流通性大小，各礦山采用年擠壓崩礦后，可保持良好流通性。根據(jù)確定合格塊度尺寸設(shè)計(jì)底部結(jié)構(gòu)參數(shù)，加大部分參數(shù)使流通性能增加。電耙巷道2.4m×2.5m，斗井2.4m×m2.4×2m，塹溝巷道2.2m×2.4m，上底柱高11m。斗串寬度加大到3m。礦石流從斗井，漏斗檐流到電耙道底板，礦石散落寬度影響礦石流通性，漏斗檐長(zhǎng)增大為0.8m～1.2m，礦石流通性增大。采取加大電耙，增大礦石流通性。如耙距縮短為25m取得良好效果[3]。

3 全面采礦法底部結(jié)構(gòu)與出礦方式研究

全面采礦法是空?qǐng)霾傻V法，主要特點(diǎn)是在中段把礦體劃分為礦塊，主要有點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、采礦成本低。目前有些礦山使用鏟運(yùn)機(jī)出礦，采場(chǎng)主要使用電耙耙礦采礦方式，應(yīng)用中存在耙礦效率低，施工難度大；使用木漏斗存在安全隱患。耙斗裝巖機(jī)適用于水平角小于35°的斜井上山，廣泛應(yīng)用于金屬礦、鐵路涵洞等工程建設(shè)。機(jī)器電氣設(shè)備可用于有煤塵礦井中。耙斗裝巖機(jī)主要由固定楔、操縱機(jī)構(gòu)、進(jìn)料槽等部分組成。

耙斗裝巖機(jī)臺(tái)車安裝絞車的2個(gè)滾筒，牽引主繩，通過(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)將巖石扒進(jìn)料槽內(nèi)，在卸載槽尾部卸料口把礦石卸入礦車。傳統(tǒng)底部溜井放礦結(jié)構(gòu)由采場(chǎng)溜井、木漏斗等組成。通過(guò)溜井口木漏斗將礦石放至礦車，人行通風(fēng)田徑高度為8m～10m，放礦口使用木漏斗。使用耙斗裝巖機(jī)底部溜井放礦結(jié)構(gòu)采用電耙將采場(chǎng)礦石扒至切割平巷內(nèi)，將礦石扒高通過(guò)耙斗裝巖機(jī)卸載槽裝車，底部結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)輸平巷，切割平巷處于相同水平；采切工程量少。

4 金屬礦山工程底部結(jié)構(gòu)應(yīng)用選擇

目前我國(guó)大力發(fā)展地下空間解決城市建設(shè)用地規(guī)模擴(kuò)大的問(wèn)題，為避免露天采礦對(duì)居住環(huán)境的影響，礦業(yè)中地下空間發(fā)展具有極大前景。溜破系統(tǒng)中的溜井是礦山用于礦石運(yùn)輸?shù)牡叵驴臻g，關(guān)系礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的形成。目前國(guó)內(nèi)地下溜破系統(tǒng)礦山設(shè)計(jì)規(guī)模多樣，地下礦山溜破系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溜破系統(tǒng)如何快速施工成為礦山基建期的首要任務(wù)，隨著目前礦山機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用，為地下礦山溜破系統(tǒng)快速施工提供良好的基礎(chǔ)。

大紅山鐵礦位于玉溪市新平彝族[5]。從礦區(qū)經(jīng)新平公路距離260km，對(duì)外交通方便。礦區(qū)標(biāo)高600m～1850m，網(wǎng)狀溝谷發(fā)育。河水流量受降雨量控制，年降雨量700mm～1200mm。大紅山礦區(qū)鐵銅資源豐富，2006年建設(shè)并通過(guò)驗(yàn)收一期鐵礦400萬(wàn)t/a工程；曼崗河以東的I號(hào)鐵銅礦帶金屬量豐富，利用現(xiàn)有鐵礦已形成的開(kāi)拓運(yùn)輸工程較易進(jìn)行升級(jí)勘探。二期鐵礦400萬(wàn)t/a工程開(kāi)采對(duì)象為400m標(biāo)高以下的Ⅱ1礦組。開(kāi)采對(duì)象分成兩大部分—合采部分與分采部分。在以往礦山建設(shè)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)建設(shè)。

溜破系統(tǒng)施工過(guò)程中，井下破碎大硐室、輔助系統(tǒng)的快速施工等都是困擾礦山建設(shè)的大問(wèn)題，由于溜破系統(tǒng)在使用容易被溜下的礦石破壞，對(duì)生產(chǎn)造成極大的安全隱患。漣邵建工司和湖南科技大學(xué)在玉溪大紅山礦業(yè)有限公司溜破系統(tǒng)建設(shè)中進(jìn)行大量的技術(shù)改造，解決溜破系統(tǒng)建設(shè)與修復(fù)中的施工難點(diǎn)，保證了溜破硐室安全、快速開(kāi)挖，在行業(yè)內(nèi)多個(gè)礦山得到推廣應(yīng)用。項(xiàng)目自2014年3月開(kāi)展工作以來(lái)，技術(shù)人員密切協(xié)作，于2016年10月完成全部施工工程，取得了突出的技術(shù)效果。完成的主要工作包括溜井系統(tǒng)的安全快速施工技術(shù)及應(yīng)用；地下礦山大型溜破系統(tǒng)建設(shè)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，研究成果應(yīng)用后產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益；作業(yè)人員在安全區(qū)域施工，取得了良好的社會(huì)效益，為礦山資源節(jié)約、持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐[6]。

礦產(chǎn)資源深部開(kāi)采是礦山企業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，礦石通過(guò)溜井從上部巷道溜送至下部，有助于礦山提高運(yùn)送效率。溜井施工主要難點(diǎn)在于提升出碴?？刹捎靡澡弾r爆破為主的普通施工法。傳統(tǒng)豎井施工方法施工工序較多，施工速度慢。為了安全快速掘進(jìn)各類溜井，在大紅山鐵礦400萬(wàn)t/a二期采礦工程溜破系統(tǒng)溜井建設(shè)中，克服普通法施工復(fù)雜，安全隱患多等不足，施工完成了切割天井。上下水平的溜井需要同時(shí)施工，礦倉(cāng)施工中產(chǎn)生巖石可能落入下一水平的破碎硐室，在上、下水平的礦倉(cāng)連接處設(shè)置封堵結(jié)構(gòu)。確保了溜井礦倉(cāng)與破碎硐室平行施工的安全性。漣邵建設(shè)工程公司地下礦山大型溜坡系統(tǒng)建設(shè)成套技術(shù)應(yīng)用獲得冶金礦山科技獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

布置底部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前要調(diào)查了解礦石穩(wěn)固性，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選取合理的底部結(jié)構(gòu)。必須研究回采礦塊鑿巖方式，礦塊下部鉆鑿深度在20m以下，鉆機(jī)布置在硐室中可降低切割工程量。從分段鑿巖巷道鉆向深孔合理。底部受礦結(jié)構(gòu)確定后，考慮底部結(jié)構(gòu)中采準(zhǔn)，鉆鑿工作總量，選擇不同形式底部結(jié)構(gòu)比較放礦勞動(dòng)與材料消耗較小方案。開(kāi)采地質(zhì)條件復(fù)雜啊礦床，綜合考慮影響經(jīng)濟(jì)效果作用的因素。某些礦山企業(yè)可每米采準(zhǔn)切割巷道分?jǐn)偟V塊儲(chǔ)量，每平安方米礦塊面積分?jǐn)偛蓽?zhǔn)切割巷道量。考慮選用底部結(jié)構(gòu)承受崩落礦石壓力，采用爆破法爆破巷道維持穩(wěn)固狀態(tài)。采準(zhǔn)時(shí)保證最小勞動(dòng)消耗，礦石損失貧化最小。

地下溜破系統(tǒng)建設(shè)是金屬礦山重要的開(kāi)拓工程，地下溜破系統(tǒng)是儲(chǔ)運(yùn)礦石的咽喉要道。金屬礦山采用地下溜破系統(tǒng)放礦具有節(jié)省轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備、生產(chǎn)管理方便特點(diǎn)。地下溜破系統(tǒng)的建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)、隱含著大量施工事故風(fēng)險(xiǎn)。上下水平的溜槽要同時(shí)施工，上個(gè)水平的溜槽施工中產(chǎn)生的巖石會(huì)落入下一水平的溜槽，必須在上下水平的溜槽連接處設(shè)法抵抗巖石沖擊的封堵結(jié)構(gòu)。抵抗上水平巖石的動(dòng)力沖擊，封堵結(jié)構(gòu)應(yīng)該具抗巖石瞬時(shí)的沖擊性。

工字鋼架豎直固定在硐室內(nèi)，工字鋼架靠近上水平溜槽另一側(cè)設(shè)有豎直的鋼板，枕木上設(shè)有多個(gè)空穴，鋼板與工字鋼架間設(shè)有多個(gè)彈簧，彈簧的一端穿過(guò)空穴固定在鋼板上，鋼套管一端固接在工字鋼架。枕木與砌體封堵墻空間內(nèi)填充破碎矸石。在建溜破系統(tǒng)抗巖石沖擊的封堵結(jié)構(gòu)中，底板及兩幫設(shè)巖窩，工字鋼架包括若干根水平工字鋼和若干根豎直工字鋼，豎直工字鋼位于同一垂直平面內(nèi)，水平工字鋼焊接在豎直工字鋼靠鋼板側(cè)，豎直工字鋼的兩端插入硐室頂板和底板的巖窩。硐室的頂板和底板上的巖窩與兩幫的巖窩處于前后垂直平面內(nèi)。砌體封堵墻內(nèi)設(shè)有若干壓力傳感器。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)作業(yè)環(huán)境差，作業(yè)成本高的難題，湖南漣邵建設(shè)工程（集團(tuán)）有限責(zé)任公司聯(lián)合開(kāi)展“井下大型溜破系統(tǒng)建設(shè)與修復(fù)成套關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”項(xiàng)目，提出了安全快速溜井系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)，利用小導(dǎo)硐通風(fēng)排矸進(jìn)行正掘擴(kuò)挖成巷，采取加固擴(kuò)孔中心管、循環(huán)鉆灌成孔、鋼模液壓系統(tǒng)保護(hù)裝置等多項(xiàng)新技術(shù)措施提高了掘進(jìn)施工安全質(zhì)量，具有鉆井工藝簡(jiǎn)單、成井速度快等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)生了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。提出了改進(jìn)的礦倉(cāng)底部結(jié)構(gòu)，避免了溜井施工對(duì)下部破碎硐室施工的影響。