多單元房柱采礦法在復(fù)雜多變礦體中的實踐應(yīng)用

摘 要：緩傾斜薄至中厚礦體的回采方法主要為傳統(tǒng)的房柱法回采，采用該方法對礦體地質(zhì)條件復(fù)雜多變、厚度不均勻的礦體進(jìn)行回采存在安全管理難度大、采礦效率低和貧損“兩率”高等很多問題。本文通過優(yōu)化房柱采礦法工藝，對礦體厚度變化大的礦體因地制宜，優(yōu)化礦房結(jié)構(gòu)參數(shù)并調(diào)整回采工藝，采用多單元分段回采工藝，解決了復(fù)雜多變的緩傾斜礦體的回采難題，是一種適合該類型礦體回采的方法，達(dá)到了安全、高效、經(jīng)濟且合理的采礦目的，滿足了企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的要求。

關(guān)鍵詞：多單元；復(fù)雜多變；切割槽；頂板維護(hù)

中圖分類號：TD 85" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 地質(zhì)概況

本文所述公司土堆礦區(qū)礦段共圈定34個礦體。巖石以花崗巖為主，巖石硬度中等，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要包括一條構(gòu)造，以斷裂構(gòu)造為主，為NW走向。區(qū)內(nèi)礦體主要為緩傾斜薄至中厚礦體，礦體形態(tài)主要為構(gòu)造控制的層狀礦體，礦體內(nèi)構(gòu)造穿插較多，采場內(nèi)局部區(qū)域構(gòu)造交叉礦體相對富集，厚度為2m～10m，形態(tài)為“雞窩狀”的占30%以上，金品位1.25～10.33×10-6，平均3.10×10-6，品位變化系數(shù)為82%，屬有用組分分布均勻礦體。T4-6號礦體為本區(qū)典型的該類型礦體，占本礦段資源量的11.2％，礦體傾角5°～14°，平均為15°，礦體厚度在2m～10m，平均3.2m，局部富集地帶，礦體厚度在6m～8m，呈中間高、四周逐漸降低的趨勢。

2 采礦方法

本文針對礦體厚度不均勻的特點，在原房柱法基礎(chǔ)上改進(jìn)回采工藝，采用多單元房柱法嗣后充填采礦法，對不同的礦體厚度優(yōu)化調(diào)整了采場的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以達(dá)到安全、高效生產(chǎn)的目的。

2.1 礦塊構(gòu)成要素

針對礦體厚度變化不均勻、局部富集區(qū)域厚度逐漸變厚的情況，根據(jù)探礦工控制的礦體產(chǎn)狀，通過切割工程將礦塊劃分為多單元礦房。礦房垂直走向布置，長度為80m，中段高度為30m，采場長度為礦體的斜長50m～70m。礦柱留設(shè)規(guī)定，當(dāng)?shù)V體厚度在5m以下時，采場內(nèi)每隔10m～15m留設(shè)不小于3m×3m的礦柱維護(hù)采空區(qū)。當(dāng)?shù)V體厚度﹥5m時，采場內(nèi)每隔6m～10m留設(shè)≧（5m×3m）的礦柱。當(dāng)頂板破碎不穩(wěn)固時，可根據(jù)實際情況縮小礦柱間距，增大礦柱尺寸提高支撐能力，在采場留設(shè)5m底柱。

2.2 采準(zhǔn)切割工程

針對礦體厚度的不均勻性，為安全、高效回采局部厚度﹥5m的礦體，切割上山間距縮小至每隔20m施工一條，聯(lián)通上、下切割平巷，規(guī)格為2.0m×2.0m，以利于行人、通風(fēng)、運搬設(shè)備或材料，并作為回采時的自由面。當(dāng)上山掘進(jìn)至礦體富集區(qū)域（厚度大于5m）時，上山繼續(xù)沿礦體底板掘進(jìn)至上部切割平巷。

脈外采準(zhǔn)工程是在礦體底板下部5m巖體內(nèi)沿走向掘進(jìn)出礦平巷，規(guī)格為2.4m×2.2m。采場底部每條切割上山附件各設(shè)置1條規(guī)格為1.5m×2.5m的人行通風(fēng)井和1條規(guī)格?2m的溜礦井。

切割工作從切割上山完成挑頂開始，以切割上山為自由面，將切割上山上挑至礦體邊界，形成切割槽[1]。

當(dāng)?shù)V體傾角﹥30°時，為了便于采場內(nèi)人員進(jìn)行鑿巖、出礦等工作，可將切割上山偽傾斜布置，偽傾斜上山與礦體走向角度為20°～60°，可降低施工上山角度，提高作業(yè)效率。

2.3 回采作業(yè)

采用淺孔落礦、盤區(qū)順序式回采方式，單個采場回采順序以切割上山為自由面，順傾斜“V”形工作面后退式回采，以減少回采空區(qū)帶來的安全隱患。為提高回采效率，將每個礦塊劃分為多個單元小采場進(jìn)行回采，各采場有單獨的出礦系統(tǒng)，可同時進(jìn)行回采[2]。礦石通過電耙耙至溜井后下放到采場溜礦井，礦石經(jīng)振動放礦機裝入礦車，再由礦車運至計量硐室后經(jīng)箕斗提到地表。

在回采過程中，根據(jù)礦體實際厚度，分為3類情況。1）厚度為0.8m～1.5m，按照礦體實際厚度，采用薄脈薄采方案；礦體厚度1.5m～2.5m時，按照全斷面一次性回采。2）厚度﹤0.8m時，應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟盈虧平衡點計算。達(dá)到回采成本平衡點的采用分采分爆回采方案，回采順序為掘進(jìn)小規(guī)格巷道為拉底工程，回采方式為先抽廢石后采礦，以實現(xiàn)礦廢在時間上和空間上的分離。3）厚度大于2.5m時，采用上向分層留礦法回采，先采下層，再采上層。采用留礦法在采場內(nèi)預(yù)留30%的礦石。經(jīng)平場后，控制礦堆到采場頂板的距離為2m左右，便于工人鑿巖作業(yè)即可?；夭赏曜钌蠈拥V體后，進(jìn)行錨桿全支護(hù)，以控制頂板穩(wěn)定性（如圖1所示）。隨著回采工作面的推進(jìn)，為做好頂板維護(hù)，采用頂板錨桿預(yù)控頂技術(shù)，每回采一個循環(huán)5m～6m后，進(jìn)行采場頂板錨桿全支護(hù)，支護(hù)完成后開始下一個循環(huán)采礦作業(yè)。

2.4 鑿巖爆破

水平炮孔采用YT-28型鑿巖機落礦，上、下炮孔采用YSP—45型鑿巖機鉆鑿落礦。礦體gt;5m時采用分層回采方案，采場內(nèi)預(yù)留30%礦石作為下次鑿巖作業(yè)平臺[3]。使用2號巖石乳化卷狀炸藥，藥卷長330mm，直徑32mm，質(zhì)量300g，使用數(shù)碼雷管進(jìn)行微差爆破。

在多單元礦塊連續(xù)回采采礦法中控制爆破的集中和大塊率是提高運搬效率的最關(guān)鍵因素。為使爆堆集中，達(dá)到理想爆破效果，采用拋擲爆破技術(shù)，崩落礦石的最佳拋擲位置應(yīng)在切割上山附近，有利于提高電耙的出礦效率。崩落礦石拋出距離L（m）由爆力拋擲距離l1和重力拋擲距離l2組成，如公式（1）、公式（2）所示。

（1）

式中：l1為崩落礦石爆力作用下所增加的運距，m；l2為崩落礦石自由落體下的運距，m；M為崩落礦體厚度，取2.5m；α為礦體底板傾角，取15°；n為爆破作用指數(shù)，取1.25；W為最小抵抗線，取0.8m。

（2）

式中：f為動阻力系數(shù)，取0.8。

因此由公式（1）、公式（2）可得公式（3）。

（3）

通過上述分析，礦石爆破拋擲距離為6m是最佳位置，便于爆堆集中。

在實際生產(chǎn)中，本文設(shè)計了回采作業(yè)爆破參數(shù)優(yōu)化方案，不斷實踐并優(yōu)化。炮眼排列布置按照梅花形交錯布置，炮眼直徑d取38mm～42mm，炮眼深度l取1.2m～2.5m。最小抵抗線w和眼間距離a一般用公式（4）確定。

w=（0.35～0.6）l或w=（25～30）d

a=（1～1.5）w" " " " "（4）

炮眼的排距b通常與最小抵抗線相同。本文確定炮眼排距為0.6m～0.8m，孔距0.7m～1.1m，眼深2.3m，炸藥密度為0.6kg/m～0.7kg/m，采用反向連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。起爆順序為以距自由面最近的炮眼為第一排，按排間微差依次起爆。爆破步距應(yīng)滿足出礦設(shè)備，使其充分發(fā)揮生產(chǎn)能力。一次爆破8～10排炮眼，采高小取較小值，否則取較大值。經(jīng)實踐，該設(shè)計為優(yōu)化后的最佳爆破參數(shù)，可達(dá)到爆破相對集中、塊度均勻、大塊率在5%以內(nèi)的目的。

2.5 采場通風(fēng)防塵

在施工地點采用混合式通風(fēng)方式，將主豎井作為進(jìn)風(fēng)井。對于通風(fēng)線路，施工地點的新鮮風(fēng)流由礦區(qū)主豎井進(jìn)入井下各中段，經(jīng)采場入口進(jìn)入采場工作面。污風(fēng)清洗工作面后排至上部回風(fēng)巷道，經(jīng)回風(fēng)井排至地表。風(fēng)機采用11kW軸流式風(fēng)機，采場內(nèi)采用軟質(zhì)風(fēng)筒，出礦時及時將風(fēng)筒拆到安全地點。

2.6 采場出礦

采場內(nèi)采用功率30kW、型號為2DPJ-30的電耙，配容積0.3m3耙斗出礦，耙運距離為50m～60m，臺班綜合效率為50t～80t/臺·班。采用0.75m3礦車運輸至中段溜井后倒入計量硐室，經(jīng)箕斗提升到地表。

下采場出礦時，電耙將崩落的礦石由工作面直接耙運至采場溜井。由于采場溜井儲礦量有限，采場出礦與中段出礦要協(xié)調(diào)工作，避免影響正常的采場作業(yè)循環(huán)。回采工作結(jié)束后，用電耙輔助人工對采場進(jìn)行徹底清理。

3 采場頂板維護(hù)

做好礦體富集區(qū)域不規(guī)則中厚至厚礦體采空區(qū)頂板維護(hù)是確保安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率的重點措施。一方面，根據(jù)頂板分級管理制度，回采時嚴(yán)格按照頂板分級標(biāo)準(zhǔn)，由地質(zhì)技術(shù)人員根據(jù)地質(zhì)現(xiàn)象推斷斷層等構(gòu)造。施工過程中結(jié)合井下現(xiàn)場情況確定頂板等級，按照分級確定錨桿、錨網(wǎng)等支護(hù)方式[4]。另一方面，根據(jù)不同礦體厚度，通過數(shù)值計算結(jié)合實際生產(chǎn)經(jīng)驗總結(jié)，對采場跨度和控制尺寸的優(yōu)化選擇進(jìn)行技術(shù)分析，確定最佳施工參數(shù)，保障生產(chǎn)安全。

3.1 采場跨度的確定

采場跨度是影響采場頂板穩(wěn)定性的重要參數(shù)。根據(jù)巖石力學(xué)理論分析，對層狀礦體構(gòu)成的頂板來說，隨總采場跨度逐漸增大，頂板應(yīng)力顯現(xiàn)規(guī)律增大，頂板巖層彎曲也隨之增大。當(dāng)增至某一數(shù)值后，頂板巖層將發(fā)生折斷和塌落。如果采場頂板發(fā)生彎曲下落，利用梁理論，載荷均布并等于自重的梁，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在梁的兩端防緣點上，其值應(yīng)如公式（5）所示。

δmax=L2r/2h" " "（5）

式中：δmax為巖層（梁）所受最大拉應(yīng)力，t/m2；h為松脫巖層高度，取h=1.5m；r為頂板巖層單位體積重力r=2.87t/m3；L為梁（采場）跨度，m。

一旦δmax大于巖石的抗拉強度，巖石就會發(fā)生破壞。如果要滿足頂板巖層的穩(wěn)定性，則必須滿足公式（6）。

δmax≤δt （6）

式中：δt為頂板巖層巖石的抗拉強度，δt=350t/m2。

整理上述公式可得公式（7）。

L2r/2h≤δt" " （7）

據(jù)此可以推斷采場極限寬度為Lj≤=

=19.1m。將巖石的抗拉強度除以安全系數(shù)，可得采場的允許寬度。根據(jù)巖層穩(wěn)固程度，安全系數(shù)n可取2.0，則Ly≤==13.5m。根據(jù)計算，試驗采場確定寬度≦13m。

3.2 礦柱支護(hù)參數(shù)計算

礦柱計算的總原則是在保證采場空間程度的前提下，礦柱的尺寸為最小。設(shè)計礦柱尺寸時，通常假設(shè)礦柱處于簡單的單向受壓狀態(tài)，因此可根據(jù)公式（8）計算。

n=Sp/δp" （8）

式中：Sp為礦柱強度t/m2；δp為礦柱所受壓應(yīng)力t/m2；n為安全系數(shù)。

理論上認(rèn)為，當(dāng)ngt;1時，礦柱是穩(wěn)定的；當(dāng)nlt;1時，礦柱將破壞。礦柱應(yīng)力與原巖應(yīng)力。開采深度礦柱高度/寬度、采空區(qū)幾何形狀以及礦體傾角等因素有關(guān)，但其中最主要的因素是覆巖應(yīng)力和回采率[5]。根據(jù)采場穩(wěn)定性條件和回采工藝要求，一般房間礦柱采用條帶狀礦柱，礦房回采結(jié)束后，再將條帶狀礦柱切割成間隔礦柱，從而提高礦石的回收率。因此，設(shè)計礦柱尺寸時按照條帶狀礦柱進(jìn)行計算。此時礦柱強度和礦柱所受壓力如公式（9）所示。

Sp=Sc（Bp/Hp）1/2

δp=rH/1-η " （9）

滿足礦柱穩(wěn)定條件。所得礦柱寬度如公式（10）所示。

Bp=[nHp1/2rH/Sc（1-η）]2" （10）

式中：Bp為礦柱寬度，m；Hp為礦柱高度，Hp=3.5m；H為覆蓋巖層厚度，H=235m；Sc為礦柱正方形巖塊試樣的平均抗壓強度，Sc=8895t/m2；η為礦體回采率，η=85%；n為安全系數(shù)，n=2。

將實際參數(shù)代入公式，所得礦柱寬度為Bp=[2×3.51/2×2.87×

235/8895×（1-85%）]=3.6m。

考慮采動影響，最后確定礦柱寬度≧4m。本文對礦體厚度gt;3.5m的礦體采用分層回采時，為提高安全性，選擇礦柱規(guī)格為5m×3m。

4 主要技術(shù)指標(biāo)

主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

根據(jù)技術(shù)統(tǒng)計可知，-10m中段T4-6礦體2個采場生產(chǎn)時間為105d，不計副產(chǎn)礦量，共采出礦塊礦量40470t；單采場生產(chǎn)能力最大為77.1t/臺班；采場日平均出礦量180t/日，平均出礦品位3.62g/t，生產(chǎn)能力比設(shè)計指標(biāo)提高了22%，采礦工效提高了35%。實際生產(chǎn)的各項均優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)的原因是對原來采用的全面采礦法進(jìn)行了優(yōu)化和改革，采取多步驟、多單元和雙機作業(yè)等回采工藝，取得了良好效果，達(dá)到了安全、高效并持續(xù)生產(chǎn)的目的。

5 結(jié)語

本文所述礦區(qū)某礦體屬含金裂隙充填型金礦體。經(jīng)粗略估算，該金礦體共計圈定推斷的內(nèi)蘊經(jīng)濟資源量為874605t，平均品位為3.62×10-6g/t，儲量大、品位好。在某公司生產(chǎn)經(jīng)營中占有較大比重。本文結(jié)合礦山生產(chǎn)進(jìn)行采礦方法工藝的優(yōu)化和改革，對礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)、采切工程布置、底部結(jié)構(gòu)方式、鑿巖爆破、回采工藝以及貧損控制等提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，為礦山生產(chǎn)提供了采礦方法改進(jìn)的技術(shù)依據(jù)，同時也為該公司的發(fā)展提供了參考和借鑒，并使其取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

本文采用采場多單元回采工藝優(yōu)化了采場回采、出礦系統(tǒng)，解決了復(fù)雜難采礦體回采損失率、貧化率高的問題，對延長礦山企業(yè)年限起到了一定作用。還根據(jù)礦山企業(yè)發(fā)展需求，進(jìn)一步促進(jìn)礦山機械化、智能化的推廣應(yīng)用，在本文方法基礎(chǔ)上繼續(xù)優(yōu)化回采工藝，推廣、應(yīng)用鏟運機等機械設(shè)備，從而提高了企業(yè)經(jīng)濟效益。

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