劉慶喜 朱國(guó)濤 曹 勇

(五礦邯邢礦業(yè)安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司)

吳集鐵礦-200 m中段礦柱安全回采試驗(yàn)*

劉慶喜 朱國(guó)濤 曹 勇

(五礦邯邢礦業(yè)安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司)

吳集鐵礦-200 m中段以上一步驟采場(chǎng)基本回采完畢，正在進(jìn)行充填，為了保證生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)銜接和積累二步驟礦柱回采經(jīng)驗(yàn)，急需開展-200 m中段礦柱回采試驗(yàn)。結(jié)合賦存條件、礦柱特征，采用分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?，順利?shí)現(xiàn)安全高效回采，為其他中段礦柱回采提供技術(shù)參考。

礦柱回采 分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?充填體強(qiáng)度

吳集鐵礦(北段)礦體為大型隱伏沉積礦床，主礦體為Fe2，其余為零星小礦體，南起16線，北至48線，沿走向南北長(zhǎng)3 000多m，東西寬150～300 m，礦體一般厚25～50 m，上覆巖體為160 m左右第四系，其中第四系流沙層含有豐富裂隙承壓水，礦區(qū)地表為農(nóng)田、村莊、溝渠、河流等，由于礦山開采不允許地表塌陷和移動(dòng)，因此，采用階段空?qǐng)龀涮畈傻V方法。-200 m中段礦體為豎井開拓，設(shè)計(jì)采礦生產(chǎn)能力為99萬(wàn)/a，采用分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，將礦塊劃分為礦房、礦柱，中間不留間柱，分兩步驟回采，先采礦房，充填后再采礦柱。采用分段鑿巖全階段一次爆破，采場(chǎng)回采結(jié)束后，全階段一次充填。開采礦體為-150～-200 m中段礦體，采場(chǎng)階段高度為50 m，寬16～20 m，25～30 m，由于-150 m 中段采用淺孔留礦階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，-200與-150 m中段礦房、礦柱相對(duì)應(yīng)，造成-200 m 中段礦房、礦柱劃分不等，采場(chǎng)長(zhǎng)為礦體水平厚度(35～40 m)，在-150～-200 m中段留4 m厚的頂柱，即-200 m中段采場(chǎng)從-193m水平采至-154 m水平，采高為39 m。-150 m中段為充填回風(fēng)水平,-163，-183 m為鑿巖水平,-193 m水平為塹溝底部結(jié)構(gòu),-200 m水平為有軌運(yùn)輸水平。

1 礦柱回采要求

1.1 回采原則

(1)地表不允許塌陷，需要保護(hù)，同時(shí)礦體上覆厚大第四系含有流砂層，開采頂板不允許有較大的變形或垮塌。

(2)礦柱回采方法安全可靠，工藝簡(jiǎn)單，爆破震動(dòng)小，對(duì)充填體破壞小。

(3)充分利用已有設(shè)備、工程，新增工程量少，投資最低。

(4)礦柱礦量一般占礦塊的20%～50%，除永久損失外，應(yīng)盡量及時(shí)回采，延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限，增加經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[1]。

1.2 一步驟采場(chǎng)充填體強(qiáng)度要求

-200 m中段礦柱比較適宜采用充填法。而二步驟礦柱回采只能靠一步驟采場(chǎng)充填體、采場(chǎng)頂?shù)装搴蜕舷卤P圍巖支撐，一步驟采場(chǎng)充填體強(qiáng)度大小及穩(wěn)定性直接影響二步驟礦柱安全高效回采。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外充填體強(qiáng)度研究成果和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通常只要求充填體能夠自立即可。充填體強(qiáng)度關(guān)系到礦山開采安全和充填成本，為了選擇合適充填體強(qiáng)度，采用常見的Thomas計(jì)算法、蔡嗣經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式法和巖石力學(xué)覆巖承重計(jì)算法等[2]。

根據(jù)回采工藝和采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，Thomas計(jì)算法計(jì)算礦山開采所需要充填體強(qiáng)度值為0.25～0.41 MPa；蔡嗣經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算礦山開采所需要充填體強(qiáng)度值為0.5 MPa；巖石力學(xué)覆巖承重計(jì)算法計(jì)算礦山開采所需要充填體強(qiáng)度值為0.63～0.65 MPa，為了保證礦柱回采充填體的穩(wěn)定以及爆破影響，充填體強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)取2.0。綜合上述分析，充填體強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為0.5～1.3 MPa。但是充填體所需要的強(qiáng)度與其所處的應(yīng)力環(huán)境有關(guān)，考慮相鄰中段充填體之間的應(yīng)力傳遞，此時(shí)，維系充填體穩(wěn)定需要的強(qiáng)度必有較大幅度提高，根據(jù)長(zhǎng)沙礦山研究院對(duì)李樓-吳集鐵礦井下大型采場(chǎng)開采過(guò)程中穩(wěn)定性參數(shù)研究成果，綜合以上因素，充填體設(shè)計(jì)強(qiáng)度合理值確定為2 MPa，即充填灰砂比為(1∶4)～(1∶8)，二步驟礦柱就能夠滿足安全回采技術(shù)要求。

二步驟采場(chǎng)礦柱兩側(cè)B10和B14采場(chǎng)充填灰砂比為(1∶4)～(1∶8)，B10采場(chǎng)充填體28 d平均抗壓強(qiáng)度值為1.51～2.99 MPa，60 d平均抗壓強(qiáng)度值為1.75～3.43 MPa，充填體取芯測(cè)試平均抗壓強(qiáng)度值3.21～4.80 MPa；B14采場(chǎng)充填體28 d 平均抗壓強(qiáng)度值為1.26～2.40 MPa，60 d平均抗壓強(qiáng)度值為1.49～2.63 MPa，充填體取芯測(cè)試平均抗壓強(qiáng)度值為2.19～5.24 MPa。

綜上所述，實(shí)際充填體壓力測(cè)試強(qiáng)度值遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)，二步驟礦柱可以安全回采。

2 回采方法選擇

-200 m中段一步驟礦房采用分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ǎ?193 m水平集中出礦，采用雙側(cè)出礦平底塹溝結(jié)構(gòu)，其他水平布置鑿巖巷。結(jié)合現(xiàn)有工程、已有設(shè)備、礦柱特征等綜合因素考慮，確定-200 m 中段二步驟礦柱宜采用分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?，采?chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與一步驟采場(chǎng)相同，但二步驟采場(chǎng)兩側(cè)是充填體，為了確保回采安全，遵循隔三采一的原則回采，采礦方法示意見圖1。

圖1 -200 m中段礦柱采礦方法示意

3 礦柱回采試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)采場(chǎng)概況及結(jié)構(gòu)參數(shù)

本次選擇-200 m中段B12采場(chǎng)為二步驟試驗(yàn)采場(chǎng)，B12采場(chǎng)兩側(cè)為B10、B14采場(chǎng)的充填體，采場(chǎng)寬20 m，高43 m，下部為7 m底柱，上部為4 m頂柱，頂柱上部為-150 m中段B8和B6采場(chǎng)之間的12 m間柱及B6采場(chǎng)的充填體。礦體呈似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀較陡，傾角為71°～87°，向西傾斜。礦體在-193 m水平厚度為33 m，在-150 m水平厚度為47 m，平均厚41 m，平均品位為27.76%。采用平行剖面法計(jì)算，-193～-150 m水平總礦量為9.2萬(wàn)t，金屬量為25 539.2 t，其中采場(chǎng)頂板留4 m頂柱，礦量為1.29萬(wàn)t，底部結(jié)構(gòu)礦量為1.37萬(wàn)t，合計(jì)2.66萬(wàn)t，金屬量為7 384.16 t，頂柱和底部結(jié)構(gòu)礦量占采場(chǎng)總礦量的28.92%。

3.2 采切工程布置

-200 m中段礦柱主要采準(zhǔn)工程包括高、低溜井，進(jìn)回風(fēng)井，-193 m水平為出礦水平，采用平底溝出礦結(jié)構(gòu)，包括出礦進(jìn)路、出礦橫巷、受礦巷、下盤沿脈巷，以及其他分段下盤沿脈巷、鑿巖巷、切割巷、切割井、回風(fēng)巷等工程[3]，大部分工程在一步驟礦房回采已經(jīng)形成，二步驟礦柱回采需要施工-193 m水平平底塹溝出礦結(jié)構(gòu)的受礦巷、出礦進(jìn)路、分段鑿巖巷、切割巷、切割井。

3.3 回采工作

二步驟礦柱回采的關(guān)鍵是對(duì)一步驟充填體礦柱保護(hù)，減少充填體垮塌和混入，控制采場(chǎng)大塊率。因而合理確定爆破參數(shù)、礦柱回采護(hù)壁留取厚度起到至關(guān)作用。采用正交試驗(yàn)法對(duì)影響二步驟回采效果和充填體穩(wěn)定的主要因素進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)。

在分段鑿巖進(jìn)路內(nèi)，利用YGZ-90型鑿巖機(jī)配φ60 mm鉆頭鑿垂直上向扇形炮孔，孔網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化為排距1.5 m，孔底距1.7～2.5 m，邊孔角40°～50°，上下分段孔間距0.5 m。炮孔孔底至充填體之間預(yù)留0.5～1.5 m間柱，根據(jù)試驗(yàn)要求,每個(gè)分段需試驗(yàn)爆破27排。

采用BQF-100型裝藥器裝藥，粒狀粘性乳化銨油炸藥，起爆裝置放入孔底，孔口不裝藥，炮泥堵塞。采用非電雷管排間微差爆破，自-163 m分段切割橫巷開始，以切割天井為自由面擴(kuò)槽爆破，切割槽形成后再爆破鑿巖進(jìn)路。整個(gè)采場(chǎng)應(yīng)遵循自上而下的爆破順序，上分段進(jìn)路爆破應(yīng)超前下分段。崩礦步距為2～3排，即3 m，必要時(shí)可為4～5排。炮孔崩礦量為6～7 t/m，采場(chǎng)崩礦量1 100 t/次，炸藥單耗為0.32 kg/t，采場(chǎng)大塊率為5.6%。B12采場(chǎng)爆破參數(shù)通過(guò)正交試驗(yàn)法優(yōu)化，孔徑為60 mm，排距為1.5 m，孔底距為2.3 m，炮孔至充填體間距為0.5～0.7 m，一次崩礦2排。采場(chǎng)采用2 m3電鏟出礦，單班效率可以達(dá)到200 t/臺(tái)班，采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力為328 t/d。

3.4 充填工作

充填工程布置在-150 m中段水平，由-150 m中段至上盤巷經(jīng)充填聯(lián)巷通過(guò)充填井進(jìn)入B12采場(chǎng)的空?qǐng)觥Ｓ捎诙襟E采場(chǎng)兩側(cè)都為充填體，為保證充填聯(lián)巷和充填鉆孔施工安全，必須在B12采場(chǎng)回采爆破前，提前施工完充填聯(lián)巷和充填井[4]。二步驟采場(chǎng)充填體所需要的強(qiáng)度理論上比一步驟強(qiáng)度低，灰砂比可以較小，一般采用低強(qiáng)度的膠結(jié)充填體即可，要求充填體28 d強(qiáng)度不小于0.8 MPa，即充填料配比為(1∶10)～(1∶12)。

采場(chǎng)礦石出完后，對(duì)進(jìn)路、各分層鑿巖巷澆筑堵墻封堵，雙層鋼筋澆筑混凝土，厚500 mm，擋墻位置需距采空區(qū)邊界4 m以上，充填擋墻預(yù)留一口，方便對(duì)擋墻內(nèi)側(cè)素噴50 m密封，擋墻底部每上1 m布置2個(gè)臨時(shí)脫水管兼觀察管，在采場(chǎng)內(nèi)敷設(shè)2條適當(dāng)直徑的波紋脫水塑料管排水。在采場(chǎng)頂部進(jìn)行多點(diǎn)下料充填，保證充填料充分接頂。充填作業(yè)開始階段，一次充填高度控制在1.3 m以內(nèi)，保證充填擋墻的穩(wěn)定，待充填體凝固后，方可繼續(xù)充填。充填面超過(guò)充填擋墻最高點(diǎn)后，一次充填高度在2 m以內(nèi)，但以充填體表面無(wú)積水為原則。

3.5 試驗(yàn)結(jié)果

首次爆破試驗(yàn)取得較好效果，采場(chǎng)爆堆基本沒(méi)有大塊，充填體基本沒(méi)有垮塌和混入，從而提高出礦效率，降低采礦成本，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。證明分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘▽?shí)現(xiàn)吳集鐵礦-200 m中段礦柱安全高效回采。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)B12采場(chǎng)回采過(guò)程中，未出現(xiàn)充填體大面積垮塌，護(hù)壁比較完整，礦柱回采參數(shù)合理可行，達(dá)到預(yù)期效果。B12采場(chǎng)地質(zhì)礦量7.91萬(wàn)t，底柱礦量1.32萬(wàn)t，順利采出礦石5.64萬(wàn)t，礦石回采率為71.3%，貧化率為6.09%。分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄔ趨羌F礦-200 m中段礦柱回采試驗(yàn)獲得成功。

(2)B12采場(chǎng)回采結(jié)束已超過(guò)9個(gè)月，未發(fā)現(xiàn)采場(chǎng)兩側(cè)充填體及圍巖大面積冒落和垮塌。通過(guò)采場(chǎng)采空區(qū)三維激光掃描，2014年6月—2015年3月，空?qǐng)鲶w積增大800 m3，基本沒(méi)有太大的變化。

(3)吳集鐵礦-200 m中段B12采場(chǎng)試驗(yàn)獲得成功，為-400 m中段大結(jié)構(gòu)采場(chǎng)二步驟礦柱回采提供了強(qiáng)有力的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)支撐。

[1] 汪旭光．爆破設(shè)計(jì)與施工[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2013．

[2] 于亞倫．工程爆破理論與技術(shù)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2004．

[3] 劉殿中．工程爆破實(shí)用手冊(cè)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1999.

[4] 朱紅兵．空氣間隔裝藥爆破機(jī)理及應(yīng)用研究[D]．武漢：武漢大學(xué)，2006．

[5] 張志呈，王成端．裝藥結(jié)構(gòu)影響爆破效果的試驗(yàn)分析[J]．爆破，1991,8(2):1-4.

Safety Stoping Test of the Pillar of -200 m Section in Wuji Iron Mine

Liu Qingxi Zhu Guotao Cao Yong

(Anhui Mining Development Branch, Minmetals HanXing Mining Co. ,Ltd.)

The first step stope above the -200 m section in Wuji iron was finished basically, the filling work is conducted now. In order to ensure the production stable and accumulate the stoping experience of the second step pillar, it is necessary to conduct the stoping test of -200 m section pillar. Combing with the occurrence conditions and pillar characteristics, the sublevel drilling open stoping in stage with subsequent filling method is adopted, therefore, the object of safety mining with high efficiency is realized, it can provide technical reference for stoping the other section pillars.

Pillar stoping, Sublevel drilling open stoping in stage with subsequent filling method, Strength of filling body

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào):2013BAB02B04)。

2015-08-05)

劉慶喜(1972—)，男，助理工程師，237262 安徽省六安市。