陳義糧，郁富林2

（1.湖南水口山有色金屬集團有限公司， 湖南衡陽市 421513；2.江西小龍鎢業(yè)有限公司， 江西吉安市 343723）

極不穩(wěn)固圍巖松散礦體回采工藝的改進

陳義糧1，郁富林2

（1.湖南水口山有色金屬集團有限公司， 湖南衡陽市 421513；2.江西小龍鎢業(yè)有限公司， 江西吉安市 343723）

摘 要：柏坊銅礦銅鼓塘礦段八中段Ⅵ礦體為軟巖礦體，礦體頂板為溶洞沉積型松散圍巖，底板為煤系層頁巖，礦體和圍巖極不穩(wěn)固，采用傳統(tǒng)進路式水平分層膠結(jié)充填法順序采礦，存在著進路支護量多，垮區(qū)處理次數(shù)多，導致生產(chǎn)效率低，成本高，安全性差。針對八中段的生產(chǎn)條件，掘進井巷時，遇到圍巖松散的垮區(qū)，利用氣腳式鉆機打空心標桿至圍巖中，進行超前支護控頂。在布置采場時，結(jié)合上向或下向進路式水平分層膠結(jié)充填采礦順序特點，提出錯位下向進路式分層膠結(jié)充填法，顯著提高采礦生產(chǎn)效率和作業(yè)安全，且進路支護成本明顯降低。

關鍵詞：極不圍巖松散礦體；超前支護；錯位下向進路式分層膠結(jié)充填法

1 礦床特征與礦石類型

湖南水口山柏坊銅礦銅鼓塘礦床是全國著名的小而富隱伏銅鈾礦床，伴生鈾、銀元素，由Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ四個礦體組成。礦區(qū)位于衡陽盆地南緣與上古生代隆起過渡地帶，祁陽—水口山東西向基底斷裂帶，處于耒陽—臨武南北向構(gòu)造帶的北端和新華夏構(gòu)造體系的交接復合部位，構(gòu)造十分復雜，且斷層、褶皺非常發(fā)育，常見有斷層泥、破碎角礫構(gòu)造等。其中Ⅵ號礦體為礦段規(guī)模最大的礦體，位于Ⅱ號礦體的南東，嚴格受東西向的F22斷層的控制。礦體產(chǎn)于F22斷層上盤石炭系壺天群碳酸鹽構(gòu)造中及下盤二疊系斗嶺組煤系及砂頁巖中，礦體埋深155～230m，礦體走向長250m，延深140m，最大厚度為26.61m，平均厚度為7.76m，礦體傾向為200°，傾角為10° ～30°，礦體呈不規(guī)則的透鏡狀和扁豆狀，且常見分支、膨大縮少現(xiàn)象。礦體平均品位Cu 6.18%，Ag 104.10 g/t。

礦石主要結(jié)構(gòu)以他形粒狀為主，其次為交代殘余結(jié)構(gòu)、結(jié)核狀結(jié)構(gòu)、葉片狀結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造以致密塊狀為主，其次為角礫狀、脈狀、浸染狀、層狀等。礦石自然類型較復雜。礦段上部（-40m標高以上）氧化程度高，代表礦物為孔雀石；中部（-40～-70m標高）為混合礦，以孔雀石、輝銅礦為主；下部（-70m標高以下）則以硫化礦石為主，其代表礦物為輝銅礦。

2 現(xiàn)狀分析

柏坊銅礦到現(xiàn)在已經(jīng)有近50 a的開采歷史。主要礦體為Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、劉家灣礦體。目前除八中段Ⅵ礦體礦石儲量較大點外，其余礦體均開采完畢，礦產(chǎn)資源已近枯竭。Ⅵ礦體上盤為紅色泥巖、砂巖、角礫巖組成，下盤為碳質(zhì)葉巖和灰?guī)r組成，曾先后采用上向水平分層膠結(jié)充填法、下向分層進路膠結(jié)充填法回采八中段底部至一付層以下高品位礦石。現(xiàn)八中段一付層以上Ⅵ礦體未開采部分儲量約2.8 萬t，呈東西走向，礦體傾角10°～30°，礦體厚度1～8m，礦體及圍巖不穩(wěn)固，孔隙水比較發(fā)育，容易形成泥石流，作業(yè)過程中頂板管理比較困難，巷道或開采進路需采用木架支護，導致生產(chǎn)成本比較高，極大影響了作業(yè)效率。由于此處礦體為含量大的泥質(zhì)礦體，每當進路掘至水流比較多的地段就出現(xiàn)泥石流現(xiàn)象，使采礦無法繼續(xù)進行，給生產(chǎn)帶來很大的安全隱患。為了克服這些困難，礦山采用水泥注漿進行堵水加固圍巖的方式處理，而效果并不理想。

3 傳統(tǒng)工藝分析

3.1采礦方法

礦山自1972年全面推廣采用上向或下向水平分層膠結(jié)充填采礦法，目前也是礦山主要的采礦方法，而崩落法只用于無充填系統(tǒng)的殘礦回收。

根據(jù)礦巖的穩(wěn)固程度，上向水平分層膠結(jié)充填采礦法的回采進路規(guī)格一般為（2.0～2.5）m×（2.0～3.0）m，進路長10～30m，坡度10°左右。根據(jù)礦體傾角和厚度的不同，分兩種情況布置進路：當?shù)V體傾角小于30°，厚度大于15m時，采場垂直走向布置；當?shù)V體傾角大于30°，厚度小于15m時，采場沿走向布置。采場可單側(cè)布置，也可采用雙側(cè)布置。

采礦順序為：首先在礦體底板拉底，布置出礦系統(tǒng)、通風系統(tǒng)和行人通道，然后從采場一分層分進路逐條開采，每條進路采完后進行充填，最后待一分層礦體全部采出后，轉(zhuǎn)到上一分層進行采礦。

上向進路式水平分層膠結(jié)充填采礦法優(yōu)點：

（1）進路回采，頂板暴露面積較小，暴露時間較短，回采作業(yè)的安全性易于保證；

（2）巷道規(guī)格及方向靈活多變，適應該礦復雜多變的礦體，故貧化、損失指標較低；

（3）進路出礦比較快，回風較快，污風可較快排出，故一個工作循環(huán)耗時比較短。

上向進路式水平分層膠結(jié)充填采礦法對于比較松軟的礦巖，其優(yōu)點不能較好的體現(xiàn)，采礦進路需要及時支護，支護材料消耗比較多，使得采礦效率和采礦效益都大幅降低，不利于礦山企業(yè)的發(fā)展。

下向進路式水平分層膠結(jié)充填采礦法與上向進路式水平分層膠結(jié)充填采礦法類似，不同之處在于先從礦體頂板往礦體底板開采，其優(yōu)點除了具備上向進路式水平分層膠結(jié)充填采礦法優(yōu)點外，其頂板較上向進路式水平分層膠結(jié)充填采礦法易管理，但是其前期采礦成本較高，第一分層每條進路支護量較多，且每分層需要掘進主電耙道，工程量較大。

3.2巷道掘進支護

柏坊銅礦主要運輸平巷采用混凝土砌碹和錨噴聯(lián)合進行支護，而部分巷道或采場進路采用木材與工字鋼聯(lián)合支護。由于該礦體地質(zhì)條件復雜、礦巖不穩(wěn)定且地壓活動頻繁，許多井巷工程施工至圍巖極不穩(wěn)固區(qū)域時，頂板圍巖出現(xiàn)邊施工邊冒落下來的情形，給作業(yè)帶來極大安全威脅。

4 工藝改進

4.1垮區(qū)處理工藝改進

在井巷掘進或采場進路作業(yè)面，遇松散圍巖易垮落的地段，采用氣腳式鉆機在垮區(qū)端頭面打4m左右無縫鋼管標桿控頂進行超前支護（如圖1所示），形成了一排承接巷道頂板壓力的鋼管抗壓層，然后再向前掘進。每掘進0.5～1.0m時，用普通木架或工字鋼在鋼管鏢尖抗壓層下面支護。如此循環(huán)作業(yè)，便形成了一條穩(wěn)定安全的巷道。

圖1　垮區(qū)支護示意

4.2采礦方法改進

軟弱礦體之所以開采難度大，主要問題是圍巖松軟破碎，巷道容易變形，架木支護量比較多，人工搬運支護材料耗時較多。針對這種情況，通過改進采礦工藝后，可克服這種困難，不僅可節(jié)約大部分支護材料，而且提高了工作進度及采場安全系數(shù)。

本次改進主要通過采用錯位下向進路式分層膠結(jié)充填法（如圖2所示），以兩個分層開采為一個循環(huán)，首先在礦體底板切割人行出礦斗至礦體頂板，接著在礦體頂板施工n-1#進路、充填斜坡道，然后進行進路回采。其次錯位回采n分層與n1分層礦體，采礦順序為先采n-1#進路，接著采n1-1#進路；待n1-1#進路采完，再轉(zhuǎn)到n-2#進路開采；n-2#進路采完，再采n1-2#進路，這樣交替布置進路使得下一分層進路頂板及一側(cè)形成兩面堅固的充填料，形成比較穩(wěn)固的人工圍巖，該人工圍巖減小了進路支護量，給下層礦體的回采提供了一個安全穩(wěn)定作業(yè)環(huán)境，以此類推至采完此兩分層礦。最后按照此方法依次回采下一個循環(huán)至無礦為止。

4.3改進后的效果

改進后的回采方法，每兩個分層可共用一條出礦電耙道，減少切割工程量，節(jié)約出礦電耙道支護成本；減少了下面分層進路支護量，增加了采礦作業(yè)面安全系數(shù)，提高了采礦工作效率。

5 結(jié) 語

本次改進后，從八中段幾個采場的開采情況來看，采礦回收率達到96%以上，取得了良好的采礦經(jīng)濟技術指標。說明本次改進措施切實可行，在本礦區(qū)破碎松軟地段取得理想效果。首先改善了八中段采場作業(yè)環(huán)境，提高了作業(yè)面安全系數(shù)，其次采減少了電耙道掘進量，增加了回采作業(yè)時間，最后對于巖性松軟，減少了支護工程，材料的消耗大幅減少，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

［1]解世俊.金屬礦床地下開采［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1986.

［2]東兆星，吳士良.井巷工程［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2004.

［3]陳昭怡，吳桂英.材料力學［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社，2005.

［4]GB50595-2010.有色金屬采礦設計規(guī)范［S］.

收稿日期：（2016-01-15）

作者簡介：陳義糧（1988-），男，江西萍鄉(xiāng)人，助理工程師，主要從事工作為金屬地下礦山開采，Email：2856317290@qq. com。