龍澤勇,賴 偉,張大偉,張敬斌

(1.四川會理鉛鋅股份有限公司, 四川會理縣 615105;2.國家金屬采礦工程技術研究中心,湖南長沙 410012;3.長沙礦山研究院有限責任公司, 湖南長沙 410012)

軟破礦體底部結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化研究

龍澤勇1,賴 偉2,3,張大偉1,張敬斌1

(1.四川會理鉛鋅股份有限公司, 四川會理縣 615105;2.國家金屬采礦工程技術研究中心,湖南長沙 410012;3.長沙礦山研究院有限責任公司, 湖南長沙 410012)

通過調(diào)查分析會理鋅礦底部結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和存在的問題,針對礦體開采技術條件,提出了無底柱進路步退式鏟運機出礦底部結(jié)構(gòu),并采取噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護巷道,工業(yè)試驗結(jié)果表明,與漏斗式的電耙底部結(jié)構(gòu)相比,采切工程量少并且結(jié)構(gòu)簡單,巷道維護工程量大幅下降,可有效提高出礦效率,降低生產(chǎn)成本,確保安全生產(chǎn)。

軟破礦體;底部結(jié)構(gòu);鏟運機出礦;聯(lián)合支護

0 前 言

底部結(jié)構(gòu)是礦塊結(jié)構(gòu)的重要組成部分,其工程量約占采切工程總量的40%～50%,是回采工藝實施的前提條件,在很大程度上決定采礦方法的礦塊生產(chǎn)能力、勞動生產(chǎn)率、礦石的貧化和損失以及出礦作業(yè)的安全性[1-12]。

某礦山八中段采用漏斗式電耙底部結(jié)構(gòu),主要由電耙道、斗穿、斗井構(gòu)成。斗井和斗穿是崩落礦石進入電耙巷道的通道,由于礦體破碎,雖然斗井和斗穿采取了較強的支護措施,但在放礦初期就遭到破壞,使得礦石流堵滿電耙巷道,影響耙斗正常耙礦作業(yè),造成放礦不均衡,導致放礦貧化損失大。電耙道是電耙搬運礦石至溜井的通道,但電耙底部結(jié)構(gòu)開挖率高,穩(wěn)定性差,在經(jīng)受分層大爆破、大塊爆破、放礦荷載以及地壓作用后,電耙道常發(fā)生垮塌冒斷,在整個放礦期間需經(jīng)過多次維修,部分底部結(jié)構(gòu)維修難度大,不得不放棄放礦,造成大量的資源損失[12]。

會理鋅礦長期采用漏斗電耙出礦底部結(jié)構(gòu),電耙道曾采用鋼筋混凝土整體澆注復合支護,噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護＋鋼筋混凝土整體澆注復合支護[13];鋼筋籠混凝土整體澆筑支護措施[14],巷道穩(wěn)定性得到了提高。但隨開采深度的增加,采場地應力顯著增大,底部結(jié)構(gòu)維護難度進一步提高,底部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性仍未得到改善,因此,單從改變支護形式已難以從根本上解決問題,必須綜合優(yōu)化底部結(jié)構(gòu)及支護形式。在調(diào)查研究的基礎上,提出了無底柱進路步退式鏟運機出礦底部結(jié)構(gòu),配套錨桿＋網(wǎng)＋噴射混凝土支護,并進行了工業(yè)試驗驗證。

1 鏟運機出礦底部結(jié)構(gòu)研究

隨著無軌鏟裝設備的高速發(fā)展,以及鏟運機出礦的突出優(yōu)勢[2,5-6,8-10,15],礦山?jīng)Q定采用鏟運機放礦。為了降低決策風險,驗證鏟運機出礦的可行性,結(jié)合開采技術條件,開展了鏟運機出礦底部結(jié)構(gòu)形式研究。

1.1 設計原則

會理鋅礦巖體穩(wěn)固性差,對礦塊底部結(jié)構(gòu)的要求較為嚴格。因此,礦塊底部結(jié)構(gòu)的選擇及結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定必須考慮以下因素:

(1)根據(jù)礦巖穩(wěn)固程度,選擇相適應的底部結(jié)構(gòu)形式,以保證底柱和底部巷道工程的安全穩(wěn)固;

(2)礦柱礦量和殘礦回收量小,礦石損失貧化率低、回采率高,相關成本低,綜合效益好;

(3)有利于無軌出礦鏟運機設備發(fā)揮最佳效率,以增加采場出礦能力,提高開采強度;

(4)底部結(jié)構(gòu)開挖工程量小,結(jié)構(gòu)簡單,施工方便安全。

1.2 底部結(jié)構(gòu)方案選擇

根據(jù)上述原則、采礦方法、采用的設備以及會理鋅礦的開采技術特點,研究制定了3個技術可行的方案:

方案1——雙側(cè)出礦塹溝底部結(jié)構(gòu);

方案2——接力式單側(cè)出礦塹溝底部結(jié)構(gòu);

方案3——無底柱進路步退式底部結(jié)構(gòu)。

方案1的主要特點是將出礦巷道布置在兩個相鄰采場的中部,為兩個采場服務,施工時首先施工形成出礦巷道,然后再施工出礦進路,進路形成后再施工集礦拉底巷道,在集礦拉底巷道的端頭再施工切割天井,拉底時首先以切割天井為自由面拉槽,然后以拉槽空間為自由面?zhèn)认虮啤３龅V時,鏟運機通過出礦巷道進入出礦進路,鏟裝礦石后退出出礦進路,將礦石運搬至采區(qū)溜井。

方案2的主要特點是采場之間連續(xù)推進,前一采場的出礦巷道作為后續(xù)采場的集礦拉底巷道,由于工程地質(zhì)條件差,巖體不穩(wěn)固,出礦周期長,布置時考慮到隨出礦工作的進行,出礦進路眉線維護困難,集礦巷道稍偏向出礦巷道的另一側(cè),即使進路前端發(fā)生局部破壞,仍然能夠繼續(xù)完成出礦作業(yè)。施工時首先施工形成出礦拉底巷道,然后掘進出礦進路與前一采場的出礦巷道相通,拉底前,在前一采場的出礦巷道一端掘進切割天井,以切割天井為自由面拉槽,然后以拉槽空間為自由面?zhèn)认虮?。出礦時,鏟運機通過出礦巷道進入出礦進路,鏟裝礦石后退出出礦進路,將礦石運搬至采區(qū)溜井。

方案3的主要特點是采用無底柱進路式出礦底部結(jié)構(gòu),集成了無底柱分段崩落法的優(yōu)點,出礦進路巷道上部全部為原巖,隨著回采進行,出礦進路按一定步距后退。施工時,2～3個采場或整個采區(qū)施工一條出礦巷道,然后垂直出礦巷道,在出礦巷道的一側(cè)或兩側(cè)施工出礦進路,出礦時,鏟運機通過出礦巷道進入出礦進路,鏟裝礦石后退出出礦進路,將礦石運搬至采區(qū)溜井。

方案1的優(yōu)點是采場易實現(xiàn)控制放礦,放礦管理容易;缺點是底部結(jié)構(gòu)開挖率高,底部結(jié)構(gòu)上部全部為覆蓋巖層,地壓大,支護難度極大,出礦進路眉線維護困難,放礦脊部損失大。方案2的優(yōu)點是巷道工程可重復利用,有利于降低采切比和工程費用,出礦巷道上部為原巖,維護難度相對較低;缺點是必須前一個采場結(jié)束放礦后才能開始后一個采場的放礦工作。方案3的優(yōu)點是出礦巷道可位于穩(wěn)固的圍巖體內(nèi),出礦進路上部為原巖,隨回采工作的進行,出礦進路逐步后退,巷道的維護工作量小,底部結(jié)構(gòu)開挖率小,工程量小,適應性強;缺點是放礦管理復雜。結(jié)合會理鋅礦的特點,上部覆蓋巖層含礦,對放礦管理的要求較低;放礦往往由于底部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性差,導致整個放礦工作難以進行。從提高出礦底部結(jié)構(gòu)的可靠性考慮,方案3明顯優(yōu)于方案1和方案2;工程量方面,方案3的最小;維護難度方面,方案3的主要巷道均位于原巖礦體和較穩(wěn)固的巖體中,維護難度較方案1和方案2低。因此,方案3的優(yōu)點更突出,研究決定選擇方案3。

2 無底柱底部結(jié)構(gòu)的應用

2.1 工程條件

工程北、西、南均為圍巖,工程區(qū)域內(nèi)F、F3斷層縱橫交錯,裂隙發(fā)育,裂隙水豐富。從推斷的礦體邊界看,礦體形態(tài)復雜。2064分層以上地質(zhì)儲量57472t、鋅金屬量9521t、鉛金屬量1172t,鉛品位為2.04%、鋅為16.56%、銀含量158.17g/t、氧化率為32.72%。礦體的工程地質(zhì)條件復雜,資源品位高,但如采用原工藝步驟即將礦體劃分為3個采場,則完成W802采場區(qū)域工程爆破落礦后再依次進行W801、W803切割落礦工程,801,803工程將難以實現(xiàn)并將影響該礦塊資源的回采,為實現(xiàn)資源最大化回采,采用區(qū)域整體施工、分區(qū)爆破落礦的方式進行作業(yè)。

2.2 底部結(jié)構(gòu)布置方案選擇

方案1為上下盤聯(lián)合采準方案,該方案在礦體的北部和南部分別布置1條出礦巷道,然后在出礦巷道內(nèi)向礦體掘進出礦進路,進路間距為9～11m,并在礦體中部布置1條拉槽巷道,再在拉槽巷道中掘進切割天井。

方案2為脈內(nèi)采準方案,該方案在礦體中部布置1條出礦巷道,然后向出礦巷道兩側(cè)掘進出礦進路,在出礦進路端部布置切割井(見圖1)。

方案3為下盤采準方案,該方案在礦體的下盤布置1條出礦巷道,然后在出礦巷道內(nèi)再向礦體掘進出礦進路,在進路端部布置切割天井。

3個方案相比,方案1優(yōu)點是出礦進路的距離短,出礦點多,相互影響小,出礦效率高,上下盤可以分期采準,巷道工程的服務時間短,有利于降低巷道工程的維護工程量;其缺點是事先在礦體外掘進出礦巷道,但礦體形態(tài)不清,可能造成出礦進路過長或過短的問題,同時增加1條拉槽巷道和1條出礦巷道,3個方案中工程量最大;上盤出礦進路穿過斷層,施工及支護工程大。方案2優(yōu)點是主要工程均布置在礦體內(nèi),出礦巷道布置在礦體中部,然后再從出礦巷道兩側(cè)掘進出礦進路,有利于探采結(jié)合,進路的長度短,出礦效率高,出礦進路可以分期掘進,缺點是切割天井數(shù)量較多。方案3優(yōu)點是工程布置在下盤圍巖內(nèi),巷道支護難度小,缺點是出礦進路長度大,通風難度大,出礦效率低。綜上并結(jié)合該礦體產(chǎn)狀變化大的工程實際,為避免過斷層,兼顧上部2074m盲分層的施工,最終選擇了方案2。

圖1 脈內(nèi)采準方案

2.3 支護形式

巷道開挖后,采用錨桿＋網(wǎng)＋噴射混凝土支護[16],先噴射混凝土50mm;然后安裝錨桿和鋼筋網(wǎng),錨桿間距550mm,排距800mm,鋼筋網(wǎng)采用定制網(wǎng)片,網(wǎng)格為100mm×100mm,鋼筋網(wǎng)片搭接長度不得小于100～150mm;再噴射混凝土50 mm,設計噴射混凝土總厚度為100mm,施工時根據(jù)巷道變形和穩(wěn)定情況,可進行復噴等加強支護。在有水壁面,采取打泄水孔、復噴、加速凝劑和網(wǎng)片加密等措施,以保障噴射混凝土支護質(zhì)量。

3 結(jié) 論

(1)無底柱進路步退式底部結(jié)構(gòu)適應性強,巷道在經(jīng)受上部分層大爆破、進路內(nèi)步退回采爆破以及放礦等多期動荷載作用后,除部分噴射混凝土層發(fā)生細微開裂外,巷道未發(fā)生冒落,服務期限內(nèi)能夠滿足安全生產(chǎn)要求。

(2)錨桿＋網(wǎng)＋噴射混凝土的復合支護方式適用于軟破巖體的支護,這種主動支護方式與混凝土澆灌的被動支護模式相比,更有利于發(fā)揮巖體自身的承載能力,同時不存在難接頂?shù)膯栴},在解決支護難題的同時,也有效解決了中深孔施工問題。

(3)鏟運機和電耙出礦相比,鏟運機出礦有利于控制放礦,降低貧化損失;在鏟斗下鉆孔泄水,可解決水進入溜井后導致的跑礦問題。

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2017-06-05)

龍澤勇(1971－),男,重慶銅梁縣人,工程師,主要從事采礦工程及相關管理工作,Email:402547089＠qq.com。