石乃敏

(廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 崇左 532200)

1 前言

某礦體屬于錫石—多金屬硫化礦床，礦石主要有錫、鋅、鉛、銻、銀五種元素，綜合品位在20%以上。礦體埋藏深度較大，距地表約為800～1200m，控制標(biāo)高為-79～-285m。控制礦體長459m，水平寬139m，延深大于206m。地表不允許崩落，礦體開采采用機械化上向水平分層充填采礦法，在礦體為急傾斜地段采用分段空場嗣后充填法。

礦區(qū)受2.8級地震影響，該礦體在Ⅰ～Ⅰ-Ⅱ#勘探線間的-166m、-174m、-185m和-200m水平等多個分層探礦巷道發(fā)生了較大規(guī)模的塌陷和冒落，巷道支護工程受到嚴(yán)重破壞。同時，該區(qū)域礦體圍巖為碎裂結(jié)構(gòu)的巖體．且為應(yīng)力集中區(qū)，在探礦工程施工過程中經(jīng)常有地壓活動顯現(xiàn)，這給該礦生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響。

由于該區(qū)域礦石品位較高，儲量約42385t，估算保有經(jīng)濟價值約1.27億元，回采該區(qū)域礦石具有十分重大的經(jīng)濟效益。通過對該區(qū)域的現(xiàn)有工程進行調(diào)查和對礦巖受力情況進行分析，對該礦體采場標(biāo)高為-166～-200m范圍內(nèi)破碎礦段回采方案進行研究，充分回收礦產(chǎn)資源[1]。

2 破碎礦段地質(zhì)及采場現(xiàn)狀

該破碎礦段位于分布在Ⅰ～Ⅰ-Ⅱ#勘探線之間，標(biāo)高為-166～-200m范圍內(nèi)礦體。該段礦體形態(tài)呈不規(guī)則脈狀，礦體連續(xù)性好，礦體產(chǎn)狀變化不大，走向15°～30°，傾向整體向西，傾角65°～85°，采場長度約50m，礦體水平厚度8～15m，沿礦體下盤發(fā)育一條大破碎帶，厚7～25m，其產(chǎn)狀與礦體近于平行，屬成礦期斷裂，局部發(fā)育微弱黃鐵礦化。成礦后有活動，但不強烈，對礦體沒有造成破壞。礦體與圍巖的界線清楚，圍巖均為生物礁灰?guī)r，礦石硬度系數(shù)f=8～10，圍巖硬度系數(shù)f=6～8，礦巖屬中等穩(wěn)固到穩(wěn)固型。

由于受小型地震影響，-166m、-174m、-185m和-200m水平中段大部分采準(zhǔn)工程受到嚴(yán)重破壞，已無法繼續(xù)利用。根據(jù)礦山生產(chǎn)需要，現(xiàn)在Ⅰ#勘探線南面施工了-166～-174m斜井及Ⅰ～Ⅰ-Ⅱ#勘探線間的脈外繞道；在-192m水平Ⅰ～Ⅰ-Ⅱ#勘探線間施工脈外鑿巖巷道，該巷道目前仍可以使用；-200m水平為底部結(jié)構(gòu)，出礦巷道、出礦進路已施工完成，巷道局部錨網(wǎng)后跨通-192m水平，清理后重新支護仍可繼續(xù)使用。根據(jù)回采需要，在利用現(xiàn)有脈內(nèi)探礦巷道的基礎(chǔ)上，新增了-174m水平脈外繞道和-192m水平脈外鑿巖巷道，并從-166m到-200m水平施工了Ⅰ#線切割天井。

3 采礦方法選擇

根據(jù)Ⅰ～Ⅰ-Ⅱ#勘探線間的工程地質(zhì)條件、開采現(xiàn)狀以及該礦體為特富礦床等特點，為提高礦石回采率，減少開采過程中的礦石損失，確保安全、高效回收該區(qū)域的礦產(chǎn)資源，適宜采用充填采礦法進行回采。

該礦現(xiàn)行主要采礦方法為上向水平分層充填法，應(yīng)用技術(shù)比較成熟，但考慮到礦體受地震影響發(fā)生扭轉(zhuǎn)，礦體碎裂，應(yīng)力集中，容易發(fā)生冒頂，且在回采前需充填處理-174m水平垮塌巷道，工序復(fù)雜，綜合成本高，穩(wěn)定性較好的區(qū)域仍可采用該方法。因此，上向水平分層充填法可為備選采礦方法[2]。

下向水平分層充填法在技術(shù)上能夠適用破碎礦段回采，下向水平分層充填法是在鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)充填體的人工假頂下作業(yè)，對充填體強度要求較高，而且作業(yè)工序復(fù)雜繁瑣，生產(chǎn)效率低，作業(yè)工期長，由于礦山首次采用該方法，沒有成熟的借鑒經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，技術(shù)上難以達(dá)到要求，作業(yè)安全難以得到保障，可為備選采礦方法。

對于破碎礦段的回采多選擇中深孔爆破類回采強度大的采礦方法。此外，原設(shè)計采用分段空場嗣后充填法回采，-200m水平底部結(jié)構(gòu)、-192m水平脈外鑿巖巷道、-174m水平脈外繞道以及Ⅰ#線切割井等工程均已施工，秉承技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、安全可靠原則，更好利用現(xiàn)有工程，分段空場嗣后充填法適用于破碎礦段的回采，為首選采礦方法[3]。

4 回采方案選擇

4.1 具體回采方案

根據(jù)采場工程地質(zhì)條件、開采現(xiàn)狀以及選用的采礦方法，對采場進行開采方案設(shè)計，現(xiàn)設(shè)計有4個對比方案。

1)方案Ⅰ

方案Ⅰ是以-174m水平垮塌巷道上部為界，分為兩步驟回采。

一步驟采用分段空場嗣后充填法回采-174m水平以下礦體：-174～-200m切割井已基本形成，且-174m、-192m水平現(xiàn)有巷道均滿足鑿巖要求，通過在-174m水平巷道鉆鑿上向與下向扇形孔控制-166～-185m間的礦體，-192m水平脈外鑿巖巷道鉆鑿上向與下向扇形孔控制-185～-200m間的礦體。

二步驟采用分層充填法回采-174m垮塌巷道以上礦體(近似-166m水平以上)：待-174m水平以下礦體回采結(jié)束，膠結(jié)充填處理采空區(qū)后，利用-161m水平脈外分段巷道，分3層回采，分層高度3m，采用分層充填法回采-174m水平以上礦體。

2)方案Ⅱ

方案Ⅱ是一步驟回采-161～-200m范圍內(nèi)全部礦體。

通過在-161m水平脈外施工繞道控制-161～-174m間的礦體，-174m以下礦體仍按照方案Ⅰ的思路進行設(shè)計，從而將-161～-200m內(nèi)礦體整體采用分段空場嗣后充填采礦法回收該采場礦石。

3)方案Ⅲ

方案Ⅲ是考慮-174m巷道比較破碎且頂板較高，在該處施工下向扇形孔危險系數(shù)較高，決定在-174m巷道兩側(cè)以及-161m脈外巷Ⅰ～Ⅱ#線之間掘進脈外繞道，通過-174m巷道兩邊的繞道、-161m脈外巷施工下向扇形孔，將-166～-200m整體一起考慮采用分段空場嗣后充填采礦法回收該采場礦石。

4)方案Ⅳ

方案Ⅳ是將采場以-174m水平垮塌巷道頂部為界，分為兩步驟回采。

一步驟回采-174m水平以下礦體：考慮-174m巷道比較破碎且頂板較高，在該處施工下向孔危險系數(shù)較高，決定在-174m巷道兩側(cè)掘進脈外繞道，通過-174m巷道兩邊的繞道施工下向孔，將-174～-200m礦體采用分段空場嗣后充填采礦法回采。

二步驟回采-174m垮塌巷道以上礦體(近似-166m水平以上)：待-174m水平以下礦體回采結(jié)束，膠結(jié)充填和廢石充填處理采空區(qū)后，利用-161m脈外巷采用分層充填法回采-174m水平以上礦體。

4.2 回采方案比較

回采方案對比見表1。

表1 對比方案優(yōu)缺點比較匯總表

4.3 回采方案確定

方案Ⅰ采用分步驟回采，通過充填底部采空區(qū)，再采用分層充填采礦法回收上部礦石，可將-174m巷道兩幫及頂部的礦石(約為4 000t)充分回收。方案I基本可全部利用現(xiàn)有的開拓工程，無需增加新的工程，但存在一些問題：①先采用分段空場嗣后充填法回收-174～-200m礦石，大爆破沖擊波對-174m巷道頂板的影響較大，需要重點保護-174m巷道頂板，加強護頂施工措施；②因-174m以上的礦體回收需要在充填體上作業(yè)，對采空區(qū)充填體的強度要求較高，且對充填管理工作要求較嚴(yán)格。

方案Ⅱ在-161m分層施工脈外鑿巖道，在脈外鑿巖道進行鑿巖施工作業(yè)，人員作業(yè)相對比較安全，但存在一些問題：①因-166～-174m之間比較破碎，-161m脈外鑿巖道施工下向扇形孔難度系數(shù)較大，有可能因為破碎而導(dǎo)致爆孔無法施工；②-161m脈外巷施工的爆孔利用率較低，難以保證爆破施工效果；③-174m巷道兩幫及頂部的礦石難以回收。

方案Ⅲ是通過脈外繞道進行鑿巖爆破，人員不進入-174m巷道作業(yè)，可最大程度保證作業(yè)人員的安全，但也存在一些問題：①-174m巷道西面脈外繞道施工難度系數(shù)較大；②兩側(cè)繞道的扇形孔施工難度系數(shù)較大，且爆破效果比下向垂直孔效果差；③因-174m以上的切割井無法施工，導(dǎo)致-166～-174m之間的礦石損失較大；④新增加的工程量較大。

方案Ⅳ是通過脈外繞道進行鑿巖爆破，分兩個步驟進行回采，人員不進入-174m巷道作業(yè)，可最大程度保證作業(yè)人員的安全，但也存在一些問題：①-174m巷道西面脈外繞道施工難度系數(shù)較大；②兩側(cè)繞道的扇形孔施工難度系數(shù)較大，且爆破效果比下向垂直孔效果差；③充填管理比較復(fù)雜。

通過四種回采方案的綜合比較，在方案可行、保證作業(yè)安全的前提下，結(jié)合該礦井下現(xiàn)有條件，推薦采用回采方案Ⅳ。

5 回采方案設(shè)計

5.1 補充采切工程

(1)清理和修復(fù)-200m、-192m以及-174m水平現(xiàn)有巷道，并對-174m淋水、積水進行處理。

(2)目前切割井施工至-185m水平，采用一次爆破成井(或分多次爆破成井)施工至-174m水平，貫通切割井。

(3)新增-174m水平礦體兩側(cè)脈外鑿巖巷道，規(guī)格3m×2.6m，總長度約為68.8m，工程量約為502.7m3。

(4)新增-161m水平脈外回風(fēng)充填巷道，規(guī)格3.2m×2.9m，長度約67.8m，工程量合計591.4m3。

(5)-161m水平脈外回風(fēng)充填巷道靠礦體側(cè)施工排廢溜井以及充填鉆孔，在該水平進行采空區(qū)膠結(jié)充填和廢石充填。排廢溜井的傾角應(yīng)保證在60°以上。

5.2 鑿巖工程

采用GYZ- 90型鉆機鑿中深孔，孔徑為65mm，最小抵抗線為1.5m，孔底距為1.5～1.8m。通過-174m水平脈外鑿巖巷道施工上向、下向扇形孔，控制-174～-185m之間的礦體；通過-192m水平脈外鑿巖巷道鉆打上向扇形孔，控制-192～-185m間礦體。

5.3 采場爆破

采場采用中深孔微差爆破方式，在同一循環(huán)的上下分段采用異步正階梯崩礦方式落礦，階梯面超前2～3排炮孔，即-174m水平超前-192m水平2～3排炮孔。

爆破回采應(yīng)該考慮到B- B剖面位置西側(cè)的小礦體，該礦體呈東西走向、傾向南，約長17m、寬4m，傾角約為60°?；夭沙^B- B剖面面2～3排時，將計劃回采西側(cè)的小礦體，以一步驟回采空區(qū)作為爆破自由面，采用中深孔落礦。B- B剖面圖如圖1所示。

圖1 B- B剖面圖

5.4 采場通風(fēng)

一步驟回采回風(fēng)：新鮮風(fēng)流從下盤進入，清洗工作面的污風(fēng)從-161m水平脈外回風(fēng)充填巷道回風(fēng)至礦體南面，進入105#回風(fēng)系統(tǒng)。

二步驟回采回風(fēng)：采用分層充填采礦回采，污風(fēng)從-166m水平南面回風(fēng)至-151m中段南面，進入105#回風(fēng)系統(tǒng)。

每次爆破后，新鮮風(fēng)流由斜坡道、分段聯(lián)絡(luò)巷道和分段鑿巖巷道進入采場清洗工作面，污風(fēng)經(jīng)切割天井排入回風(fēng)巷道，且通風(fēng)時間不少于40min。

5.5 采場出礦

崩落礦石在采場底部-200m中段“V”型集礦塹溝采用鏟運機或扒渣裝巖機將崩落礦石運出，通過5#盲斜井提升(待7#盲斜井投產(chǎn)后，通過7#盲斜井提升)。為防止礦石結(jié)塊，每次爆破后應(yīng)在一周內(nèi)將礦石出完。

5.6 采場充填

一步驟回采充填：回采結(jié)束后對底部-200m水平出礦川進行密閉(密閉墻都應(yīng)敷設(shè)濾水管道)，然后進行全尾砂膠結(jié)充填?？紤]到既要提高采空區(qū)利用率，又能減少相鄰采場回采時的貧化損失，決定采用膠結(jié)充填和廢石充填相結(jié)合，采場底部及兩端采用膠結(jié)充填，中間部分采用廢石充填。為便于二步驟安全回采，一步驟采場上部采用膠結(jié)充填。采場底部、采場兩端以及采場上部采用1∶4的灰砂比進行膠結(jié)充填，充填體強度可達(dá)到4MPa，采場底部膠結(jié)充填厚度5～6m，采場兩端膠結(jié)厚度約為5m，采場上部膠結(jié)厚度約為4m。廢石充填與尾砂膠結(jié)充填均通過-161m水平脈外回風(fēng)充填巷道進行實施[4]。

二步驟回采充填：二步驟采用分層充填，每采一層采用膠結(jié)充填，灰砂比1∶4，固結(jié)穩(wěn)定后再回采上一個分層。

6 結(jié)語

通過采場的生產(chǎn)實踐，采用該方案成功回收了破碎礦石4.3萬t，采場生產(chǎn)能力達(dá)到400t/d，礦石損失率10%，貧化率12%，實現(xiàn)了礦石的安全高效回采，取得了可觀的經(jīng)濟效益。該方案具有采切工程量小、生產(chǎn)效率高、工人勞動強度低、安全性好等特點，同時，此方案為其他類似采場或后續(xù)采礦出現(xiàn)的類似問題提供了較好的解決方法，在其他采場得到了推廣應(yīng)用，為礦山持續(xù)回收破碎礦產(chǎn)資源提供了技術(shù)保證，具有重大意義與實踐價值。