門建兵，齊 炎，任建平

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

隨著工業(yè)由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，礦業(yè)發(fā)展逐漸邁向生產(chǎn)規(guī)模大型化、生產(chǎn)過程機械化、開采環(huán)境友好化，傳統(tǒng)采礦方法也隨之得到相應(yīng)的發(fā)展與改進[1-2]。膠結(jié)充填采礦技術(shù)作為國家倡導(dǎo)的采礦方法，是指將固體廢棄物加入膠結(jié)材料后充入采空區(qū)，不僅解決了地表尾砂堆存的安全環(huán)境問題，也支撐了井下圍巖，控制了地表塌陷，提高了資源回采率和作業(yè)安全性，具有巨大的技術(shù)、經(jīng)濟優(yōu)勢[3-4]。尤其是在深部復(fù)雜巖體環(huán)境中，進路回采可以減少作業(yè)面暴露面積，所以采礦常采用進路式回采[5]。

目前，已經(jīng)有一些研究論文結(jié)合實例提出了相關(guān)的技術(shù)研究，例如，張貴銀等[6]針對礦體開采存在圍巖垮塌的問題，提出用下向水平進路充填采礦法代替原有的上向分層充填采礦法，并研究了適用于該開采條件下的充填料配比?，F(xiàn)場實際應(yīng)用表明，新采礦方法可有效減小頂板暴露面積，也達到了提高資源回收率、保障工人安全作業(yè)等要求。馬元磊[7]結(jié)合馬莊鐵礦的礦床特點，分別從采切工藝和回采過程等工序介紹了下向分層進路膠結(jié)充填采礦法的應(yīng)用情況?；夭煞绞綖樽陨隙?，回采工程采用鑿巖臺車和運藥車等設(shè)備，盤區(qū)生產(chǎn)能力高，損失貧化率分別控制在5%、8%。徐培良[8]著眼于云錫松礦深部資源開采存在的技術(shù)難題，結(jié)合礦山開采技術(shù)條件，借助數(shù)值模擬軟件分析了房柱法和下向進路式分層膠結(jié)充填法的可行性，最后從技術(shù)經(jīng)濟上論證了采用下向進路式分層膠結(jié)充填法在提高資源回收率和安全生產(chǎn)方面更具有優(yōu)勢。

本文結(jié)合某礦山實際開采條件和現(xiàn)有的技術(shù)裝備水平，針對該礦深部擴建的需求，提出下向水平分層進路膠結(jié)充填采礦法，并對礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)、通風(fēng)方案、充填工藝和排水方案等相關(guān)設(shè)計參數(shù)進行了分析。

1 開采地質(zhì)條件

江西某銅礦區(qū)地處丘陵～湖泊過渡地帶，地勢北高南低、西高東低，嶺走向與構(gòu)造線一致，呈北東東向。礦體埋藏深（探礦范圍超過1 200 m），屬急傾斜中厚至厚礦體，淺部已回采至-400 m中段，對于深部礦體，只能采用地下開采方式。該銅礦分南、北礦帶，共圈定銅礦體147個，硫礦體6個，鉛鋅礦體2個，低品位礦體33個。南北礦帶空間相對位置示意圖見圖1。

圖1 南北礦帶空間相對位置

北礦帶銅金屬量為1 145.1 kt，占全區(qū)資源儲量的 59.50%，銅平均品位為 1.14%；南礦帶的銅金屬量為 712.2 kt，占全區(qū)資源儲量的 37.01%，銅平均品位為1.01%。南北礦帶的礦體種類如表1所示。

2 下向水平分層進路式膠結(jié)充填法

表1 南北礦帶礦體種類

該礦區(qū)地層較為復(fù)雜：1）巖溶破碎帶及各級結(jié)構(gòu)淺部發(fā)育強烈，深部逐漸減弱，礦體圍巖總體穩(wěn)定性一般，局部有少量的破碎。2）北礦帶主要以構(gòu)造作用引起的構(gòu)造破碎帶為主，南礦帶主要以接觸蝕變作用引起的接觸破碎帶為主。3）礦區(qū)地處覆蓋型巖溶區(qū)且東部瀕臨巨大地表水體，礦體處于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之下，且深部地下水靜水壓力、巷道地應(yīng)力處中高狀態(tài)，局部有可能發(fā)生巖爆等工程地質(zhì)問題。綜合各方面因素，認為該礦擴建工程可采用下向水平分層進路式膠結(jié)充填采礦法。

2.1 礦塊及采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

礦體厚度小于15 m，沿礦體走向布置，盤區(qū)長度一般為200～250 m，可劃分為兩個礦塊，寬度為礦體厚度，高100 m，分段高度12～16 m，分層高度4 m。礦體厚度大于15 m，回采進路垂直走向布置。為進一步提高采礦效率，滿足生產(chǎn)能力要求，在厚大礦體地段改用鑿巖臺車鑿巖，2 m3鏟運機出礦，以提高采場綜合效率和回采安全；在局部厚度不大的地段和小礦體，采用氣腿子鉆機鑿巖，0.75 m3鏟運機出礦。

2.2 采切工程

礦塊的采準(zhǔn)布置在較穩(wěn)固的圍巖中，沿礦體走向在圍巖中掘進折返式斜坡道，并在垂直高度方向上間隔3～4個分層高度開聯(lián)絡(luò)出口，通過分層聯(lián)絡(luò)道進入各分層采場。每個采場在脈外布置一個溜礦井，溜礦井一般采取垂直布置，倘若礦體傾角較緩，則采用傾斜布置，但溜井傾斜角度一般不小于70°。采場溜井直徑 Ф3.0 m，1 個泄水井，泄水井直徑Ф1.0 m。礦塊采切工程如表2所示。

表2 采切工程計算（以垂直礦體走向為例）

2.3 回采工藝

各分層自上而下回采，先開采一個分段的最上分層，當(dāng)此分層回采和充填完成后，對連接該分層的分層聯(lián)絡(luò)道進行挑頂平場，作為下分層的分層聯(lián)絡(luò)道。進路鑿巖采用Boomer-281鑿巖臺車，鉆孔深度按3.2 m，進尺約3.0 m。采場內(nèi)分若干進路，各采礦工序分別在幾個進路內(nèi)平行作業(yè)。進路之間的回采順序為自礦體上盤至下盤的分層間隔回采，采用國產(chǎn)YT-27淺孔鉆機進行輔助鑿巖，主要針對采場邊角部分的三角殘礦、周邊礦石，非電毫秒雷管起爆，乳化炸藥爆破；采用2 m3鏟運機出礦，鏟運機經(jīng)各分層聯(lián)絡(luò)道進入到各分層進路，鏟礦后運至分段溜井口進行卸礦。采礦方法（采場垂直礦體走向布置）如圖2所示。

2.3.1 采場通風(fēng)

采場用局扇壓入式通風(fēng)，污風(fēng)由泄水井上部排至上中段稀釋，新鮮風(fēng)從泄水井下部運輸巷引入。膠結(jié)充填由于水泥的水化放熱反應(yīng)，采場溫度有時達28℃以上，普通壓入式通風(fēng)不能滿足要求，應(yīng)當(dāng)在采場順路往下架設(shè)回風(fēng)天井，采用壓入和抽出混合式通風(fēng)。

2.3.2 充填工藝

進路回采結(jié)束后，平整底板并鋪設(shè)網(wǎng)度200 mm×200 mm 的底筋，然后按間距 1.6 m×1.6 m 布置長度為2.4 m的豎筋后，由充填站將配比好的充填料，經(jīng)管道輸送至采場，分兩期充填。第一期灰砂比1:4，充填高度為進路高度的一半；第二期灰砂比1:8，充填高度約 2.0 m。

圖2 下向水平分層進路膠結(jié)充填采礦法示意

礦山目前采用分級尾砂進行充填，由于分級尾砂產(chǎn)量無法滿足全礦充填所需，還需要采購江沙。隨著國家環(huán)保政策的落實，江沙采購困難，給礦山生產(chǎn)帶來一定的困擾。故將充填料由分級尾砂改為全尾砂，解決了礦山充填料不足的問題。

3 應(yīng)用效果

礦山原采用下向分層傾斜六角形進路膠結(jié)充填法，該方法采切工程量偏大且生產(chǎn)能力較低。通過改進采礦方法，優(yōu)化礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)，使礦企效益得到了最大化。下向水平分層進路式膠結(jié)充填法和原采礦方法的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比見表3。由表3可知，改進后的采礦方法技術(shù)經(jīng)濟效益明顯。

表3 技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比

4 結(jié)論

改進后的下向水平分層進路式膠結(jié)充填法與原采礦方法相比，礦石貧化率降低3%，損失率降低1%。在優(yōu)化采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用電動液壓鑿巖臺車鑿巖和鏟運機出礦設(shè)備，使得生產(chǎn)能力有了很大提高，可滿足該礦三期擴建工程的生產(chǎn)規(guī)模要求。