林 友

(昆明冶金高等?？茖W(xué)校冶金與礦業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650033)

0 引 言

房柱采礦法適宜開(kāi)采頂板和底板巖層中等穩(wěn)固至穩(wěn)固、礦石穩(wěn)固，薄至中厚水平和緩傾斜礦體[1]。采用該方法對(duì)大灣磷礦南西礦段傾斜薄礦體開(kāi)采時(shí)，礦體傾角緩，無(wú)法通過(guò)礦石自重進(jìn)行放礦，若采用電耙出礦，生產(chǎn)效率低，很難確保出礦生產(chǎn)能力，采場(chǎng)礦石運(yùn)搬問(wèn)題迫在眉睫。此外，針對(duì)礦體傾角>25°的礦段，耙礦時(shí)礦石滾動(dòng)的可能性極大，對(duì)下部人員或設(shè)備設(shè)施構(gòu)成較大威脅，安全性差，耙礦風(fēng)險(xiǎn)較大。為此，本文提出了采用鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦的分段房柱采礦方案，并對(duì)偽傾斜面與礦體走向夾角的確定方法進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，合理地將采場(chǎng)劃分為若干個(gè)分段，以有效減緩無(wú)軌設(shè)備的偽傾斜出礦坡度，從而安全、順暢地運(yùn)搬礦石。礦山實(shí)踐取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為此類(lèi)礦體的高效安全回采提供了一個(gè)新思路[2]。

1 開(kāi)采條件

大灣磷礦V1礦體賦存于下寒武統(tǒng)漁戶村組第二段底部之泥質(zhì)粉砂巖中，呈層狀產(chǎn)出。由21個(gè)地表工程、5個(gè)坑道和7個(gè)鉆孔共33個(gè)工程控制，長(zhǎng)度為 6 457 m，礦體控制最高標(biāo)高 2 990 m，最低標(biāo)高 2 539 m，高差 451 m。控制最大斜長(zhǎng) 717 m，一般控制斜長(zhǎng)80～200 m。礦體厚度1.20～12.43 m，平均厚度 7.24 m。P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.07%～33.83%，平均為28.21%。近南北走向，傾向東，礦體傾角14～33°，平均傾角為25°。礦石的自然安息角為45°。礦體地表不允許崩落。

該礦地處云南省東北部，屬尋甸縣聯(lián)合鄉(xiāng)所轄。該區(qū)為金沙江水系，位于金沙江二級(jí)支流洗馬河上游，海拔高程3 196.3～2 211.0 m。溝谷切割較深，相對(duì)高差 858 m，屬高中山中等切割地形。標(biāo)高 2 700 m 以上地下水對(duì)礦坑不會(huì)產(chǎn)生充水影響，其充水的主要來(lái)源是裂隙水和大氣降雨。標(biāo)高 2 700 m 以下礦坑會(huì)發(fā)生充水現(xiàn)象，其充水的主要來(lái)源除裂隙水及大氣降水外，地表徑流的補(bǔ)給是一重要因素。由于礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面為 2 211 m，地形又有利于礦坑自然排水，坑內(nèi)開(kāi)采時(shí)只要注意排水方向，可自流排放，不會(huì)造成淹坑事故。礦區(qū)水文地質(zhì)條件為以裂隙含水層充水為主的中等類(lèi)型。

礦體頂?shù)装宥酁榉凵皫r，巖體力學(xué)強(qiáng)度較高，工程地質(zhì)性能較好。根據(jù)礦山長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，礦區(qū)工程地質(zhì)條件屬中等類(lèi)型。

2 采礦工藝

大灣磷礦采用地下開(kāi)采方式，針對(duì)南西礦段礦體厚度<6 m的礦段而進(jìn)行。鑒于此礦段主要為傾斜薄礦體，礦體及頂?shù)装鍑鷰r的穩(wěn)固性均在中等及以上，考慮到采場(chǎng)運(yùn)用傳統(tǒng)的電耙出礦存在的諸多弊端，如作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度高、安全性能低下、生產(chǎn)效率低、采礦綜合貧損指標(biāo)較高以及采礦直接生產(chǎn)成本高等，本文采用了無(wú)軌設(shè)備進(jìn)行出礦的分段房柱采礦方案，分段房柱采礦方案如圖1所示，具體采礦工藝如下。

圖1 分段房柱采礦方案Fig.1 Sublevel room pillar mining scheme

2.1 礦塊布置及構(gòu)成要素

沿礦體走向布置礦塊，中段高度設(shè)為 30 m，結(jié)合實(shí)際，礦房寬為 50 m，斜長(zhǎng)為 64 m，平均厚度為 4.5 m，頂、底柱寬為 4 m，采場(chǎng)寬為 15 m，采場(chǎng)間柱寬為 5 m，每隔7.0～8.0 m 留設(shè)規(guī)則礦柱(3 m×3 m2)以支撐采場(chǎng)頂板。

房柱采礦法的礦塊結(jié)構(gòu)尺寸，主要取決于礦巖的穩(wěn)固性和地質(zhì)構(gòu)造。針對(duì)不穩(wěn)固地段應(yīng)采取安全措施，及時(shí)消除安全隱患。

2.2 采準(zhǔn)切割

為減少礦柱損失礦量，提高回采率，滿足生產(chǎn)能力及裝車(chē)運(yùn)輸量的要求，方案采用脈外布置中段運(yùn)輸巷道(運(yùn)輸巷道中心線距礦體底板約 15 m)，首先自中段運(yùn)輸平巷開(kāi)掘斜坡道(現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，須按照礦體傾角來(lái)確定合適的偽傾斜角度，場(chǎng)內(nèi)斜坡道采用移動(dòng)式布置)及放礦溜井，然后在礦房底部沿礦體底板(下盤(pán))開(kāi)鑿拉底切割平巷、接著開(kāi)鑿采場(chǎng)上山。完成上述采準(zhǔn)切割工作后，即可進(jìn)行該步驟正常的回采作業(yè)。采準(zhǔn)切割工程量的計(jì)算如表1所示。

表1 采準(zhǔn)切割工程量Tab.1 Quantities of mining and cutting

2.3 礦塊回采

總體回采順序?yàn)椋貉氐V體走向進(jìn)行后退式逐步回采，從礦房?jī)?nèi)由上往下依次回采，回采工作面沿礦體傾斜方向推進(jìn)。為提高回采強(qiáng)度，可保持同中段3個(gè)礦房同時(shí)作業(yè)，但各工作面應(yīng)保持10～15 m 的超前距離。本次設(shè)計(jì)在分段上先采用YTP26型鑿巖機(jī)鑿巖拉底(拉底高度 2.5 m)，后挑頂選用YSP-45型鑿巖機(jī)淺孔落礦挑頂?shù)姆謱踊夭?。鑿巖孔徑一般為36～44 mm，孔深1.5～2.5 m，排距 2 m；采用2#巖石炸藥，非電毫秒導(dǎo)爆雷管起爆，爆破作業(yè)應(yīng)嚴(yán)格遵守《爆破安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定[3]。

由于礦體傾角局部>20°，為確保采場(chǎng)鏟運(yùn)機(jī)的出礦安全，避免出礦傾角較大而造成無(wú)軌鏟運(yùn)機(jī)設(shè)備傾翻等事故危害，此外，應(yīng)確保斜坡道橫切面盡可能平整，避免發(fā)生鏟運(yùn)機(jī)側(cè)翻事故，本次設(shè)計(jì)采用 2 m3鏟運(yùn)機(jī)在采場(chǎng)內(nèi)偽傾斜進(jìn)行出礦。偽傾斜面與礦體走向夾角γ的確定方法如下[4]:

圖2 采場(chǎng)立體示意圖Fig.2 Stereoscopic diagram of stope

2.4 采場(chǎng)通風(fēng)

采場(chǎng)通風(fēng)采用機(jī)械通風(fēng)方式，主要依靠主扇將新鮮風(fēng)流從各分段送入采場(chǎng)工作面。新鮮風(fēng)流經(jīng)過(guò)主平硐口進(jìn)入各中段運(yùn)輸巷道，經(jīng)斜坡道及分段平巷進(jìn)入采場(chǎng)作業(yè)面，清洗工作面后，污風(fēng)從采場(chǎng)上山排至上中段回風(fēng)巷道。此外，在爆破后或需要采用JK55-2NO4型局扇加強(qiáng)通風(fēng)[5]。

2.5 浮石處理及出礦

爆破及通風(fēng)作業(yè)后，安全人員適時(shí)進(jìn)入礦房?jī)?nèi)檢查并及時(shí)處理頂?shù)装鍘r層及頂部松動(dòng)浮石，確認(rèn)礦房?jī)?nèi)處于安全條件下即可進(jìn)行出礦。采場(chǎng)出礦采用 2 m3鏟運(yùn)機(jī)將崩落的礦石從爆堆經(jīng)移動(dòng)式斜坡道及聯(lián)道運(yùn)輸至放礦溜井進(jìn)行裝車(chē)。需注意的是，當(dāng)爆堆距離場(chǎng)內(nèi)斜坡道較遠(yuǎn)時(shí)(如開(kāi)采至礦塊各分段左上角時(shí))，可輔助扒渣機(jī)進(jìn)行出礦，以提高出礦效率。

為了最大限度地進(jìn)行資源回收且保證采場(chǎng)作業(yè)安全，應(yīng)盡量回收礦房頂?shù)字?，采?chǎng)內(nèi)所留設(shè)的規(guī)則礦柱作為永久損失。

2.6 頂板管理

礦體頂板圍巖穩(wěn)固性較好。采場(chǎng)內(nèi)通過(guò)保留連續(xù)間柱和規(guī)則礦柱來(lái)保證采場(chǎng)安全。采用空?qǐng)龇?，須運(yùn)用封閉空區(qū)的方式處理采空區(qū)；采場(chǎng)回采完畢后，用漿砌毛石封閉采場(chǎng)與中段運(yùn)輸巷道相通的部位，設(shè)置隔墻厚 0.5 m，嚴(yán)禁一切人員進(jìn)入，后期可視情況考慮放頂充填采空區(qū)。若采場(chǎng)頂、底板圍巖穩(wěn)固性降低，應(yīng)及時(shí)觀測(cè)并采取錨桿支護(hù)等方式。

此外，礦山應(yīng)不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整合適的分段高度、崩礦步距及爆破參數(shù)等，使貧損指標(biāo)達(dá)到最佳值[4]。

2.7 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

結(jié)合大灣磷礦南西礦段傾斜薄礦體開(kāi)采時(shí)存在的疑難問(wèn)題，綜合考慮礦體及頂?shù)装鍑鷰r的穩(wěn)固性等因素，本文采用了無(wú)軌設(shè)備鏟運(yùn)機(jī)出礦的分段房柱采礦方案，并對(duì)偽傾斜面與礦體走向夾角的確定方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)，合理地將采場(chǎng)劃分為3個(gè)分段，從而有效減緩無(wú)軌設(shè)備的偽傾斜出礦坡度，避免鏟運(yùn)機(jī)傾翻事故。設(shè)計(jì)過(guò)程中，在礦山現(xiàn)場(chǎng)擬定了試驗(yàn)采場(chǎng)，綜合試驗(yàn)取得了較好的成效，解決了此類(lèi)礦體回采過(guò)程中的采場(chǎng)礦石搬運(yùn)問(wèn)題。運(yùn)用鏟運(yùn)機(jī)出礦與電耙出礦的采礦方案進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)分析比較后的結(jié)果如表2所示。

表2 綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表Tab.2 Comparison of comprehensive technical and economic indicators

對(duì)比結(jié)果表明：電耙出礦方案將導(dǎo)致礦塊內(nèi)所留設(shè)的大量礦柱無(wú)法回收，成為永久性礦柱而損失。若運(yùn)用鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦，該采準(zhǔn)方案則可以將其順利回收，故采場(chǎng)綜合回收率有所提高，由原來(lái)的73%增加到87%；且采準(zhǔn)工程量較小，采準(zhǔn)時(shí)間短，礦房投入生產(chǎn)時(shí)間快，回采工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，采出礦石量亦略有增加。采場(chǎng)較好地形成了貫穿風(fēng)流通風(fēng)，通風(fēng)時(shí)間明顯縮短，采礦生產(chǎn)效率亦得到了較大提高，企業(yè)生產(chǎn)成本降低。設(shè)計(jì)方案采場(chǎng)日生產(chǎn)能力由原來(lái)的80～100 t·d-1提高到200～270 t·d-1，能夠較好地保障礦山順利達(dá)產(chǎn)，采礦成本亦由電耙出礦的87元 ·t-1降低到現(xiàn)在的70元·t-1，礦山取得了突出的經(jīng)濟(jì)效益，也提高了工作面員工作業(yè)的安全性[6]。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文采用了無(wú)軌設(shè)備進(jìn)行礦石運(yùn)搬的分段房柱采礦方案，以開(kāi)采大灣磷礦南西礦段礦體；并對(duì)采場(chǎng)偽傾斜面與礦體走向夾角的確定方法進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)研究，將采場(chǎng)劃分為若干個(gè)分段而進(jìn)行(通常是3個(gè))，以有效減緩無(wú)軌設(shè)備的偽傾斜出礦坡度，從而安全、順暢地進(jìn)行礦石運(yùn)搬，符合鏟運(yùn)機(jī)短距離礦石運(yùn)搬的特點(diǎn)。此方案使每噸原礦生產(chǎn)成本直接降低了17元，亦降低了員工的作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率及采場(chǎng)出礦能力，連續(xù)作業(yè)礦房產(chǎn)量大，工人勞動(dòng)生產(chǎn)率高，作業(yè)安全性好，企業(yè)取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，為類(lèi)似礦體的開(kāi)采提供了借鑒。

下一步將對(duì)該礦礦巖的物理力學(xué)性能進(jìn)行進(jìn)一步研究，以更好地指導(dǎo)礦山安全生產(chǎn)。