余小明

（核工業(yè)華東二六七工程勘察院，江西 九江 332000）

當(dāng)前地下開(kāi)采的發(fā)展速度不斷提高，同時(shí)機(jī)械化和現(xiàn)代化采礦設(shè)備與技術(shù)的應(yīng)用逐漸廣泛，使得采礦水平不斷提升。一方面，各類(lèi)新采礦技術(shù)的應(yīng)用為礦床開(kāi)采帶來(lái)了全新的思路和方向，促進(jìn)了礦山的建設(shè)和發(fā)展，同時(shí)也起到了提升采礦企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益的作用[1]。但另一方面，這一背景下礦產(chǎn)資源逐漸出現(xiàn)了供不應(yīng)求的問(wèn)題，并且使得賦存條件相對(duì)簡(jiǎn)單的礦床已經(jīng)所剩無(wú)幾。因此，針對(duì)這一問(wèn)題，相關(guān)領(lǐng)域研究人員逐漸將研究重點(diǎn)放在了對(duì)緩傾斜多層礦床開(kāi)采的研究當(dāng)中，這一類(lèi)型礦床在實(shí)際開(kāi)采中具有回采急劇加速的特點(diǎn)。當(dāng)前緩傾斜多層礦床占總體地下礦床的比重相對(duì)較大，并且礦床當(dāng)中蘊(yùn)含著對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展而言十分重要的礦產(chǎn)資源[2]。緩傾斜多層礦床一般為沉積型礦床，地質(zhì)賦存條件十分惡劣，并且在進(jìn)行地下開(kāi)采時(shí)存在諸多系統(tǒng)問(wèn)題難以解決。因此，針對(duì)緩傾斜多層礦床在開(kāi)采過(guò)程中存在的諸多困難，本文開(kāi)展緩傾斜多層礦床充填法開(kāi)采技術(shù)研究。

1 緩傾斜多層礦床充填法開(kāi)采技術(shù)研究

1.1 采場(chǎng)布置與結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇

在對(duì)緩傾斜多層礦床進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，初步設(shè)計(jì)采用沿礦體走向，按照盤(pán)區(qū)形式對(duì)采場(chǎng)進(jìn)行布置。將采場(chǎng)的長(zhǎng)軸方向與最大的主應(yīng)力方向形成一個(gè)角度相對(duì)較小的相角夾角，以此確保采場(chǎng)具有更加良好的受力狀態(tài)和條件，從而方便后續(xù)對(duì)巖層穩(wěn)定性的控制。根據(jù)緩傾斜多層礦床的規(guī)格不同，在對(duì)采場(chǎng)的寬度設(shè)置時(shí)，可選擇長(zhǎng)度為50m，寬度為15m的矩形采場(chǎng)[3]。在回采時(shí)可采用隔一采一的方式完成，即每隔一個(gè)矩形采場(chǎng)，對(duì)一個(gè)采場(chǎng)進(jìn)行回采作業(yè)，如圖1所示。

圖1中，A表示為分層道；B表示為進(jìn)路；C表示為充填體；D表示為礦體。為了避免緩傾斜多層礦床盤(pán)區(qū)間的相互影響，必須嚴(yán)格按照上述回采順序有序進(jìn)行。同時(shí)，在開(kāi)采的過(guò)程中，由于緩傾斜多層礦床作業(yè)面積較大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)組織和管理造成一定影響，在進(jìn)行鑿巖、爆破、充填等作業(yè)時(shí)，必須保證各個(gè)工序的銜接，從而確保整個(gè)開(kāi)采作業(yè)的正常進(jìn)行，進(jìn)一步提高采礦作業(yè)的生產(chǎn)能力。

圖1 間隔回采結(jié)構(gòu)示意圖

為了確保在實(shí)際開(kāi)采的過(guò)程中穩(wěn)定每日的平均產(chǎn)量在萬(wàn)噸以上，必須采用高強(qiáng)度的采礦方式，本文選擇通過(guò)充填法實(shí)現(xiàn)對(duì)緩傾斜多層礦床的開(kāi)采。在開(kāi)采時(shí)，應(yīng)當(dāng)將采場(chǎng)的厚度設(shè)置成為礦體本身的厚度大小。同時(shí)，將聯(lián)絡(luò)通道作為廢石和尾砂的充填料通道。在礦體頂盤(pán)位置上布置專(zhuān)門(mén)用于實(shí)現(xiàn)充填的回風(fēng)巷道，并在巷道當(dāng)中向采場(chǎng)鉆鑿規(guī)格為Φ155mm的充填孔結(jié)構(gòu)，以此能夠有效促進(jìn)采場(chǎng)充填效率的提升。

1.2 確定緩傾斜多層礦床充填法開(kāi)采順序

在明確采場(chǎng)布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)后，采用充填法實(shí)現(xiàn)對(duì)緩傾斜多層礦床的開(kāi)采，開(kāi)采的流程順序?yàn)椋旱V床回采——盤(pán)區(qū)回采——采場(chǎng)回采——采切作業(yè)——鑿巖爆破——出礦——充填。再?gòu)膸r層穩(wěn)定性的角度出發(fā)，針對(duì)緩傾斜多層礦床總體的開(kāi)采區(qū)域順序進(jìn)行確定。在開(kāi)采的過(guò)程中，沿著垂直于礦床的方向，從中間向兩側(cè)推進(jìn)。在實(shí)際開(kāi)采的過(guò)程中，若遇到礦床中存在局部斷層或其地質(zhì)弱面結(jié)構(gòu)時(shí)，則應(yīng)當(dāng)從弱面結(jié)構(gòu)開(kāi)始開(kāi)采逐步向周?chē)鷶U(kuò)散推進(jìn)。針對(duì)開(kāi)采過(guò)程中的回采作業(yè)，應(yīng)當(dāng)采用效率更高的鑿巖和出礦設(shè)備，根據(jù)實(shí)際開(kāi)采作業(yè)條件，可選用Sinba256-256型號(hào)電動(dòng)液壓高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)，采用垂直深孔的方式向下鉆孔，孔徑控制在155mm～160mm范圍內(nèi)。在進(jìn)行爆破時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用分次裝藥的方式，并結(jié)合多孔粒狀乳化銨油炸藥。在完成鑿巖爆破后，應(yīng)當(dāng)針對(duì)崩落的礦石采用電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)對(duì)其進(jìn)行運(yùn)輸，同時(shí)，在鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，其運(yùn)距應(yīng)當(dāng)控制在100m～150m范圍以?xún)?nèi)，并保證每臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)的工作效率在800t/臺(tái)班及以上。在進(jìn)行對(duì)采空區(qū)的填充時(shí)，為了能夠改善該區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力分布，需要利用充填體對(duì)周?chē)鷩鷰r提供支撐和約束保護(hù)，從而進(jìn)一步降低巖爆活動(dòng)性，并在一定程度上減輕巖爆對(duì)周?chē)鷰r體造成的破壞。為了確保充填體的質(zhì)量得到保障，需要選擇膠結(jié)強(qiáng)度較高的充填材料，并確保充填體能夠在采場(chǎng)高度方向上始終保持良好的自立狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)巖層的有效控制，在開(kāi)采的過(guò)程中減少礦床貧化和不必要的損失。

1.3 礦床多層巖層穩(wěn)定控制

完成上述相關(guān)研究與地質(zhì)實(shí)踐研究后發(fā)現(xiàn)，緩傾斜多層礦床的開(kāi)采需要具有巖石爆破條件與對(duì)應(yīng)的應(yīng)力條件，但無(wú)論提出的任何一種控制措施，均會(huì)對(duì)巖層穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)造成負(fù)面影響。因此，有必要在此過(guò)程中，進(jìn)行巖層穩(wěn)定的控制，結(jié)合優(yōu)化后的回采順序，進(jìn)行巖層結(jié)構(gòu)的加固，降低開(kāi)采過(guò)程中由于相關(guān)因素導(dǎo)致的礦山坍塌事故。

綜合上述分析，在進(jìn)行礦床穩(wěn)定控制時(shí)，可在開(kāi)采階段進(jìn)行礦柱的預(yù)留，并根據(jù)爆破后的留空區(qū)域進(jìn)行及時(shí)的填充，對(duì)存在裂縫的地質(zhì)結(jié)構(gòu)或局部失穩(wěn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)處理、對(duì)關(guān)鍵的采礦巷道進(jìn)行技術(shù)監(jiān)測(cè)等。在進(jìn)行留空區(qū)域填充時(shí)，為了簡(jiǎn)化控制處理流程，可在區(qū)域內(nèi)預(yù)留一個(gè)寬度的適當(dāng)?shù)母綦x礦柱（通常情況下，礦柱的長(zhǎng)度取值在15.0m～20.0m范圍內(nèi)，本次優(yōu)選18.0m），假設(shè)此礦柱不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的有效控制，同時(shí)也可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)回采作業(yè)的高效性。

在對(duì)緩傾斜多層礦床巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的綜合分析中發(fā)現(xiàn)，礦床整體存在節(jié)理發(fā)育不完全的問(wèn)題，即部分地段的節(jié)理結(jié)構(gòu)交匯處存在硐室結(jié)構(gòu)、底部結(jié)構(gòu)交互的問(wèn)題。因此，需要采取有效的措施進(jìn)行結(jié)構(gòu)監(jiān)控，對(duì)于已出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象的巖層結(jié)構(gòu)，可采用“噴漿—噴錨”、“錨固—噴漿”、“控制網(wǎng)—噴錨”、“錨索—噴漿”等方式，進(jìn)行結(jié)構(gòu)支護(hù)。在此過(guò)程中應(yīng)明確，不同的失穩(wěn)條件應(yīng)選擇不同的支護(hù)方式。

在進(jìn)行礦層底部存在含金屬礦巖體的開(kāi)挖時(shí)，巖體極易受到外界干擾出現(xiàn)膨脹、脫落等現(xiàn)象，整體穩(wěn)定性較差，因此，在針對(duì)此種礦體穩(wěn)定控制時(shí)，可采用光面爆破技術(shù)，對(duì)出礦口進(jìn)行預(yù)錨處理，并按照“噴漿—噴錨—錨索”聯(lián)合支護(hù)進(jìn)行，進(jìn)行出礦作業(yè)過(guò)程中安全性的保障。

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)巖層穩(wěn)定性的控制，可在完成對(duì)巖層結(jié)構(gòu)的支護(hù)處理后，采用地壓監(jiān)測(cè)的方式，進(jìn)行巖層穩(wěn)定性與應(yīng)力變化規(guī)律的預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)的結(jié)果，進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與失穩(wěn)條件的評(píng)估。以評(píng)估得到的結(jié)果作為穩(wěn)定控制的依據(jù)，對(duì)其進(jìn)行地質(zhì)失穩(wěn)與相關(guān)災(zāi)害現(xiàn)象發(fā)生的預(yù)警。在緩傾斜多層礦床的首采階段，可架設(shè)一個(gè)由人工觀測(cè)與微震檢測(cè)構(gòu)成的地壓監(jiān)測(cè)循環(huán)機(jī)制，引進(jìn)由ISSI公司開(kāi)發(fā)的現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)設(shè)備與儀器，進(jìn)行24.0h不間斷的地層微震監(jiān)測(cè)。將監(jiān)測(cè)設(shè)備與礦層、采礦巷道等工程之間建立通信連接，在監(jiān)測(cè)的前端安裝一個(gè)集成的應(yīng)力變壓設(shè)備，以此種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)地壓的靜態(tài)監(jiān)測(cè)。根據(jù)后端反饋的監(jiān)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固處理，以此種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖層的穩(wěn)定控制。

2 應(yīng)用效果分析

結(jié)合本文上述論述內(nèi)容，從理論方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)緩傾斜多層礦床充填法開(kāi)采技術(shù)的研究，為進(jìn)一步驗(yàn)證該技術(shù)在實(shí)際礦山開(kāi)采當(dāng)中的應(yīng)用效果，選擇以某礦山開(kāi)采企業(yè)正在開(kāi)發(fā)的礦床為例。在進(jìn)行開(kāi)采前對(duì)該礦床進(jìn)行實(shí)地勘察，通過(guò)得到的勘察結(jié)果得出，該礦床為典型緩傾斜多層礦床，主礦體整體呈現(xiàn)出似層狀結(jié)構(gòu)，礦體走向?yàn)镹E28°～35°，傾向隨圍巖產(chǎn)狀分別向南東和北西方向傾斜。同時(shí)，該礦床中礦石含銅的品位平均值為1.23%，含硫平均值為18.34%。該礦床礦體頂盤(pán)主要為大理巖，底盤(pán)主要為石英閃長(zhǎng)巖和粉砂巖。在上述勘察結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)礦床特點(diǎn)選擇采場(chǎng)布置與結(jié)構(gòu)參數(shù)，并按照本文上述論述內(nèi)容完成對(duì)該礦床采礦順序的確定，同時(shí)在開(kāi)采過(guò)程中對(duì)其各個(gè)巖層進(jìn)行嚴(yán)格的穩(wěn)定性控制。分別選擇五個(gè)長(zhǎng)度為50m，寬度為15m的矩形采場(chǎng)，其編號(hào)分別為C001、C002、C003、C004和C005。在完成開(kāi)采任務(wù)后，將其實(shí)際開(kāi)采量進(jìn)行記錄，如表1所示。

表1 緩傾斜多層礦床充填法開(kāi)采技術(shù)實(shí)際開(kāi)采量

從表1得出的結(jié)果可以看出，五個(gè)不同采場(chǎng)的實(shí)際開(kāi)采量均超過(guò)了550t/d，已知該礦床中共分布8個(gè)采場(chǎng)，根據(jù)上述數(shù)據(jù)進(jìn)一步推算得出該礦床采用本文提出的開(kāi)采技術(shù)后其生產(chǎn)規(guī)模能夠提高到5000t/d以上，與該礦床以往2000t/d生產(chǎn)規(guī)模相比得到有效提升。因此，通過(guò)應(yīng)用結(jié)果證明，將充填法開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用到緩傾斜多層礦床當(dāng)中能夠有效提高礦床開(kāi)采的開(kāi)采量，同時(shí)在保證更高開(kāi)采效率的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦床整體穩(wěn)定性的控制，形成良好的作業(yè)環(huán)境，全面實(shí)現(xiàn)開(kāi)采技術(shù)的優(yōu)化。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)緩傾斜多層礦床的賦存條件和開(kāi)采特征，提出了一種全新的充填法開(kāi)采技術(shù)，并通過(guò)將該方法應(yīng)用到典型緩傾斜多層礦床開(kāi)采當(dāng)中，證明了該開(kāi)采技術(shù)的可行性和應(yīng)用效果。但由于開(kāi)采條件的復(fù)雜性以及各項(xiàng)開(kāi)采技術(shù)的局限性，使得這一技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還存在諸多問(wèn)題需要進(jìn)行更加深入的研究和完善，例如緩傾斜多層礦床巖體當(dāng)中包含了大量節(jié)理、裂隙等弱結(jié)構(gòu)面，這一部分結(jié)構(gòu)均需要結(jié)合損傷力學(xué)對(duì)其進(jìn)行探究。因此，在后續(xù)的研究中，針對(duì)這一類(lèi)問(wèn)題還將進(jìn)行充分探索，從而不斷提高充填法在緩傾斜多層礦床開(kāi)采當(dāng)中的適應(yīng)性。