高 劍，舒 亮

（湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 郴州 424400）

湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責(zé)任公司（下稱“寶山礦業(yè)”）隸屬于湖南有色產(chǎn)業(yè)投資集團(tuán)，擁有完整的探礦、采礦、選礦體系，目前采礦規(guī)模為45萬t／a，日處理鉛鋅原礦能力為1500t／d。為加速推進(jìn)寶山礦業(yè)機(jī)械化采礦目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步提高井下勞動(dòng)生產(chǎn)率，從本質(zhì)上減少井下安全事故，寶山礦業(yè)開始全面推進(jìn)機(jī)械化工作。前期主要采用機(jī)械化盤區(qū)上向進(jìn)路充填采礦法，但進(jìn)路式回采生產(chǎn)效率難以保證井下生產(chǎn)。為此需要對(duì)該采礦方法回采工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，改進(jìn)后的采礦方法較之前進(jìn)路式回采在生產(chǎn)能力、安全性、成本節(jié)約等方面有很大的提高［1－2］，能夠滿足生產(chǎn)需要。

1 礦床地質(zhì)與開采技術(shù)條件

1.1 礦床地質(zhì)

寶山礦區(qū)礦床類型主要是巖漿期后高中溫?zé)嵋航佑|交代矽卡巖型銅鉬鎢鉍多金屬礦床和中低溫?zé)嵋毫严冻涮罱淮豌U鋅銀礦床?，F(xiàn)主要開采西部礦區(qū)深部礦體，寶山西部礦區(qū)深部礦體主要賦存梓門橋組白云巖、測(cè)水組砂頁(yè)巖、斷裂破碎帶中。測(cè)水組砂頁(yè)巖節(jié)理、裂隙較發(fā)育，頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)固性較差。梓門橋組白云巖巖層較完整，礦體頂?shù)装鍑鷰r較穩(wěn)固。寶山礦體復(fù)雜，主要為灰?guī)r、白云巖及砂頁(yè)巖三種類型，本文以白云巖礦體為研究對(duì)象。白云巖型鉛鋅礦，礦體成規(guī)模，厚度5～30m不等，長(zhǎng)度30～200m不等，下盤為砂頁(yè)巖，極不穩(wěn)固，部分礦體上盤為斷層破碎帶，礦體傾角70°左右，礦床工程地質(zhì)條件屬中等類型。本區(qū)主要含水層為壺天群灰?guī)r、梓門橋組白云巖裂隙巖溶水含水巖組，巖溶發(fā)育較弱，富水性中等，礦區(qū)水文地質(zhì)屬中等類型。

1.2 開采技術(shù)條件

本次試驗(yàn)礦體為西部－230中段26＃礦體。該礦體賦存于梓門橋組下段白云巖與測(cè)水組碳質(zhì)砂頁(yè)巖接觸界面中，上盤圍巖為白云巖，下盤圍巖為碳質(zhì)砂頁(yè)巖；東面為F5斷層，局部礦體中泥質(zhì)裂隙發(fā)育，梓門橋組上段白云巖性脆容易破碎。礦體主要呈脈狀、透鏡狀分布，走向北東10°～20°，走向長(zhǎng)度約90 m，厚度約3～30m不等，平均厚度為20m左右；傾向北西，傾角55°～75°，沿傾向向上延伸39m，本次回采的礦體為白云巖型礦，礦石體重3.5t／m3，普氏硬度系數(shù)f＝6～8，礦石松散系數(shù)為1.5，自然安息角45°；圍巖體重2.60t／m3，f＝8～10，巖石松散系數(shù)為1.5～1.7，自然安息角45°。

2 機(jī)械化盤區(qū)上向進(jìn)路充填采礦法應(yīng)用

2.1 盤區(qū)構(gòu)成要素

盤區(qū)沿礦體走向長(zhǎng)度，盤區(qū)寬度為礦體水平厚度，中段高度40m，頂柱3m，不留底柱及間柱。分段高度10m，每個(gè)分段分為3個(gè)分層，分層高度為3.3m，進(jìn)路斷面規(guī)格為3.5m×3.3m。采礦方法如圖1所示。

圖1 機(jī)械化盤區(qū)上向進(jìn)路充填采礦法示意圖

2.2 采切工程布置

采用盤區(qū)脈外無軌采準(zhǔn)方式。采切工程主要有：采區(qū)斜坡道、分段巷道、分段巷道聯(lián)絡(luò)道、采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷、溜井、聯(lián)絡(luò)道、礦石溜井、充填回風(fēng)井、風(fēng)井聯(lián)巷等。分段巷道和礦石溜井布置在礦體下盤，礦石溜井每100m布置一條，各分段之間通過采區(qū)斜坡道相聯(lián)通，人員、材料、設(shè)備通過采區(qū)斜坡道和分段巷道聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入各分段巷道，再通過采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入采場(chǎng)作業(yè)面。

2.3 回采工作

分段回采順序?yàn)閺南轮辽?，先采下分段，逐次向最上分段推進(jìn)。分層回采順序?yàn)橄炔上路謱樱鸫蜗蜃钌戏謱踊夭?。分段巷道及礦石溜井施工到位后，從分段巷道施工通往采場(chǎng)的采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道，每分段采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道按照“下一、平一、上一”的原則進(jìn)行施工，即下采一個(gè)分層、平采一個(gè)分層、上采一個(gè)分層。每分段第一層采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道掘進(jìn)形成，從采場(chǎng)兩翼向中央后退式進(jìn)路回采，進(jìn)路斷面規(guī)格為3.5m×3.3 m，回采順序?yàn)楦粢徊梢换蚋舳梢?，先回采一步驟進(jìn)路并膠結(jié)充填后，再回采二步驟進(jìn)路，每回采完一個(gè)分層，對(duì)采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道進(jìn)行壓頂，壓頂高度為3m。出礦設(shè)備采用1m3鏟運(yùn)機(jī)，鏟運(yùn)機(jī)由斜坡道經(jīng)脈內(nèi)運(yùn)輸巷進(jìn)入采場(chǎng)礦房裝礦，鏟取礦石后通過脈內(nèi)運(yùn)輸巷礦石溜井放至下中段，溜井底部經(jīng)振動(dòng)放礦機(jī)裝車后由電機(jī)車運(yùn)至主溜井。每條進(jìn)路回采完畢后，立即架設(shè)充填管路，采用柔性擋墻封堵，進(jìn)行充填作業(yè)，充填均需接頂。

2.4 存在的問題

1.回采效率低?；夭删捎镁蜻M(jìn)方式，單個(gè)采場(chǎng)回采效率低且成本較高，較難滿足井下當(dāng)前安全生產(chǎn)的需求，為確?；夭尚市枰贾枚鄠€(gè)進(jìn)路同時(shí)回采，多點(diǎn)開花，頻繁的爆破振動(dòng)對(duì)充填體質(zhì)量造成影響，對(duì)相鄰作業(yè)點(diǎn)頂板邊幫的管理更加不利。

2.水平進(jìn)路膠結(jié)填體接頂率低，造成以下三種不利影響。一是當(dāng)回采二步驟時(shí)，兩邊的充填體無法支撐頂板，導(dǎo)致局部圍巖應(yīng)力集中，拱形斷面無法形成，極易發(fā)生局部冒頂現(xiàn)象；二是由于首層充填無法接頂，下分層進(jìn)路掘進(jìn)時(shí)，爆破振動(dòng)導(dǎo)致兩幫圍巖下沉、開裂，片幫風(fēng)險(xiǎn)大；三是由于缺少原生礦柱的支撐，加上充填結(jié)頂率低，整個(gè)采場(chǎng)頂板連成一片處于懸空狀態(tài)，暴露面積大，頂板極不穩(wěn)定，頂板管理難度大。

3.充填工藝復(fù)雜。每個(gè)進(jìn)路回采到位后必須及時(shí)進(jìn)行封堵及充填，且充填必須接頂否則直接影響下步回采作業(yè)，封堵充填跑漿、漏漿現(xiàn)象頻發(fā)，采礦、充填工藝間轉(zhuǎn)換困難導(dǎo)致回采難度進(jìn)一步增大。

3 機(jī)械化盤區(qū)上向?qū)掃M(jìn)路充填采礦法

針對(duì)盤區(qū)上向進(jìn)路式充填采礦法應(yīng)用中存在回采效率低、充填工藝復(fù)雜的問題，決定對(duì)采礦方法進(jìn)行優(yōu)化，將盤區(qū)內(nèi)采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，采用無軌高效采出礦設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，提高盤區(qū)生產(chǎn)能力［3］。

3.1 盤區(qū)構(gòu)成要素

盤區(qū)沿礦體走向布置，盤區(qū)內(nèi)采場(chǎng)垂直礦體走向布置，中段高度40m，頂柱3m，不留底柱及間柱。分段高度10m，由下而上逐層回采，分層高度為5 m，每一分層劃分若干個(gè)進(jìn)路，以進(jìn)路為基本單位進(jìn)行回采和充填；回采順序可根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度靈活安排，總體遵循由兩翼向中間后退式回采原則。為避免同一分層無法接頂造成采場(chǎng)大面頂板處于懸空狀態(tài)，分層回采過程中可將1步驟采場(chǎng)上采2～3個(gè)分層后，再對(duì)2步驟采場(chǎng)進(jìn)行回采，1、2步驟進(jìn)路在盤區(qū)不同高度上同時(shí)回采從而解決無法接頂造成大面積懸空的問題，采礦方法如圖2所示。

圖2 機(jī)械化盤區(qū)上向?qū)掃M(jìn)路充填采礦法示意圖

3.2 采切工程布置

采用盤區(qū)脈外無軌采準(zhǔn)方式。采切工程主要有：采區(qū)斜坡道、分段巷道、分段巷道聯(lián)絡(luò)道、采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷、溜井、礦石溜井、充填回風(fēng)井、風(fēng)井聯(lián)巷等。分段巷道和礦石溜井布置在礦體下盤，礦石溜井每100 m布置一條，各分段之間通過采區(qū)斜坡道相聯(lián)通，人員、材料、設(shè)備通過采區(qū)斜坡道和分段巷道聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入各分段巷道，再通過采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入采場(chǎng)作業(yè)面。

3.3 回采工作

1.鑿巖爆破。采切工程施工完畢后，盤區(qū)每個(gè)采場(chǎng)以分層巷道為自由面，從采場(chǎng)兩翼向中央后退式回采進(jìn)路，進(jìn)路規(guī)格2.8m×2.8m，進(jìn)路小斷面切割巷施工到上盤砂頁(yè)巖后，再施工另一個(gè)采場(chǎng)的進(jìn)路，此時(shí)鑿巖臺(tái)車對(duì)剛施工完切割巷的進(jìn)路進(jìn)行刷擴(kuò)及壓頂，最后形成寬8m、高5m的寬進(jìn)路。為保證頂板爆破后巖面平整，防止頂板圍巖破壞開裂，增加巖壁穩(wěn)定性，減少爆破對(duì)保留巖體破壞作用，巷道兩幫及頂板進(jìn)行光面爆破，光爆孔間距0.6m，光爆層厚度為0.6m，爆破后頂板呈微圓弧狀。裝藥前，檢撬浮石，清理工作面和炮眼，查清炮孔數(shù)目和深度，人工裝藥，采用卷裝2號(hào)巖石乳化炸藥，炸藥規(guī)格為Φ32mm×300mm。塑料導(dǎo)爆管配起爆針起爆，毫秒延期雷管爆破，光爆層齊發(fā)起爆。

2.通風(fēng)排險(xiǎn)。新鮮風(fēng)流由采區(qū)斜坡道經(jīng)過分段巷道和采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入回采作業(yè)面，污風(fēng)經(jīng)充填回風(fēng)井排到上中段，經(jīng)總回風(fēng)井排出地表。為加快爆破炮煙排出，采場(chǎng)采用局扇加強(qiáng)通風(fēng)。通風(fēng)完畢后，應(yīng)對(duì)工作面進(jìn)行檢查，進(jìn)行浮石處理。檢查處理松石過程由外向內(nèi)，由上而下，先易后難，先頂板后兩幫的順序作業(yè)，特別注意斷層、節(jié)理、裂隙交錯(cuò)軟硬圍巖（礦）交錯(cuò)地帶冒頂?shù)陌踩[患。難以處理的浮石采取鑿巖爆破等方法處理。

3.采場(chǎng)支護(hù)。根據(jù)礦巖穩(wěn)固性情況對(duì)分段巷道、采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道及進(jìn)路進(jìn)行支護(hù)。支護(hù)主要以錨桿支護(hù)為主，局部較不穩(wěn)固地段需進(jìn)行錨桿加金屬網(wǎng)支護(hù)。錨桿采用1.8m長(zhǎng)、直徑43mm的管縫式錨桿，錨桿支護(hù)網(wǎng)度1m×1m。遇圍巖特別破碎時(shí)采用錨索進(jìn)行加固支護(hù)，錨索長(zhǎng)度5m，排距2m，眼距2m。

4.出礦。出礦采用1m3鏟運(yùn)機(jī)在采場(chǎng)內(nèi)鏟礦，經(jīng)采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道、分段巷道裝入礦石溜井，經(jīng)振動(dòng)放礦機(jī)裝入礦車經(jīng)電機(jī)車牽引倒入主溜井，針對(duì)局部頂板不穩(wěn)固采場(chǎng)，為確保礦石充分回收同時(shí)保證出礦安全將采用遙控鏟車進(jìn)行鏟礦作業(yè)。

3.4 充填

為減小采場(chǎng)頂板暴露面積、縮短暴露時(shí)間，有效維護(hù)頂板穩(wěn)定性，分層進(jìn)路采場(chǎng)回采結(jié)束需及時(shí)封堵并進(jìn)行充填。采場(chǎng)充填工藝為第一分層回采后，需在采場(chǎng)首分層回采結(jié)束后制作假底。

假底施工前，必須在現(xiàn)場(chǎng)空區(qū)邊幫標(biāo)注標(biāo)高線，采場(chǎng)底板必須施工至設(shè)計(jì)底板并清理干凈。采場(chǎng)底板必須平整，不超出設(shè)計(jì)底板標(biāo)高±0.1m；場(chǎng)地平整后在表層覆蓋0.2m粉礦。掛樁采用Φ30mm圓鋼加工，掛樁長(zhǎng)度1.5m；掛樁之間的連接圓鋼采用Φ30mm圓鋼；底部鋪筋采用Φ14mm螺紋鋼，螺紋鋼單根長(zhǎng)度3m；上、下盤鉤筋采用Φ14mm螺紋鋼，螺紋鋼單根長(zhǎng)度3m。捆扎底部鋪筋的鐵絲采用14＃鐵絲；底部鋪筋敷設(shè)網(wǎng)度0.3m×0.3m，主副鋼筋同型號(hào)，采用14＃鐵絲綁定；鋼筋敷設(shè)時(shí)緊貼采場(chǎng)底板墊礦層；鋼筋搭接時(shí)搭接長(zhǎng)度不低于0.2m，搭接段全長(zhǎng)雙面焊接；底部鋪筋必須與相鄰充填空區(qū)預(yù)留鋼筋搭接，采用搭接豎向平行搭接，長(zhǎng)度不低于0.2m且全長(zhǎng)雙面焊接。上（下）盤掛樁間距1.0m，布置于設(shè)計(jì)底板標(biāo)高上1.4m；掛樁錨入圍巖部分長(zhǎng)1.3m，外露部分長(zhǎng)0.2m。掛樁錨入后，確保端部圓環(huán)豎直；掛樁與水平面夾角15°～20°；掛樁端部圓環(huán)作為穿孔，采用Φ30mm圓鋼貫穿各個(gè)圓環(huán)，連接圓鋼與掛樁端部圓環(huán)連接處采用焊接加固。鉤筋用于連接Φ30mm圓鋼與底部鋪筋，布置間距0.5m，與底板垂直；鉤筋端部套環(huán)與圓鋼連接部分采用焊接加固；鉤筋與底部鋪筋搭接，搭接長(zhǎng)度不低于0.2m且全長(zhǎng)雙面焊接。假底制作示意圖如圖3所示。

圖3 假底制作示意圖

其他分層充填時(shí)，先采用灰砂比1∶12膠結(jié)充填3.6m，充填料脫水后再用灰砂比1∶6的膠結(jié)充填0.4m結(jié)面。條件允許時(shí)掘進(jìn)廢石可鏟入采場(chǎng)內(nèi)充填。

4 兩方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

西部－230中段南西沿26＃礦體原采礦方法為盤區(qū)上向進(jìn)路充填采礦法，通過優(yōu)化采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，經(jīng)過半年的回采，現(xiàn)將該盤區(qū)先后采用兩種采礦方法取得的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，見表1。

表1 盤區(qū)進(jìn)路與寬進(jìn)路主要技術(shù)指標(biāo)

優(yōu)化后的采礦工藝不但提高了生產(chǎn)能力，通過加大單個(gè)采場(chǎng)的回采高度與寬度同時(shí)減小了膏體充填采礦與充填轉(zhuǎn)換之間的影響，減小了封堵工作量，采場(chǎng)直接成本也有所降低，對(duì)寶山礦業(yè)大力推廣機(jī)械化采礦創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié) 論

機(jī)械化盤區(qū)上向?qū)掃M(jìn)路充填采礦法的應(yīng)用較上向進(jìn)路充填采礦法體現(xiàn)以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：

1.機(jī)械化程度更高。加大了鑿巖臺(tái)車及鏟車的作業(yè)空間，便于設(shè)備在采場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)場(chǎng)與作業(yè)，進(jìn)一步提高了盤區(qū)機(jī)械化程度，減小了勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.生產(chǎn)能力提高。施工順序靈活多變，可多分層同時(shí)回采，且擴(kuò)采效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于掘進(jìn)的效率，極大的提高了盤區(qū)生產(chǎn)能力。

3.采場(chǎng)回采與充填銜接更為順暢。減少采場(chǎng)充填次數(shù)和封堵工程量，降低了跑漿、漏漿的事故發(fā)生率，分層采場(chǎng)數(shù)量的減少也避免了膠結(jié)充填料的二次貧化，降低了貧化率。

4.成本節(jié)約。寬進(jìn)路充填采礦法采礦直接成本為29.6元／t，較進(jìn)路式回采的成本34.8元／t降低了5.2元／t，降幅達(dá)15%。