劉 濤,姜培根,喬俊斌,白騰飛,任 基

(1.山東黃金礦業(yè)(玲瓏)有限公司; 2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院)

薄礦脈在鎢、錫、黃金等貴重金屬礦山較為常見(jiàn)[1]。隨著地下工程逐漸向深部發(fā)展,薄礦脈開(kāi)采被認(rèn)為是貴重金屬尤其是黃金的主要開(kāi)采來(lái)源[2-4]。然而,薄和極薄礦脈的開(kāi)采方法一直是黃金礦山的難題之一。由于薄礦脈采準(zhǔn)切割工程量大,采切比高,大型設(shè)備和機(jī)械很少使用,容易導(dǎo)致礦房生產(chǎn)效率低、礦石貧化率高等問(wèn)題[5]。隨著礦山開(kāi)采深度的增加,地壓顯現(xiàn),且采空區(qū)未充填,造成開(kāi)采難度越來(lái)越大,頂板冒頂事故頻發(fā),這嚴(yán)重威脅到地下作業(yè)人員的生命安全,造成礦山資源財(cái)產(chǎn)的損失,進(jìn)而影響礦山的生產(chǎn)效能和經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的工藝與技術(shù)(如淺孔留礦采礦法)已不能適應(yīng)薄礦脈的開(kāi)采,不僅采礦效率低,且安全性較低[6-7]。因此,需要尋找新工藝與新技術(shù),突破薄礦脈條件與技術(shù)條件的瓶頸[8-14],以實(shí)現(xiàn)薄礦脈的安全高效開(kāi)采。

1 工程概況

山東黃金礦業(yè)(玲瓏)有限公司(下稱“玲瓏金礦”)共圈出有資源儲(chǔ)量的礦體213個(gè),其中單礦體規(guī)模屬大型的(>500 m×500 m)有4個(gè),規(guī)模屬中型的有17個(gè),規(guī)模屬小型的有192個(gè)。礦體形態(tài)簡(jiǎn)單,絕大多數(shù)呈脈狀產(chǎn)出,傾角50°～80°,水平厚度一般為0.8～2.0 m,出露巖石主要為中粗粒二長(zhǎng)花崗巖和片麻狀中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖,屬典型的石英脈型金礦床,礦床較為穩(wěn)定。九曲分礦是玲瓏金礦的主要開(kāi)采礦段之一,其急傾斜薄礦脈一直采用淺孔留礦采礦法開(kāi)采。隨著礦山開(kāi)采深度的增加,地壓顯現(xiàn),且采空區(qū)未充填,導(dǎo)致開(kāi)采難度越來(lái)越高,頂板冒頂事故頻發(fā),繼續(xù)使用淺孔留礦采礦法開(kāi)采,工人長(zhǎng)時(shí)間暴露在頂板下作業(yè),作業(yè)環(huán)境危險(xiǎn)。鑒于此,礦山開(kāi)展了脈內(nèi)順路天井中深孔嗣后充填采礦法試驗(yàn)研究,優(yōu)化采礦工藝,以實(shí)現(xiàn)玲瓏金礦急傾斜薄礦脈的安全高效開(kāi)采。

2 順路天井中深孔嗣后充填采礦法

以玲瓏金礦九曲分礦-150 m中段9#支7173采場(chǎng)為例加以說(shuō)明。采場(chǎng)礦體傾角為85°左右,平均厚度1.04 m,礦體上下盤均為玲瓏花崗巖,與主構(gòu)造相連,巖石穩(wěn)固性強(qiáng)。

2.1 方法概述

脈內(nèi)順路天井中深孔嗣后充填采礦法如圖1所示,即在采場(chǎng)頂部留設(shè)頂柱,中間布置1條順路天井作為人行通風(fēng)通道,同時(shí)利用該順路先自上而下施工所有炮孔,然后自下而上逐層爆破,爆落的礦石自重落入采場(chǎng)底部,采用鏟運(yùn)機(jī)出礦的平底出礦穿底部結(jié)構(gòu),用鏟運(yùn)機(jī)裝入礦車運(yùn)走。礦房回采及出礦結(jié)束后,及時(shí)封堵各個(gè)出礦穿脈,采用上部中段廢石及尾砂充填采空區(qū)。主要采場(chǎng)要素為:采場(chǎng)長(zhǎng)30 m,高40 m,礦體厚度≤0.6 m時(shí),采幅0.6～0.8 m;礦體厚度>0.6 m時(shí),采幅為礦體實(shí)際厚度。

圖1 脈內(nèi)順路天井中深孔嗣后充填采礦法示意圖

2.2 采準(zhǔn)工程

2.2.1 主要采準(zhǔn)工程

主要采準(zhǔn)工程有脈外巷(2.5 m×2.5 m)、出礦穿脈(2.2 m×2.3 m)、順路天井(2.7 m×1.5 m)等。

2.2.2 采準(zhǔn)巷道支護(hù)

在進(jìn)行采準(zhǔn)工程時(shí),需要及時(shí)對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù),保障作業(yè)的安全性。依據(jù)《玲瓏金礦采掘工程支護(hù)管理規(guī)定(暫行)》,巷道(含脈外巷、出礦穿脈)為Ⅲ級(jí)巖體,采用錨桿支護(hù)。錨桿選用長(zhǎng)1.8 m、φ40 mm的管縫式錨桿,支護(hù)網(wǎng)度根據(jù)巖石穩(wěn)固情況可適當(dāng)調(diào)整。脈外巷支護(hù)如圖2所示,出礦穿脈支護(hù)如圖3所示。脈外巷為拱形斷面,掛網(wǎng)穿帶,頂部錨桿支護(hù)網(wǎng)度為900 mm×900 mm,兩幫錨桿支護(hù)網(wǎng)度為1 000 mm×1 000 mm;出礦穿脈錨桿支護(hù)網(wǎng)度為1 000 mm×1 000 mm;而順路隨上掘進(jìn)行正規(guī)木支護(hù),直至貫通上部中段。

圖2 脈外巷支護(hù)示意圖

圖3 出礦穿脈支護(hù)示意圖

2.2.3 施工順序

首先施工脈外巷,然后施工出礦穿脈和順路天井,且順路天井提前與上部中段貫通。順路天井布置在脈內(nèi),采用YT-28鉆機(jī)全斷面一次成形。

順路天井施工過(guò)程中,每上掘1 m,在上下盤鉆鑿4個(gè)平臺(tái)固定孔,每3 m鉆鑿1個(gè)梯子固定孔,以便于上部中段提升設(shè)備及鉆機(jī)安裝。

2.3 回采工藝

采準(zhǔn)切割工程結(jié)束后,即可進(jìn)行回采?；夭晒に囍饕ㄨ弾r、裝藥爆破、通風(fēng)、出礦、破碎大塊等。

2.3.1 鑿 巖

采用自主研發(fā)的吊罐鉆機(jī)一體式作業(yè)平臺(tái)(如圖4所示)進(jìn)行鑿巖作業(yè)。吊罐鉆機(jī)一體式作業(yè)平臺(tái)由底座、絲杠、下盤滑輪、前后軌、上下軌、安全防護(hù)欄及安全蓋板組成。其中,YGZ-90鉆機(jī)通過(guò)焊接固定于作業(yè)平臺(tái)上,且可通過(guò)前后軌、上下軌前后上下移動(dòng),操作靈活方便;同時(shí)在吊罐下盤面布置滑輪,便于吊罐上下移動(dòng),而絲杠可頂住順路上下盤從而固定平臺(tái)。

圖4 吊罐鉆機(jī)一體式作業(yè)平臺(tái)

吊罐下放至施工高度后,將吊罐底部的絲杠頂住順路上下盤從而固定吊罐。均固定牢靠后,先向采場(chǎng)一側(cè)采用水平炮孔(水平上仰3°)施工2排炮孔,孔深15 m,炮孔采用“之”形布置。之后將鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)180°向另一側(cè)施工炮孔。施工完畢,下放吊罐至合適位置繼續(xù)施工炮孔,直至所有炮孔施工完成。

2.3.2 裝藥爆破

通過(guò)絞車下放吊罐至各炮孔高度,人員在吊罐內(nèi)對(duì)炮孔進(jìn)行裝藥,第一次裝4排藥,起爆下面2排,上面2排提前裝藥,防止炮孔擠壓破壞。采用顆粒狀的乳化炸藥,裝藥長(zhǎng)度14 m,炮泥堵塞長(zhǎng)度1 m,每次爆破2排。

爆破采用耦合連續(xù)裝藥導(dǎo)爆索+導(dǎo)爆管雷管聯(lián)合起爆網(wǎng)絡(luò),非電導(dǎo)爆管微差起爆系統(tǒng)起爆,采用DBG-3C型遠(yuǎn)距離擊發(fā)器引爆。

2.3.3 通風(fēng)、出礦

爆破后保持局扇正常運(yùn)轉(zhuǎn),通風(fēng)20 min后方可進(jìn)行作業(yè)。通風(fēng)結(jié)束后,出礦人員在采場(chǎng)底部采用鏟運(yùn)機(jī)出礦。

2.3.4 采空區(qū)充填

礦房回采及出礦結(jié)束后,及時(shí)封堵各個(gè)出礦穿脈,封閉采空區(qū),同時(shí)采用上部中段廢石及尾砂進(jìn)行采空區(qū)充填。采場(chǎng)全部采用1∶4膠結(jié)充填,充填體養(yǎng)護(hù)28 d,抗壓強(qiáng)度不小于5 MPa。

2.4 中深孔孔網(wǎng)參數(shù)

中深孔孔網(wǎng)參數(shù)布置遵循“多打孔,少裝藥”的原則,盡可能控制采場(chǎng)采幅,降低礦石貧化率,并盡可能減少爆破振動(dòng)對(duì)上下盤圍巖的影響。

2.4.1 炮孔直徑

炮孔直徑?jīng)Q定了裝藥量和施工鑿巖速度,炮孔直徑的大小對(duì)延米崩礦量、大塊率、最小抵抗線有直接影響。根據(jù)國(guó)內(nèi)中深孔爆破工程經(jīng)驗(yàn),接桿鉆鑿中深孔的炮孔直徑一般為55～65 mm;潛孔鑿巖的炮孔直徑一般為90～120 mm。而國(guó)外礦山在極薄、薄礦體中深孔爆破回采的炮孔直徑一般為41～65 mm,且大多采用51 mm(2.0英寸)合金鉆頭鉆鑿51～53 mm的炮孔。例如,諾頓金田采用50 mm鉆頭配合乳化炸藥車回采2～3.5 m巖金礦脈取得了較好的效果。因此,確定炮孔直徑為50 mm。

2.4.2 最小抵抗線

對(duì)于薄礦脈的回采,其自由補(bǔ)償空間不足、上下盤圍巖對(duì)礦體夾制力大是中深孔回采爆破的一大突出特征。

1)按爆破設(shè)計(jì)手冊(cè)計(jì)算最小抵抗線。

W= (25～30)d

(1)

式中:W為最小抵抗線(m);d為炮孔直徑(m)。

經(jīng)計(jì)算,W=1.25～1.50 m。即最小抵抗線為1.25～1.50 m。

2)按爆破漏斗試驗(yàn)?；谙惹坝矌r爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果,采用利文斯頓爆破漏斗相似模型理論,得出不同炮孔直徑的最小抵抗線如表1所示。由表1可知,炮孔直徑為50 mm時(shí),推薦最小抵抗線為0.9 m。因此,最終確定最小抵抗線為0.9 m,孔底距為1.2 m。

表1 硬巖不同孔徑最佳孔網(wǎng)參數(shù)

3 應(yīng)用及效果

脈內(nèi)順路天井中深孔嗣后充填采礦法在采場(chǎng)中間布置1條順路作為人行通風(fēng)通道,同時(shí)利用該順路先自上而下施工所有炮孔,然后自下而上逐層爆破,在采場(chǎng)底部布置出礦工程進(jìn)行后期出礦。該方法采用自主研發(fā)的吊罐鉆機(jī)一體式作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行采場(chǎng)一次性鑿巖裝藥,礦石爆落后通過(guò)底部出礦穿結(jié)構(gòu)出礦,實(shí)現(xiàn)了采場(chǎng)無(wú)人化管理,生產(chǎn)效率及作業(yè)安全性大大提高。其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表2所示。

表2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

由表2可知:雖然脈內(nèi)順路天井中深孔嗣后充填采礦法采礦直接成本略高于淺孔留礦采礦法,但采礦效率提高了47 %,采礦損失率從8.00 %降低到1.19 %,礦石貧化率從22.5 %降低到12.6 %,且人員在底部出礦穿結(jié)構(gòu)出礦,安全性大大提高。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著玲瓏金礦開(kāi)采深度的不斷增加,礦山所面臨的壓力也在逐步增加,礦體賦存條件、節(jié)理裂隙發(fā)育程度也在上升,傳統(tǒng)的采礦方法如淺孔留礦采礦法已不再適用。當(dāng)前地下礦山的發(fā)展趨勢(shì)是中深孔大規(guī)模強(qiáng)化開(kāi)采,中深孔開(kāi)采過(guò)程中,人員在鑿巖巷道中作業(yè),與淺孔留礦采礦法人員在礦體頂板下作業(yè)相比,采礦安全性大大提高,同時(shí)其生產(chǎn)能力大,機(jī)械化程度高,生產(chǎn)效率高。

為此,本文提出一種脈內(nèi)順路天井中深孔嗣后充填采礦法,即在采場(chǎng)頂部留設(shè)頂柱,中間布置1條順路天井作為人行通風(fēng)作業(yè)通道。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐表明:脈內(nèi)順路天井中深孔嗣后充填采礦法大大提高了工作人員作業(yè)的安全性,同時(shí)其具有生產(chǎn)能力大、機(jī)械化程度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn),具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益,可在類似礦山中推廣應(yīng)用。