郭俊利,郝宗林,張鵬國,賴 偉

(1.甘肅省合作早子溝金礦有限責(zé)任公司; 2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司)

引 言

近年來,隨著采礦設(shè)備、采礦方法的日趨成熟及易采礦體的日漸枯竭,國內(nèi)外各礦山企業(yè)均將自己的發(fā)展方向由回采厚大礦體轉(zhuǎn)移至回采難度較大的緩傾斜薄及中厚礦體[1-3]。然而,目前針對緩傾斜薄礦體的回采方法仍以房柱采礦法為主,但該方法存在采準(zhǔn)工期較長,圍巖破碎條件下礦柱回收率較低等缺陷[4-5]。因此,為有效提高礦產(chǎn)資源的回收率,國內(nèi)外眾多學(xué)者均將“如何低成本高效回采緩傾斜薄礦體”這一課題視為未來的研究方向。徐永文等[6]以山東某金礦緩傾斜極薄礦體為例,采用Flac3D軟件研究充填采場結(jié)構(gòu)參數(shù);結(jié)果表明,采場寬度1.5 m可保證礦山的生產(chǎn)安全。郝學(xué)冉等[7]基于貴州省某緩傾斜極薄礦體的開采現(xiàn)狀,根據(jù)礦體賦存特征、開采技術(shù)條件,研究不同采礦方法的適用性;結(jié)果表明,削壁充填采礦法的使用效果較好,可保證該礦山的安全高效回采。黃永祥[8]以南非某鉑金礦為例,根據(jù)礦體賦存條件及資源特征,對現(xiàn)有采礦方法進(jìn)行改進(jìn),將普通空場采礦法優(yōu)化為半機(jī)械化空場采礦法,以此降低采礦損失貧化。吳禮軍等[9]為準(zhǔn)確選取適用于某急傾斜薄礦體的最佳采礦方法,采用層次分析法綜合對比各影響因素的權(quán)重;結(jié)果表明,適用于該礦山的最佳采礦方法為淺孔留礦采礦法。謝火明[10]針對水銀洞金礦開采成本高、開采效率低、安全性能差等問題,提出采用長壁式嗣后充填采礦法進(jìn)行回采;現(xiàn)場工業(yè)試驗結(jié)果表明,該方法可有效提高回采效率、降低回采成本,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

本文以甘肅省合作早子溝金礦有限責(zé)任公司(下稱“早子溝金礦”)為例,根據(jù)礦山實際開采技術(shù)條件及現(xiàn)有采礦方法存在的一些問題,提出一種長壁式連續(xù)采礦法,并對該方法進(jìn)行現(xiàn)場工業(yè)試驗,根據(jù)試驗結(jié)果確定該方法在早子溝金礦的適用性。

1 工程背景

1.1 地質(zhì)概況

早子溝金礦為中性巖漿巖脈密集發(fā)育區(qū),地層受巖漿侵入和斷裂影響,層間小褶皺發(fā)育。礦區(qū)內(nèi)斷裂十分發(fā)育,大致由北東向、北西向、近南北向、近東西向和北北東向5組斷裂組成,前4組斷裂分別控制并構(gòu)成4組金礦帶,多為Au1主礦體淺成侵入體,受主構(gòu)造影響,其支脈多數(shù)為緩傾斜薄礦體,礦體厚度0.8～2.0 m。

早子溝金礦緩傾斜薄礦體傾角25°～40°,呈現(xiàn)中間至兩翼傾角變緩的現(xiàn)象。其中,礦體真厚度約1.5 m,走向長度約100 m,傾向長度140 m左右,礦體在走向及傾向較連續(xù)且變化不大。礦體上、下盤面明顯,且上盤面普氏硬度系數(shù)為4～8,局部頂板破碎。根據(jù)上、下中段沿脈工程對本礦段的揭露和控制情況,結(jié)合整體水文地質(zhì)情況分析,該礦段水文地質(zhì)條件屬于中等,礦段內(nèi)礦脈受上盤和下盤2條構(gòu)造控制且脈內(nèi)次級構(gòu)造較發(fā)育。所有構(gòu)造均為導(dǎo)水構(gòu)造,涌水量為15.0～30.0 m3/h。

1.2 存在問題

1)采礦成本高。雖然地質(zhì)鉆孔或個別中段已揭露緩傾斜薄礦體,但大多數(shù)中段穿脈運(yùn)輸巷道因開采成本影響未施工,已施工穿脈運(yùn)輸巷及探礦巷多數(shù)出現(xiàn)不同程度的坍塌,少數(shù)緩傾斜薄礦體探礦巷已作為永久性通風(fēng)巷道。因此,緩傾斜薄礦體回采需施工或恢復(fù)穿脈巷道作為運(yùn)輸通道,而后施工沿脈拉底巷確定其可采性后方可施工采準(zhǔn)工程。緩傾斜礦體上、下中段礦體延伸平距相差較大,上、下中段的穿脈巷道工程量相差達(dá)到60 m以上;此外,現(xiàn)有房柱采礦法的采礦工藝需投入大量的采準(zhǔn)工程,且后期礦柱回收的安措費(fèi)用大大增加了采礦成本。

2)采礦方法單一。緩傾斜薄礦體通常采用房柱采礦法進(jìn)行回采作業(yè),只有在頂板穩(wěn)固條件下才考慮空場采礦法進(jìn)行回采。雖然房柱采礦法安全系數(shù)較高,但其采準(zhǔn)工期較長,圍巖破碎條件下礦柱回收率較低,部分采場頂?shù)装迤扑槌潭戎荒芡ㄟ^以掘代采進(jìn)行回采作業(yè)。

2 長壁式連續(xù)采礦法

根據(jù)早子溝金礦礦體傾斜方向布置回采工作面,并沿走向開采。隨著礦石的高效產(chǎn)出及工作面的不斷推進(jìn),采區(qū)內(nèi)形成的采空區(qū)逐漸增大,為保證采場內(nèi)作業(yè)空間的安全,需不斷增設(shè)人工假柱。而該工程主要采用密集型混凝土假柱維護(hù)頂?shù)装宓姆€(wěn)固性,具體開采方案如圖1所示。

3 工程應(yīng)用

3.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

為加速采場的采準(zhǔn)進(jìn)度及提高采礦回采率,直接利用穿脈運(yùn)輸巷道刷大為卷揚(yáng)機(jī)硐室,并于礦體中心下盤8 m垂高高差位置施工下山斜井,并每隔40～50 m垂高施工中段臨時車場貫通礦體,而后施工兩翼沿脈拉底工程直至礦體尖滅,然后于左右兩翼礦體可采區(qū)域施工切割上山,切割上山長度50～80 m,貫通至上中段沿脈巷,作為回風(fēng)巷道及人行出口。

3.2 采場回采工藝

以切割上山作為自由面,采場回采按照兩翼向中間、由上中段沿脈向本分層拉底巷逐步推進(jìn)的切采順序。每次切采寬度為1.5～2.0 m,單班切采長度為10 m左右,單班落礦能力為40～50 t。為防止上山切割礦石崩落至采空區(qū),由上中段沿脈巷安裝40 kW卷揚(yáng)機(jī)牽引鋼結(jié)構(gòu)擋板的防炮擊運(yùn)搬裝置,鋼結(jié)構(gòu)擋板的規(guī)格需確保切采礦塊大部分回彈至作業(yè)面附近,以便于電耙耙裝,防止礦塊崩入采空區(qū)造成損失。后續(xù)以切割上山為自由面進(jìn)行切割作業(yè),作業(yè)前控制40 kW卷揚(yáng)機(jī)牽引鋼結(jié)構(gòu)擋板裝置于作業(yè)面移動,并利用三角支架等管構(gòu)固定。一方面,作為作業(yè)面提供臨時支護(hù),確保頂板安全;另一方面,切采鉆孔施工方位與鋼結(jié)構(gòu)擋板相互配合,確保爆破礦堆全部在鋼結(jié)構(gòu)擋板攔擋區(qū)域內(nèi)。

根據(jù)頂板揭露情況施工人工假柱確保頂板安全性,人工假柱利用直角邊1.5 m、厚度0.5 m的直角三角形混凝土預(yù)制塊拼接而成。下放時必須挑選養(yǎng)護(hù)7 d以上、預(yù)留孔完整且表面光滑平整的預(yù)制塊,利用電耙自上而下將預(yù)制塊運(yùn)送至作業(yè)區(qū)域。根據(jù)頂板穩(wěn)固情況,采場內(nèi)底板掘底0.3～0.5 m形成人工假柱的基礎(chǔ)坑,人工假柱規(guī)格根據(jù)頂板破碎情況而定,控制在3.0 m×3.0 m～4.0 m×4.0 m,人工假柱按照間距6～10 m以三角形布置于采場內(nèi),混凝土強(qiáng)度不低于C20;而后利用圓鋼或廢舊鋼管等將混凝土預(yù)制塊的預(yù)留孔穿拉固定于掘底區(qū)域,并采用快硬水泥封堵預(yù)制孔。混凝土澆筑前需支模板確保密封性,混凝土澆筑過程中及時注意人工假柱澆筑體外露情況。人工假柱施工點(diǎn)與回采作業(yè)的安全距離需大于10 m,確保灰砂比等技術(shù)參數(shù)按照C20混凝土施工,及時利用振動棒等確?；炷恋某涮罱Y(jié)頂率。下中段礦體延伸情況下,還需施工加密人工假柱,確保下中段人行通道及回風(fēng)順路暢通。所有礦石通過該中段沿脈運(yùn)輸巷經(jīng)中段運(yùn)輸上山提升至運(yùn)輸大巷,然后提升至井口。

3.3 應(yīng)用及效果

通過人工假柱的施工確保頂板的穩(wěn)固性,防止頂板出現(xiàn)大面積塌方。與此同時,通過人工假柱施工,無需施工橫縱向轉(zhuǎn)柱切割工程,無論在回采周期及采礦成本的控制上都有巨大的優(yōu)勢。而且,40 kW卷揚(yáng)機(jī)牽引鋼結(jié)構(gòu)擋板的應(yīng)用避免炮擊礦石至采空區(qū),提高了礦石的回收率。采場左右兩翼交替回采,對向沿脈通道可作為臨時車場,節(jié)省穿脈車場工程量。

采礦方法優(yōu)化前后取得的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。由表1可知,緩傾斜薄礦體長壁式連續(xù)采礦法較房柱采礦法在回采周期、采準(zhǔn)工程量、萬噸采掘比及采場綜合效益等方面都有較大的提升,可作為一種行之有效的采礦工藝進(jìn)行試驗并推廣。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

隨著早子溝金礦采礦工藝的逐步成熟,在生產(chǎn)過程中各種生產(chǎn)細(xì)節(jié)需逐步完善:①人工假柱的快速施工及各種混凝土添加劑的應(yīng)用試驗,并逐步獲得最佳混凝土施工工藝參數(shù),后期可通過試驗高分子材料(如高分子氣囊)等確保頂板面完全結(jié)頂,達(dá)到快速、安全、高效的目的;②40 kW卷揚(yáng)機(jī)牽引鋼結(jié)構(gòu)擋板的結(jié)構(gòu)及材料優(yōu)化,在穩(wěn)定支撐、采場內(nèi)轉(zhuǎn)移等操作工藝?yán)^續(xù)改良,后期可通過改良擋板材料性質(zhì)及穩(wěn)固結(jié)構(gòu)降低牽引裝置質(zhì)量,從而降低卷揚(yáng)機(jī)功率、型號等參數(shù),實現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)快速轉(zhuǎn)移的目的,提高作業(yè)效率。③隨著尾砂充填技術(shù)的推廣及應(yīng)用,采空區(qū)及時充填,達(dá)到礦區(qū)地壓控制的目的[4];隨著尾砂充填技術(shù)的成熟,可以考慮上向尾砂充填傾斜長壁采礦法取代傾斜長壁采礦工藝,取消人工假柱的施工,大幅度降低采礦成本。

4 結(jié) 論

本次研究以早子溝金礦緩傾斜薄礦體為例,根據(jù)礦山現(xiàn)有采礦法存在的一些技術(shù)問題,提出一種長壁式連續(xù)采礦法并進(jìn)行現(xiàn)場工業(yè)試驗,所得結(jié)論如下:

1)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果,早子溝金礦現(xiàn)有采礦工藝仍以房柱采礦法為主。雖然房柱采礦法安全系數(shù)較高,但其采準(zhǔn)工期較長,圍巖破碎條件下礦柱回收率較低且回收成本較高。

2)根據(jù)早子溝金礦礦體傾斜方向布置回采工作面,并沿走向開采。隨著礦石的高效產(chǎn)出及工作面的不斷推進(jìn),采區(qū)內(nèi)形成的采空區(qū)逐漸增大,為保證采場內(nèi)作業(yè)空間的安全,需不斷增設(shè)人工混凝土假柱。

3)長壁式連續(xù)采礦法較房柱采礦法在回采周期、采準(zhǔn)工程量、萬噸采掘比及采場綜合效益等方面都有較大的提升,可作為一種行之有效的采礦工藝進(jìn)行試驗并推廣。