極不穩(wěn)固圍巖松散礦體回采工藝研究范文

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《采礦技術(shù)雜志》2016年第4期

摘要:

柏坊銅礦銅鼓塘礦段八中段Ⅵ礦體為軟巖礦體，礦體頂板為溶洞沉積型松散圍巖，底板為煤系層頁(yè)巖，礦體和圍巖極不穩(wěn)固，采用傳統(tǒng)進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填法順序采礦，存在著進(jìn)路支護(hù)量多，垮區(qū)處理次數(shù)多，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，成本高，安全性差。針對(duì)八中段的生產(chǎn)條件，掘進(jìn)井巷時(shí)，遇到圍巖松散的垮區(qū)，利用氣腳式鉆機(jī)打空心標(biāo)桿至圍巖中，進(jìn)行超前支護(hù)控頂。在布置采場(chǎng)時(shí)，結(jié)合上向或下向進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填采礦順序特點(diǎn)，提出錯(cuò)位下向進(jìn)路式分層膠結(jié)充填法，顯著提高采礦生產(chǎn)效率和作業(yè)安全，且進(jìn)路支護(hù)成本明顯降低。

關(guān)鍵詞:

極不圍巖松散礦體;超前支護(hù);錯(cuò)位下向進(jìn)路式分層膠結(jié)充填法

1礦床特征與礦石類型

湖南水口山柏坊銅礦銅鼓塘礦床是全國(guó)著名的小而富隱伏銅鈾礦床，伴生鈾、銀元素，由Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ四個(gè)礦體組成。礦區(qū)位于衡陽(yáng)盆地南緣與上古生代隆起過渡地帶，祁陽(yáng)—水口山東西向基底斷裂帶，處于耒陽(yáng)—臨武南北向構(gòu)造帶的北端和新華夏構(gòu)造體系的交接復(fù)合部位，構(gòu)造十分復(fù)雜，且斷層、褶皺非常發(fā)育，常見有斷層泥、破碎角礫構(gòu)造等。其中Ⅵ號(hào)礦體為礦段規(guī)模最大的礦體，位于Ⅱ號(hào)礦體的南東，嚴(yán)格受東西向的F22斷層的控制。礦體產(chǎn)于F22斷層上盤石炭系壺天群碳酸鹽構(gòu)造中及下盤二疊系斗嶺組煤系及砂頁(yè)巖中，礦體埋深155～230m，礦體走向長(zhǎng)250m，延深140m，最大厚度為26．61m，平均厚度為7．76m，礦體傾向?yàn)?00°，傾角為10°～30°，礦體呈不規(guī)則的透鏡狀和扁豆?fàn)睿页Ｒ姺种А⑴虼罂s少現(xiàn)象。礦體平均品位Cu6．18%，Ag104．10g/t。礦石主要結(jié)構(gòu)以他形粒狀為主，其次為交代殘余結(jié)構(gòu)、結(jié)核狀結(jié)構(gòu)、葉片狀結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造以致密塊狀為主，其次為角礫狀、脈狀、浸染狀、層狀等。礦石自然類型較復(fù)雜。礦段上部(－40m標(biāo)高以上)氧化程度高，代表礦物為孔雀石;中部(－40～－70m標(biāo)高)為混合礦，以孔雀石、輝銅礦為主;下部(－70m標(biāo)高以下)則以硫化礦石為主，其代表礦物為輝銅礦。

2現(xiàn)狀分析

柏坊銅礦到現(xiàn)在已經(jīng)有近50a的開采歷史。主要礦體為Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、劉家灣礦體。目前除八中段Ⅵ礦體礦石儲(chǔ)量較大點(diǎn)外，其余礦體均開采完畢，礦產(chǎn)資源已近枯竭。Ⅵ礦體上盤為紅色泥巖、砂巖、角礫巖組成，下盤為碳質(zhì)葉巖和灰?guī)r組成，曾先后采用上向水平分層膠結(jié)充填法、下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填法回采八中段底部至一付層以下高品位礦石。現(xiàn)八中段一付層以上Ⅵ礦體未開采部分儲(chǔ)量約2．8萬(wàn)t，呈東西走向，礦體傾角10°～30°，礦體厚度1～8m，礦體及圍巖不穩(wěn)固，孔隙水比較發(fā)育，容易形成泥石流，作業(yè)過程中頂板管理比較困難，巷道或開采進(jìn)路需采用木架支護(hù)，導(dǎo)致生產(chǎn)成本比較高，極大影響了作業(yè)效率。由于此處礦體為含量大的泥質(zhì)礦體，每當(dāng)進(jìn)路掘至水流比較多的地段就出現(xiàn)泥石流現(xiàn)象，使采礦無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，給生產(chǎn)帶來(lái)很大的安全隱患。為了克服這些困難，礦山采用水泥注漿進(jìn)行堵水加固圍巖的方式處理，而效果并不理想。

3傳統(tǒng)工藝分析

3．1采礦方法

礦山自1972年全面推廣采用上向或下向水平分層膠結(jié)充填采礦法，目前也是礦山主要的采礦方法，而崩落法只用于無(wú)充填系統(tǒng)的殘礦回收。根據(jù)礦巖的穩(wěn)固程度，上向水平分層膠結(jié)充填采礦法的回采進(jìn)路規(guī)格一般為(2．0～2．5)m×(2．0～3．0)m，進(jìn)路長(zhǎng)10～30m，坡度10°左右。根據(jù)礦體傾角和厚度的不同，分兩種情況布置進(jìn)路:當(dāng)?shù)V體傾角小于30°，厚度大于15m時(shí)，采場(chǎng)垂直走向布置;當(dāng)?shù)V體傾角大于30°，厚度小于15m時(shí)，采場(chǎng)沿走向布置。采場(chǎng)可單側(cè)布置，也可采用雙側(cè)布置。采礦順序?yàn)?首先在礦體底板拉底，布置出礦系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和行人通道，然后從采場(chǎng)一分層分進(jìn)路逐條開采，每條進(jìn)路采完后進(jìn)行充填，最后待一分層礦體全部采出后，轉(zhuǎn)到上一分層進(jìn)行采礦。上向進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填采礦法優(yōu)點(diǎn):

(1)進(jìn)路回采，頂板暴露面積較小，暴露時(shí)間較短，回采作業(yè)的安全性易于保證;

(2)巷道規(guī)格及方向靈活多變，適應(yīng)該礦復(fù)雜多變的礦體，故貧化、損失指標(biāo)較低;

(3)進(jìn)路出礦比較快，回風(fēng)較快，污風(fēng)可較快排出，故一個(gè)工作循環(huán)耗時(shí)比較短。上向進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填采礦法對(duì)于比較松軟的礦巖，其優(yōu)點(diǎn)不能較好的體現(xiàn)，采礦進(jìn)路需要及時(shí)支護(hù)，支護(hù)材料消耗比較多，使得采礦效率和采礦效益都大幅降低，不利于礦山企業(yè)的發(fā)展。下向進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填采礦法與上向進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填采礦法類似，不同之處在于先從礦體頂板往礦體底板開采，其優(yōu)點(diǎn)除了具備上向進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填采礦法優(yōu)點(diǎn)外，其頂板較上向進(jìn)路式水平分層膠結(jié)充填采礦法易管理，但是其前期采礦成本較高，第一分層每條進(jìn)路支護(hù)量較多，且每分層需要掘進(jìn)主電耙道，工程量較大。

3．2巷道掘進(jìn)支護(hù)

柏坊銅礦主要運(yùn)輸平巷采用混凝土砌碹和錨噴聯(lián)合進(jìn)行支護(hù)，而部分巷道或采場(chǎng)進(jìn)路采用木材與工字鋼聯(lián)合支護(hù)。由于該礦體地質(zhì)條件復(fù)雜、礦巖不穩(wěn)定且地壓活動(dòng)頻繁，許多井巷工程施工至圍巖極不穩(wěn)固區(qū)域時(shí)，頂板圍巖出現(xiàn)邊施工邊冒落下來(lái)的情形，給作業(yè)帶來(lái)極大安全威脅。

4工藝改進(jìn)

4．1垮區(qū)處理工藝改進(jìn)

在井巷掘進(jìn)或采場(chǎng)進(jìn)路作業(yè)面，遇松散圍巖易垮落的地段，采用氣腳式鉆機(jī)在垮區(qū)端頭面打4m左右無(wú)縫鋼管標(biāo)桿控頂進(jìn)行超前支護(hù)(如圖1所示)，形成了一排承接巷道頂板壓力的鋼管抗壓層，然后再向前掘進(jìn)。每掘進(jìn)0．5～1．0m時(shí)，用普通木架或工字鋼在鋼管鏢尖抗壓層下面支護(hù)。如此循環(huán)作業(yè)，便形成了一條穩(wěn)定安全的巷道。

4．2采礦方法改進(jìn)

軟弱礦體之所以開采難度大，主要問題是圍巖松軟破碎，巷道容易變形，架木支護(hù)量比較多，人工搬運(yùn)支護(hù)材料耗時(shí)較多。針對(duì)這種情況，通過改進(jìn)采礦工藝后，可克服這種困難，不僅可節(jié)約大部分支護(hù)材料，而且提高了工作進(jìn)度及采場(chǎng)安全系數(shù)。本次改進(jìn)主要通過采用錯(cuò)位下向進(jìn)路式分層膠結(jié)充填法(如圖2所示)，以兩個(gè)分層開采為一個(gè)循環(huán)，首先在礦體底板切割人行出礦斗至礦體頂板，接著在礦體頂板施工n－1#進(jìn)路、充填斜坡道，然后進(jìn)行進(jìn)路回采。其次錯(cuò)位回采n分層與n1分層礦體，采礦順序?yàn)橄炔蒼－1#進(jìn)路，接著采n1－1#進(jìn)路;待n1－1#進(jìn)路采完，再轉(zhuǎn)到n－2#進(jìn)路開采;n－2#進(jìn)路采完，再采n1－2#進(jìn)路，這樣交替布置進(jìn)路使得下一分層進(jìn)路頂板及一側(cè)形成兩面堅(jiān)固的充填料，形成比較穩(wěn)固的人工圍巖，該人工圍巖減小了進(jìn)路支護(hù)量，給下層礦體的回采提供了一個(gè)安全穩(wěn)定作業(yè)環(huán)境，以此類推至采完此兩分層礦。最后按照此方法依次回采下一個(gè)循環(huán)至無(wú)礦為止。

4．3改進(jìn)后的效果

改進(jìn)后的回采方法，每?jī)蓚€(gè)分層可共用一條出礦電耙道，減少切割工程量，節(jié)約出礦電耙道支護(hù)成本;減少了下面分層進(jìn)路支護(hù)量，增加了采礦作業(yè)面安全系數(shù)，提高了采礦工作效率。

5結(jié)語(yǔ)

本次改進(jìn)后，從八中段幾個(gè)采場(chǎng)的開采情況來(lái)看，采礦回收率達(dá)到96%以上，取得了良好的采礦經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。說(shuō)明本次改進(jìn)措施切實(shí)可行，在本礦區(qū)破碎松軟地段取得理想效果。首先改善了八中段采場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，提高了作業(yè)面安全系數(shù)，其次采減少了電耙道掘進(jìn)量，增加了回采作業(yè)時(shí)間，最后對(duì)于巖性松軟，減少了支護(hù)工程，材料的消耗大幅減少，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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［4］GB50595－2010．有色金屬采礦設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

作者:陳義糧 郁富林 單位:湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司 江西小龍鎢業(yè)有限公司