地下金屬礦山無間柱連續采礦工藝技術探討

王滿堂 孔風茂 王亞輝

(嵩縣金牛有限責任公司，河南 洛陽 471435)

1 前言

地下金屬礦山連續大量采礦工藝技術是一個比較前沿性的研究課題，因此，國內外采礦界對此一直有所關注。此技術具有比較明顯的經濟優勢：有效縮短采場的回采時間，從而進一步促進對深部地壓的管理及控制;使井下工人的工作條件及作業環境得到一定程度的改善;能在一定程度上使采礦作業實現連續化、機械化，從而使采場的綜合生產能力得到大幅提高;能在一定程度上使回收率得到有效提高，進而使礦產資源的浪費得到有效減少;可以實現高強度、大規模的集中開采，從而使生產成本得到有效降低，進而使開采的經濟效益得到一定程度的提高。本文主要就地下金屬礦山連續大量采礦工藝技術的工業試驗及回采工藝等方面展開以下論述。

2 工業試驗礦區采礦技術的條件

某礦區的主礦體主要儲存在已變質成大理巖的石灰巖及花崗閃長巖體的交界處，其礦體傾角為76～89°，體長為480～671m，平均厚度為18～29m，形狀為沿走向礦體呈彎曲的透鏡狀到似板狀[1]。浸染狀含銅磁鐵礦是礦體的主要組成成分，此外，礦體中也含有一定量的石榴子石矽卡巖含銅，f為16～26。礦石的質地堅硬而穩固，某些地帶的穩固性因節理發育而呈現逐漸降低的現象。花崗閃長巖是頂盤的主要組成部分，而呈塊狀構造的灰色蝕變花崗閃長巖則是近接觸帶的組成成分，f為6～8，且含有一定量的高嶺土及綠泥石，穩固性比較差，遇水容易變軟，極易成土。底盤呈灰白色，由三迭系中及變質成大理巖的下統灰巖組成，f為8～12，方解石是其礦物的主要成分，穩固性較好，不易風化。

3 無間柱連續采礦法回采工藝

3.1 無間柱連續采礦試驗方法

總的實施方案為：把礦段作為回采單元且不保留間柱，采用下向平行深孔側向崩礦，振動出礦機底部為無二次破碎水平的組合式結構[2]。采用分節式振動運輸列車對礦石進行搬運。進行崩礦的時候，利用靠充填空區一側對礦壁作臨時保留，本礦段出礦工完畢后進行再次崩礦，強化出礦，并采取相應措施對空區進行迅速填充。在3個相鄰礦段間平行進行采切、回采、充填，在階段上對采礦工作面進行持續推進。

試驗礦段長47m，高50m，把其分成2個寬度不同的作業區，先對16m寬的一分區進行開采，當一分完善崩礦及出礦后，預留寬為5.5m的臨時礦壁給分區間，然后使用高水尾砂膠結料對其他不發進行及時并迅速填充。當二分區崩礦及出礦結束后，把5.5m的臨時礦壁進行一次崩落，并快速放出。采場的結構為：第二分區采用振動出礦的平底式底部結構，采用改進及完善的連續振動機組作業并出礦。一分區采用自主研制的復合型高水速凝材料進行快速填充，二分區采用全尾砂填充。當第一礦段完成回采后，再進行第二礦段回采。

3.2 回采工藝

(1)鑿巖爆破。使用孔徑為165mm的CD-90型鉆機鑿巖，采取深孔柱狀藥包側向擠壓崩礦方法。把切割天井作為自由面，使用深孔爆破分次擴槽的方法形成切割槽，然后把切割槽作為自由面，然后采用側向崩礦方法對一分區的礦石進行崩落，當一分區出礦結束并將要進行填充時，開始對二分區進行崩礦出礦作業。

(2)出礦運礦[4]。把試驗礦段分為2個作業區并實施回采作業，把一分區設計為漏斗底部結構，采用T4G出礦把二分區設計為無二次破碎水平的振動出礦底部結構，采用連續振動機組出礦。

(3)采場填充。當一分區崩礦出礦后采用高水尾砂對其進行有效固結，并對其采空區進行合理填充，使其形成強度在1.5MPa以上的填充體。采用全尾砂對二分區進行填充。

(4)地壓監測。采用巖音監測和位移監測方法對對一分區充填體及其上盤圍巖和臨時礦壁進行監控。監測儀器為RS-1614系統或SIR-2系統。監測目的：分析評價爆破震動沖擊及地壓作業下充填體的可靠性及穩固性，分析評價臨時礦壁地壓在采場大量崩礦期間的穩定性進行。

4 連續采礦裝備的研究

4.1 連續作業系統的重要組成

采場出礦振動機組的連續作業系統主要由7節HZY型分節振動運輸列車、3臺FSZ-Ⅱ型振動出礦機、溜井下部裝載、中段運輸以及原礦振動條篩等共同構成。出礦運礦作業工序為：采場崩落礦石—出礦口的振動出礦機放出—振動運輸列車—溜井口的振動條篩—合格塊度到溜井(不合格二次破碎)—XL-20型7t架線式電機車—主井礦倉。通常以上順序，可實現采場出礦、運礦、篩分以及處理大塊的連續作業。

4.2 新一代機組設備的主要設計改進措施

在第二階段的采場連續大量采礦試驗中，順利完成了采場出礦運礦連續作業機組的研制。通過不斷的改進，本組試驗回采礦段二分區的出礦以及運礦連續作業設備外型尺寸、內在性能以及聯結密封結構等都得到了一定程度的完善及優化，從而逐漸成為了一代新型的機型。

(1)采用分節組合式結構對振動運輸機列車的整體進行改進優化[4]。為了使列車的整體性能得到有效提高，改進的具體措施如下：a.機架：用固定式安裝結構代替原來的帶行走輪卡軌器定位安裝結構，使定位結構得到了一定程度的簡化，并使列車的安裝定位的安全性更高，且也必將方便;b.槽體：用矩形斷面代替原來的梯形斷面，并使槽體的強度及剛度得到一定程度的增加;c.激振電機：由槽體下改為安裝在槽體兩側，使列車的高度實現了最大程度的降低;d.彈性元件：采用自主研制的金屬橡膠復合彈簧，把彈性元件的布置方法作一定程度的改變，并把其彈性的系統結構進行有效簡化，使工作噪音得到有效減少，并在一定程度上縮短了過共振時間。根據實驗可知，對機組的相關設備進行優化改造后，列車的整體結構及工作性能都得到很大程度的改善。

(2)采用組合式結構對振動出礦機整機進行改進優化，并使振動出礦機的側板不參與過振。為了對振動電機為振源的振動出礦機臺板易斷裂、電機的緊固螺栓易發生脫落等問題進行有效解決，本次試驗采用以下方法：把臺板和電機座進行聯結安裝，使振動電機在臺板下方以正向水平安裝。這樣的安裝方法在一定程度使激振力在臺板上得以進行合理分布，從而使振動出礦取得比較好的出礦效果，另一方面，也便于對電機進行安裝、更換及維護。這種組合式振動出礦機具有以下優點：兩部分電源都是獨立的，出礦時互不干擾，可以單獨啟動，也可以同時啟動;動力方面分別比較均衡，對設備的強度及結構要求比較低;采場放出的大塊礦石可通過，適應性比較大;組合式振動出礦機單臺重量比較輕，便于運輸、加工、安裝及檢修等。根據實驗可知，這種組合式機型不僅能達到出礦工藝的相關標準，而且還能在一定程度上節約資源及生產成本。

5 結語

本文主要從工業試驗礦區采礦技術的條件、無間柱連續采礦法回采工藝以及連續采礦裝備的研究方面對地下金屬礦山連續采礦技術作了論述，在地下金屬礦山的實際作業中，應結合工程的實際情況應用無間柱連續采礦工藝技術，只有不斷推動金屬礦山作業工藝向連續化、機械化以及生產集中化發展，才能為礦石的開采帶來更好的經濟效益。

[1]陳慶發.周科平.胡建華等;碎裂礦段開采與空區處理協同研究[J].中南大學學報(自然科學版)，2010，(2)：221—241.

[2]李啟月.王樹海.范作鵬等;盤區階梯式無間柱連續充填采礦法試驗研究[J].礦冶工程，2010，(3)：321—326.

[3]焦家金礦地下水掘進工程防治技術研究[J].2010年全國采礦科學技術高峰論壇，2010，(1)：101—120.

[4]孫廣義;礦井圍巖與支護系統復雜性研究[J].黑龍江科技學院學報，2010，(2)：89—95.