地下開采在北京市匯源隆大理石廠的研究應用

崔玉寧

（北京東方燕京礦山工程設計有限責任公司，北京100070）

本文以北京市匯源隆大理石廠漢白玉地下開采為例，介紹石材礦山的地下開采情況，希望更多同行發表文章共同探討。

北京市匯源隆大理石廠位于北京市西南部，是生產漢白玉大理石的骨干企業。礦山開采歷史悠久，最早開采起于漢代，故名漢白玉。礦區分為東西兩個礦段，以往均采用露天開采。

1 國內外石材開采方式

目前國內大理石的開采絕大部分是露天開采，其開采工藝流程包括表層剝離、開采、裝吊、運輸。露天開采的方法有炮采、膨脹劑開采、火焰切割機開采、電動金剛繩鋸石機開采四種。炮采是目前國內應用較為普遍的開采方法，其優點是施工簡單、容易掌握、方便靈活；缺點是鑿孔速度慢、成材率低、施工危險性大。膨脹劑開采是目前我國另一種傳統的大理石開采工藝，其優點是安全系數大、成材率高、施工簡單；缺點是鑿孔數量多、速度慢、膨脹時間長、效率低。火焰切割機是當今石材開采較為先進的設備，其優點是成材率高、對石質破壞?。蝗秉c是速度慢，不適合開采漢白玉。電動金剛繩鋸石機是目前國內最先進的石材開采設備，其優點是切割速度快、操作安全可靠，可實現大面積切割，成材率明顯提高、噪音小、粉塵少，實現了環保開采；缺點是初期投資較大。

國外開采大理石很多采用導硐法，使用的主要設備是電動硐采鏈式鋸、電動硐采帶鋸及高速干式鏈臂鋸，均由意大利生產，目前是世界上最先進的硐采設備，專門用于在山硐或隧道中開采大理石或非花崗巖石材，與金剛繩鋸石機相比，不需要預鉆孔和接繩等準備工作，提高了工作效率。

2 開采方式選擇

礦區大地構造位于二級構造單元燕山臺褶帶內的三級構造單元西山迭坳褶內的四級構造單元十渡—房山中穹褶構造帶內。區內出露地層自下而上有長城系高于莊組、薊縣系楊莊組、霧迷山組和第四系沖洪積物。地質構造形態簡單，只發育一些小的褶皺構造。巖漿巖不發育。礦區處于石門短軸背斜的南東翼，總體為一向南東傾斜的單斜構造。巖層產狀平緩，且較穩定，傾向150～160°，傾角9～16°。礦區內斷裂構造不發育。

第一含礦層（JXW1－21）由四層砂狀石英大理巖與兩層優質大理巖和兩層含石英條帶大理巖組成，它們呈互層狀產出。兩層優質大理巖分別為K1和K2兩個礦體；而上部兩層石英條帶大理巖的上下均為優質大理巖，分別為K3、K4－1、K4－2、K5－1、K5－2和K6四個礦體。

礦體以K1、K2、K3、K4－1、K6和K7規模較大。礦體形態簡單，除K7礦體呈似層狀或扁豆狀外，其余均為穩定層狀礦體。厚度變化系數多在8.84～55.45%之間。屬于穩定型礦體。K7礦體厚度變化較大，其變化系數為70.14%，屬不穩定型。礦體產狀與含礦地層完全一致，傾向多在SE150～160°之間變化，傾角一般在15°左右變化。礦體產狀穩定。

北京市匯源隆大理石廠漢白玉礦區處于山谷坡地，基巖被第四系泥土層覆蓋，其下部即是大理巖，風化深度不大，屬于緩傾斜形態穩定型礦床。

礦區分東西兩個礦段，東礦段埋藏較淺，一直采用露天開采。西礦段處于山體下，上覆巖層比較厚，采用露天開采土方剝離量大，投入大，見效慢，環境破壞嚴重。北京市匯源隆大理石廠雖然開采規模較小，但是多年開采形成的廢石，對周圍環境也帶來了不小的影響。西部礦段各礦體厚度之和為2.85m，大部分剝采比大于10，適合地下開采。

3 地下開采的方案比較

3.1 方案1

開采最優漢白玉層，采幅高6m，采場寬度12m，運輸巷道（3m×4m）在漢白玉礦體的下部，不支護，為保護硐口，硐口處30m不開采。采區長度50～100m，則掘進巷道總長為80～130m。采礦方法使用房柱法，礦壁寬度為6m，沿傾向在運輸巷道的上方從底部進行后退式開采。先用黑火藥爆破法切頂，切頂高度不低于2m。切頂作業對本方案關系重大，它將影響工人以后作業的安全，所以切頂的浮石要撬掉，有的還要打少許錨桿將破碎的頂板穩住?；夭墒怯玫V山現有的7655手持式鑿巖機和膨脹水泥分離荒料。采空區用廢石充填。

3.2 方案2

采幅高16m，采場寬度12m，運輸巷同樣在漢白玉礦體的下部，且硐口處留30m礦體不回采以保護硐口，用錨桿和長錨索支護頂板。布置長錨索時用YG－80導軌式鑿巖機垂直頂板打上向孔，孔間距10m，深15m，100m長的采場共布置9根長錨索。

本方案所使用的設備主要也是礦山現有的設備。采礦方法同樣為房柱法，礦壁寬度為6m，由上而下進行回采。

圖1 采礦方法圖1

圖2 采礦方法圖2

3.3 方案3

采用意大利BENETTL公司研制的Tunnel Jet BeltS941型硐采帶鋸進行大規模機械化開采。硐口高度設為16m，寬度12m，與采場內部尺寸相同。支護頂板，采用前進式回采。采用房柱法開采，房柱尺寸為12m×12m，間距12m。漢白玉回采率為75%。用意大利Tunnel Jet BeltS941型硐采帶鋸沿礦體傾向從上往下對礦體進行分層切割，以形成硐口和開采臺階。硐采帶鋸的切割尺寸為6m×4m×2m，而后用金剛石串珠鋸對石料進行分割，分割后尺寸為1.5m×1.5m×1m，石材比重為2.87t/m3，每塊石材的重量為6.5t。

為了保障硐口的安全，在進行硐口的切割之前，對礦體上方的山體進行削坡，削掉山體表面的風化帶，削掉多少要根據現場的具體情況來確定。削坡面的坡面角為55°，用30m的長錨索以10m的間距進行錨固，同時用鋼筋直徑為6mm的雙筋網對硐口處10m范圍的削坡面和10m范圍的頂板進行保護。

選用意大利Tunnel Jet BeltS941型硐采帶鋸結合金剛石串珠鋸及氣壓頂推袋對礦體進行開采，形成硐口及開采臺階，后續的荒料開采工藝過程與露天開采大理石基本相同，也可以使用露天開采機型的臂式鋸機輔助串珠鋸開采工藝。S941型硐采帶鋸結合并擴展了傳統臂式開采鋸機和重型車載式聚集二者的優點，在原有940型硐采帶鋸基礎上，裝備了可獨立自行移動的專用行走裝置，具有移動簡單容易、能夠在傾斜礦體表面定位的功能。該機的最大有效切割深度可達3m，切割縫的寬度為38mm。

在山坡上距離硐口高差為40m處，修建一個50m3的高位水池，以滿足Tunnel Jet BeltS941型硐采帶鋸80L/min、金剛石串珠鋸20L/min的用水量。如果礦山涌水水質較好，可以直接作為開采設備的冷卻用水。

輔助設備包括用于鉆鑿穿引金剛石串珠繩貫通孔的大孔徑鑿巖機（可用YG80）、氣壓頂推袋。吊裝運輸和起重設備。早期也可將滑輪組錨固在硐頂或硐壁上用滑輪組裝吊荒料。

3.4 機械化開采的優勢

以上三種方案：方案1回采率太低；方案2能夠提早見礦，縮短基建投資期，并采取了加固頂板的有力措施，使安全得到了保障。但回采率仍不夠高且不能提高荒料率。方案3引進了意大利的先進設備，省去了切頂工作提高了回采率并能夠大大提高工作效率和荒料率。

圖3 采礦方法圖3

4 小結

本文以北京市匯源隆大理石廠為例，介紹了石材礦山的地下開采，這也是國內首例使用地下開采的石材礦山。本文拋磚引玉，希望各位同行發表文章共同探討。同時也希望各地石材礦山，在生產過程中遇到困難的，請與北京東方燕京礦山工程設計有限責任公司聯系，我公司將提供優質的技術服務和規劃設計。地下開采將給石材礦山帶來一片光明前景。

［1］ 廖原時.金剛石串珠鋸在飾面石材生產中的應用技術［M］.北京：冶金工業出版社，2009.