斜坡道開拓與斜坡道全面采礦法的應用

龐欣榮 ，萬慶安，伍福然

(廣西冶金研究院， 廣西 南寧 530023)

近年來，隨著我國礦山無軌采掘設備迅猛發(fā)展和廣泛應用，地下開采使用斜坡道開拓越來越普遍。采用斜坡道開拓及其以斜坡道為主的采礦方法，與采用斜井或豎井開拓與傳統(tǒng)的采礦方法相比，其生產(chǎn)工藝簡化，生產(chǎn)能力大幅提高，可以有效地節(jié)省工程量和投資、加快礦山建設速度、縮短礦山建設時間、提高礦山開采安全性等，真正實現(xiàn)了技術上先進、經(jīng)濟上合理、安全上可靠的辦礦原則。筆者改進的斜坡道開拓與斜坡道全面采礦法，在某礦山的應用是較成功的，下面以此為例進行介紹。

1 礦山地形地質(zhì)及礦床開采技術條件

礦區(qū)處在東西寬約10 km，南北長約15 km的巖溶平原，標高一般為39～41 m。礦區(qū)西北為海拔500～600 m的中低山所環(huán)繞，東西、南面及中低山之前緣則為低山丘陵所盤踞。

礦區(qū)地勢低洼，每逢暴雨后礦區(qū)外圍的地表水大量流入礦區(qū)，整個礦區(qū)被水淹沒，礦山只能在大氣降雨少的季節(jié)(旱季)，即每年9月至次年5月份進行開采。

礦區(qū)地層為泥盆系中統(tǒng)東崗嶺組(D2d)，根據(jù)該組巖性特征分為二個巖性段：即上段(D2d2)灰?guī)r，下段(D2d)白云巖，白云巖為含礦層，厚度大于200 m。地表絕大部分為第四系覆蓋。

礦床成因類型屬噴流沉積型礦床。礦石類型為硫化鉛鋅礦石，按構造分為塊狀礦石、浸染狀礦石。

礦區(qū)內(nèi)共計有9個礦體，其中以①、②、③、⑤和⑥等5個礦體規(guī)模較大，④、⑦、⑧、⑨礦體規(guī)模較小。礦體主要分布在背斜接近軸部及兩翼，其產(chǎn)狀與兩翼巖層產(chǎn)狀基本一致。傾角除個別大于30°外，一般在20°左右，大多數(shù)礦體較平緩；礦體厚度一般為2～5 m，局部達到8 m；礦體走向與背斜走向一致。分布在南東翼者傾向南東，礦體在平面上由南西至北東，從地質(zhì)勘探線0線至23線長度達1200多米，由西向東，礦體平行排列分布寬度達800多米。在垂直方向上，分布最淺者出露地表， 90%以上的礦體分布于地表以下70 m范圍內(nèi)，個別礦體埋藏最深達200多米。礦體呈層狀、似層狀，透鏡狀產(chǎn)出。礦體賦存于(D2d1)白云巖中，具體部位一般位于白云巖頂部往下8.00 m以下。

礦體頂板、底板均為白云巖，頂板巖石大多比較破碎，且頂?shù)装鍘r溶洞穴較發(fā)育，井巷圍巖穩(wěn)定性條件較差，潛在片幫、冒頂?shù)裙こ痰刭|(zhì)問題及災害，礦區(qū)工程地質(zhì)條件具中等復雜性。

受老窿積水、鉆孔均未封孔及潛在的底板溶洞突水等因素的影響，礦區(qū)水文地質(zhì)條件復雜，為頂?shù)装逯苯映渌膸r溶裂隙溶洞型充水礦床。

礦區(qū)地下水埋藏淺，疏干排水及新老采空區(qū)都將產(chǎn)生一定的環(huán)境地質(zhì)問題，礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件具中等復雜性。

2 礦山現(xiàn)狀與存在問題

礦山在1958年后有數(shù)十人在礦區(qū)北部開采黃鐵礦，后因涌水量大，產(chǎn)量低而停工。

1998年后斷斷續(xù)續(xù)有個體老板在旱季期間進行開采，先以多個小凹陷露天開采，后隨著礦體的延伸，改用多個小斜井、小豎井開拓方式與全面采礦法采礦，主要開采地表出露礦體及地表以下30～60 m之間的鉛鋅礦體，其生產(chǎn)能力不足1000 t/d。

2009年10月，某公司對該礦山進行了整體規(guī)劃，加大開發(fā)力度，要求對其開拓系統(tǒng)與采礦方法進行全面改造，使其采礦生產(chǎn)能力達到3000 t/d。

由于多個小斜井、小豎井開拓，存在著“采礦工藝復雜、采出礦點多、管理難度大、環(huán)境破壞嚴重，而且建設期長、生產(chǎn)能力低、新置設備多(原露采設備不可用)、礦石多次轉運等”問題。根據(jù)該礦山“埋藏較淺的中厚以上緩傾斜連續(xù)礦體”的特點與礦山現(xiàn)狀，對其開拓方式與采礦方法進行了改進，采用了斜坡道開拓與斜坡道全面采礦法。

3 斜坡道開拓方案

該礦區(qū)位于廣西群山環(huán)抱的凹地處,周邊均為耕地良田。根據(jù)礦床賦存特點、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)、礦床勘探程度、礦石儲存量等，結合地表地形條件、場區(qū)內(nèi)外部運輸系統(tǒng)、工業(yè)場區(qū)布置等關系，以及礦山不能進行常年開采的特點，設計在斜井開拓、豎井開拓、斜坡道開拓這3個地下開采的開拓方案中，選擇斜坡道開拓作為最佳方案。

在礦區(qū)走向北東30°的背斜二翼各布置一條直線式斜坡道。東翼斜坡道從地質(zhì)勘探線0線處設為該斜坡道的南出入口，到地質(zhì)勘探線11線處設為該主斜坡道的北出入口。長499.74 m，坑內(nèi)設支線斜坡道至各水平采場工作面，長880.99 m，總長為1084.34 m。南出入口標高+27 m，北出入口標高+31 m，以100 m的長度為一標段，確定該標段斜坡道坡度，一般根據(jù)在該段兩端勘探線所控制的礦體底板標高而定。斜坡道標段的最大坡度為20.4%，最小的坡度為0.96%。斜坡道在井下最低標段標高為-40 m，與北出入口標高差71 m，該斜坡道用于開拓①、③號礦體，①號礦體平均厚5．69 m,資源量占礦山資源量的25%，③號礦體平均厚度2.70 m，資源量占礦山資源量的8%。

西翼斜坡道從地質(zhì)勘探線9線處設斜坡道的南出入口，到地質(zhì)勘探線19線處設主斜坡道的北出入口，長493 m，坑內(nèi)設至各水平采場的支斜坡道，長797.65 m，總長1290.5 m。南出入口標高+42 m，北出入口標高+25 m，斜坡道坡度同東翼斜坡道一樣，也是以100 m的長度為一標段，標段坡度按礦體的兩端底板標高而定，標段最大坡度為21%，最小坡度為1%。斜坡道在井下最低標段為-20 m，與南出入口標高差為62 m。該斜坡道用于開拓②、⑤號礦體，②號礦體平均厚5．03 m資源量占礦山資源量的52%，⑤號礦體平均厚度2.82 m，資源量占礦山資源量的11%。

通過東西兩翼斜坡道可以開拓的資源量為礦山保有資源量的96%，完全達到了礦山開采的要求和目的。斜坡道布置在被開拓的主要礦體寬度方向的中間部位，順脈(沿走向)并在脈內(nèi)緊貼礦體底板，因而在斜坡道掘進的同時就已回采了礦石既起到了探礦作用，又為采礦形成了工作面，為強化開采提供了便利條件。

東西兩翼斜坡道斷面均為30 m2，一側設人行道，寬1.2 m，另一側懸掛布置電、風、水管線，占寬度1.5 m，此側設寬250～300 mm簡易水溝。無軌運輸設備通行的道寬大于3 m，轉彎半徑大于10 m，變坡點部位，采用平滑豎曲線作為變坡點的連接曲線，以減少車輛的顛簸。

主斜坡道采用碎石路面，路面厚為350 mm，采用小于150 mm的碎石做路基，上層用粒徑50 mm以下的碎石做路面，厚150 mm，各層均用1 m3柴油液壓挖掘機壓平壓實，并經(jīng)常進行維護、修理。不設專門錯車道，錯車均利用主(支)斜坡道交叉點和采區(qū)運輸?shù)肋M行。

主斜坡道支護采用80～100 mm厚噴射混凝土支護，局部頂板圍巖穩(wěn)固性較差時，采用50 mm噴射混凝土和錨桿支護，錨桿長1.5～2.5 m。

4 斜坡道全面采礦法

礦山礦巖運輸車輛為載重4 t的自卸式卡車，鏟裝礦巖的設備使用斗容1 m3的柴油液壓挖掘機，為了充分發(fā)揮、利用這些無軌設備的能力，采礦方法采用改進后的斜坡道全面采礦法，采場以斜坡道為軸線，沿礦體走向順脈布置。

(1) 采場結構：采場長度為礦體走向長(一般水平長度為100～120 m)、高度為下方斜坡道至上方斜坡道(一般垂直高度為25～30 m)，厚度為礦體厚度。采場內(nèi)根據(jù)上盤巖石穩(wěn)固情況和礦石品位留不規(guī)則礦柱，礦柱直徑約為3 m，間距約為8～15 m。不留頂?shù)字煽諈^(qū)隨后膠結充填。

(2) 采準切割工程：以下方開拓的斜坡道為主運輸?shù)溃诘V體兩端(或100～120 m間)沿礦脈傾向(一般在20°以下)向上掘進支斜坡道并連通上方開拓的斜坡道，完成礦塊的采準工作；在礦塊兩端支斜坡道間以下方開拓斜坡道為起點沿礦脈傾斜向上掘進裝礦進路，裝礦進路斜長約8 m，間距約12 m，在裝礦進路頂部掘進切割橫巷并與兩端支斜坡道連通，完成礦塊的切割工作(見圖1)。支斜坡道與裝礦進路的寬度大于4 m，高為礦體厚度，但應不低于3.5 m。

圖1

(3) 回采工作：礦房回采從礦塊切割橫巷開始，從礦塊一端支斜坡道向另一端支斜坡道推進，使回采工作面沿走向呈階梯狀。一般來說，礦房內(nèi)會形成5～6個梯段，梯段長15～20 m，鑿巖和出礦工序間隔一個梯段，能平行進行，避免作業(yè)間相互干擾，從而提高工作效率。

(4)鑿巖落礦：采場鑿巖設備為YG40導軌式氣動鑿巖機、中深孔落礦，孔徑一般為45～50 mm，孔深5～20 m，孔距0.8～1.2 m，排距1.2～1.4 m，鑿巖時鉆孔不宜突破圍巖，以保護采場頂板安全和降低貧化率。安全生產(chǎn)方面的敲幫問頂工作，一般在爆破后由安全員指揮液壓挖掘機進行，以減少工人勞動強度，保證其安全。

(5) 采場出礦：采場裝載設備為斗容1 m3的柴油液壓挖掘機，運礦設備為載重4 t的自卸式卡車。挖掘機在裝礦進路內(nèi)挖掘礦石并裝入停放在主斜坡道處的自卸式卡車內(nèi)。礦房爆破落礦后，大部分礦石會借助爆力順坡自溜到裝礦進路處，少量礦石可用挖掘機從支斜坡道進入采場內(nèi)扒運礦石使之溜到裝礦進路。

(6) 采場通風：新鮮風流從斜坡道北入口進入，從采場下方主斜坡道由局扇經(jīng)一端支斜坡道壓至采場工作面，污風由另一端支斜坡道局扇抽至采場上方主斜坡道，由安置在主斜坡道串聯(lián)設置的輔助風機送到回風井并排出地表。

(7) 礦柱及其回采：采場留不規(guī)則礦柱，一般為圓形或方形，規(guī)格一般為￠3 m或3 m×3 m，間距8～15 m。由于礦山開采不允許地表陷落，所以對地下采空區(qū)進行了膠結充填。膠結充填與礦柱回采均采用后退式，即膠結充填一個區(qū)域(四根礦柱圍成的范圍)，待其凝固后即開始回收充填體周邊的礦柱；以此類推，直到完成礦柱回采工作。

5 結 論

通過收集該礦山兩年來的生產(chǎn)實際資料，斜坡道開拓與斜坡道全面采礦法具有以下優(yōu)越性。

(1) 采用沿脈斜坡道開拓，完成開拓系統(tǒng)的同時所圈定礦量占礦山總資源量的90%以上，基建時間短，掘進副產(chǎn)礦量多，甚至能做到采、掘同步進行，使企業(yè)提前進入了投產(chǎn)達產(chǎn)階段。

(2) 斜坡道開拓工藝簡單，設備大型化，有利于提高礦山生產(chǎn)能力；每條斜坡道都設有兩個出入口通往地表，這對優(yōu)化礦山的通風、排水和運輸?shù)雀飨到y(tǒng)都非常有利，對礦山安全高效生產(chǎn)起著重要作用。

(3) 由于采用斜坡道開拓、無軌運輸設備，在生產(chǎn)季節(jié)啟動和結束時，井下有關設施的安裝、撤遷都可利用斜坡道汽車運輸，縮短了啟動安裝和結束撤遷時間，提高了礦山年產(chǎn)量，經(jīng)濟效益顯著。

(4) 使用斜坡道全面采礦法，其采準切割工程均利用主斜坡道與支斜坡道來完成，將無軌運輸設備應用到采場中，確保了采裝運設備與礦山開拓設備一致性，真正實現(xiàn)了礦山開拓與礦山生產(chǎn)設備的完美統(tǒng)一。

采空區(qū)至地表每年有半年時間被水淹沒，在水的充填、托浮等作用下，圍巖變化破壞相應要小些，巖石應力會有所重新分布，但是一旦保安礦柱被毀壞，可能造成大面積地壓災害。所以，在礦山生產(chǎn)過程中，除了合理安排開采順序、加強對巖層的監(jiān)測監(jiān)控外，要及時膠結充填采空區(qū)，最關鍵的問題是合理確定礦柱的布置，包括礦柱的尺寸和間距。在頂板圍巖穩(wěn)固性較差時，適當采用噴錨支護技術加固圍巖也很有必要。

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