錫礦山銻礦深部采礦方法和工藝探討

張夫華，黃小紅

(錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 冷水江市 417500)

錫礦山銻礦久享“世界銻都”之美譽(yù)，是世界上最大的銻采、選、冶和深加工聯(lián)合企業(yè)。該礦成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，雖歷經(jīng)110多年的開采，仍有巨大的資源開發(fā)潛力，尤其是深部探礦前景廣闊，找礦潛力巨大，具有潛在的開發(fā)價(jià)值。

該礦開采歷史悠久，但由于開采技術(shù)水平低，采礦裝備落后，致使生產(chǎn)效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。礦山開采先后采用的采礦方法有：普通房柱法、桿柱房柱法、膠結(jié)充填采礦法、桿柱砂漿膠結(jié)充填采礦法、傾斜薄礦體上向連續(xù)采礦法等多種采礦方法。

1 地下采礦方法的發(fā)展趨勢(shì)

采礦方法是采礦科學(xué)發(fā)展的主題之一，采礦工藝是發(fā)展采礦方法的最活躍因素。采礦工藝的創(chuàng)新，要求回采巷道布置隨之作相應(yīng)的變化，以保證安全及生產(chǎn)能力得以充分發(fā)揮。

國(guó)外大力發(fā)展上向垂直深孔或傾斜孔分條落礦的階段崩落法，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)回采，并廣泛采用自行設(shè)備，將大面積底部放礦的底部結(jié)構(gòu)改為無軌設(shè)備裝運(yùn)的端部出礦結(jié)構(gòu)，取得了較優(yōu)的采礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。空?qǐng)龇ā⒊涮罘ê捅缆浞ǜ饔衅溥m用條件與特點(diǎn)，在具體的礦床賦存條件下，結(jié)合式采礦方法受到用戶的青睞，具有良好的發(fā)展前景。

地下采礦方法的發(fā)展趨勢(shì)是不斷簡(jiǎn)化采場(chǎng)結(jié)構(gòu)，采用新的工藝技術(shù)和新設(shè)備，機(jī)械化開采，實(shí)現(xiàn)大型化、集約化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)地下采礦安全、高效、低強(qiáng)度開采，實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用。

2 礦山地質(zhì)概況和開采技術(shù)條件

2.1 礦床賦存情況

錫礦山銻礦賦存于上泥盆統(tǒng)佘田橋組灰?guī)r段、砂巖段和中泥盆統(tǒng)棋梓橋組灰?guī)r段的矽化灰?guī)r中,屬巖漿期低溫?zé)嵋阂猿涮顬橹鳌殡S交代的硫化銻礦床，礦體呈似層狀。分為南北兩個(gè)主要礦區(qū)，南部礦區(qū)主要開采炭山界背斜飛水巖南端傾伏部分。礦體主要受斷裂、褶曲、遮擋層及巖性等因素控制，按礦體分布特點(diǎn)，工業(yè)礦體主要為三大層，埋藏深度自幾十米到500 m，目前深部盲豎井延深至31中段，礦體埋藏深度可達(dá)800～900 m，深部礦體探礦仍在繼續(xù)。

表1 世界幾個(gè)主要國(guó)家地下采礦方法應(yīng)用比重 %

2.2 主要開采技術(shù)條件

錫礦山銻礦是一個(gè)比較典型的緩傾斜似層狀中厚礦體，礦體為穩(wěn)固的硅化灰?guī)r，坡度一般為20°～35°；礦體底板為矽化灰?guī)r或灰?guī)r，礦體與底板圍巖接觸面不規(guī)則、不明顯；礦體頂板有穩(wěn)固、中等穩(wěn)固和不穩(wěn)固三種類型。背斜軸部及1號(hào)礦體之下的各個(gè)礦體頂板為灰?guī)r或矽化灰?guī)r，屬穩(wěn)固型。1號(hào)礦體頂板為長(zhǎng)龍界頁巖，有時(shí)有微矽化現(xiàn)象，厚度1～2 m不等，屬于不穩(wěn)固型；其他礦體的頂板為灰?guī)r。西部大斷層破碎帶有厚度約2 m的炭質(zhì)頁巖屬不穩(wěn)固型。礦體厚度為1.2 m至10～20 m不等，平均約4～6 m。中深部礦體連續(xù)性較好，適應(yīng)于大型機(jī)械化作業(yè)。礦區(qū)井下涌水量不大，利于采礦。

3 采礦新工藝技術(shù)及裝備

(1) 全尾礦膏體充填采礦技術(shù)。通過全尾砂充填采礦技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)尾礦向井下采空區(qū)回填，減輕尾礦儲(chǔ)存壓力，有效控制井下采礦地壓，實(shí)現(xiàn)全尾礦膏體充填采礦。

(2) 大空區(qū)條件下采礦地壓控制技術(shù)。針對(duì)大空區(qū)條件下礦柱回采及頂板處理面臨的地壓?jiǎn)栴}，在現(xiàn)有地壓微震監(jiān)測(cè)及聲發(fā)射、礦柱壓力計(jì)監(jiān)測(cè)收集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)地壓現(xiàn)象的對(duì)比分析，對(duì)地壓分布、轉(zhuǎn)移及顯現(xiàn)的規(guī)律進(jìn)行更深入的研究，以便有效控制現(xiàn)場(chǎng)采礦地壓，保證開采安全。

(3) 粗顆粒水砂充填采礦技術(shù)。該采礦技術(shù)采用無軌采礦、大能力水砂充填空區(qū)，生產(chǎn)能力大，成本低，擬全面推廣應(yīng)用于厚大礦體的開采。

(4) 采礦新設(shè)備、新工藝研發(fā)。礦山作業(yè)自動(dòng)化將是我國(guó)礦業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，目前，國(guó)內(nèi)外很多礦山已采用了斜坡道開拓，自動(dòng)鑿巖臺(tái)車，遙控鏟運(yùn)機(jī)等先進(jìn)采礦設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了鑿巖自動(dòng)化、出礦自動(dòng)化、充填自動(dòng)化。

錫礦山開采向深部延深，該礦現(xiàn)在使用的仍然是淺孔沖擊氣腿式鑿巖機(jī)、有軌電機(jī)車運(yùn)輸、采場(chǎng)采用30 kW電耙扒礦、平巷掘進(jìn)用裝巖機(jī)裝礦，礦山面臨的采掘出充設(shè)備日益老化、工人勞動(dòng)強(qiáng)度高、生產(chǎn)效率低下；深部地壓大，采空區(qū)處理難度增大，老的充填系統(tǒng)達(dá)不到要求；溫度高，通風(fēng)困難。所以，發(fā)展安全、高效采礦技術(shù)，提高采礦回采率，降低礦石貧化率，推廣開采設(shè)備的大型化、液壓化，提高礦山現(xiàn)有采礦裝備水平，促進(jìn)采礦工藝技術(shù)進(jìn)步是采礦科技攻關(guān)的重點(diǎn)。

4 中深孔落礦與無軌運(yùn)輸設(shè)備的探討

4.1 技術(shù)關(guān)鍵

采用空?qǐng)龀龅V，嗣后充填；采場(chǎng)沿走向布置，裝藥器裝藥，中深孔落礦；爆破采用雙排同段，多排微差，雙重起爆側(cè)向崩礦新工藝，一次落礦量大；中深孔鑿巖臺(tái)車鑿巖速度快，電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦生產(chǎn)能力大，污染少；充填速度快，成本低；實(shí)現(xiàn)了礦體的連續(xù)回采，采礦速度快，效率高。

4.2 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

采場(chǎng)沿礦體走向布置，長(zhǎng)度60 m左右，斜寬沿傾斜方向8 m，高8 m。

4.3 開拓與采準(zhǔn)工程

擬設(shè)計(jì)一明豎井，初定內(nèi)徑5 m，深度900 m，作為南礦的副井，解決人行與材料設(shè)備的運(yùn)送、深部充填及深部通風(fēng)等一系列問題。明豎井要保證所有新型設(shè)備的下放，并設(shè)計(jì)中段平巷聯(lián)絡(luò)道或石門，新型設(shè)備設(shè)施可直達(dá)采掘作業(yè)面。

擬從南礦23中段掘進(jìn)一條斜坡道,在礦體下盤掘進(jìn)分段鑿裝道,分段聯(lián)絡(luò)道、放礦溜井和充填通風(fēng)井。

4.4 鑿巖爆破

采用輪胎式單機(jī)采礦臺(tái)車配用導(dǎo)軌式回轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)打眼，實(shí)行接桿鉆鑿中深孔，每排炮孔一般為8～10個(gè)，孔深11 m，最小深度1.5 m，排距1.5 m，排面角90°，孔底距1.8～2.4 m。采用粉狀炸藥，多排多向微差爆破一次成切割立槽和雙排同段多排微差雙重起爆側(cè)向崩礦新工藝。每次爆破8～10排，爆破效果好，大塊率低，無需二次爆破，一次崩礦量約2000 t。初步選擇DF20-2BD鑿巖臺(tái)車，外形尺寸7.35 m×1.35 m×1.6 m(長(zhǎng)×寬×高)，設(shè)計(jì)平巷鑿裝道規(guī)格3.0 m×2.8 m，以方便臺(tái)車運(yùn)行與作業(yè)。

4.5 頂板管理

采用頂板松石服務(wù)車處理松石，維護(hù)頂板。當(dāng)頂板圍巖不穩(wěn)固時(shí)，可在大量出礦前邊鎖錨桿邊推進(jìn)，確保作業(yè)安全。

4.6 采場(chǎng)礦石運(yùn)搬

采用電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)搬礦石，礦石由鏟運(yùn)機(jī)從采場(chǎng)裝運(yùn)至溜井卸礦。初步選用鏟運(yùn)機(jī)ADCY-3L，總長(zhǎng)9.19 m，最大高度2.1 m，最大卸載高度1.99 m。日出礦可達(dá)600 t。

4.7 采場(chǎng)通風(fēng)

新鮮風(fēng)流由中段沿脈或中段運(yùn)輸巷經(jīng)斜坡道和分段聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場(chǎng)，污風(fēng)經(jīng)切割天井進(jìn)入采場(chǎng)上盤的充填通風(fēng)井再進(jìn)入主回風(fēng)巷排出地表。

4.8 采場(chǎng)充填

在建立深部充填系統(tǒng)后可采用似膏體充填技術(shù)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填處理，充填管路從專用充填道進(jìn)入采場(chǎng)。進(jìn)入采場(chǎng)的充填口要高于采場(chǎng)最高處2～3 m，以確保充填充分接頂。

4.9 采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力比較

采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力是衡量采礦工藝是否先進(jìn)的最重要指標(biāo)之一。中深孔分段崩落采礦法與傳統(tǒng)的采礦法比較，采礦綜合生產(chǎn)能力由30 t/d提高到190 t/d或更高見表2，這一指標(biāo)反映采場(chǎng)從鑿巖至充填結(jié)束的日平均水平。

表2 采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力與有關(guān)性能比較

5 結(jié) 語

通過改進(jìn)采礦方法，采用先進(jìn)的采礦工藝和新型設(shè)備，在礦體賦存條件極為復(fù)雜的情況下，仍可大幅度提高采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力，降低貧化損失指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)礦體的連續(xù)開采。實(shí)現(xiàn)鑿裝運(yùn)維護(hù)頂板等一系列整套無軌化作業(yè)，可大大提高生產(chǎn)效率，降低礦山作業(yè)成本，工人勞動(dòng)強(qiáng)度也隨之降低，很大程度上提高了礦山經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

采礦方法與工藝的改進(jìn)，更進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著時(shí)代科技的迅猛發(fā)展，運(yùn)用計(jì)算機(jī)已成為實(shí)現(xiàn)礦山科學(xué)管理和工藝?yán)碚撗芯康闹匾侄巍Ｎ磥韽V泛利用計(jì)算機(jī)模擬采礦生產(chǎn)工藝，優(yōu)選采礦方法、工藝和設(shè)備，研究改進(jìn)采場(chǎng)結(jié)構(gòu)和控制出礦品位，以及監(jiān)控采礦作業(yè)。地下采礦機(jī)器人技術(shù)將受到重視，計(jì)算機(jī)在礦山中的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用必將導(dǎo)致采礦技術(shù)的更大發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳繼倫.水銀洞金礦采礦方法改進(jìn)研究[J].采礦技術(shù)，2009(6).

[2]劉良發(fā),李應(yīng)龍.采場(chǎng)電耙道支護(hù)方式和支護(hù)時(shí)機(jī)的探討[J].采礦技術(shù),2008(3).

[3]尚振華.大直徑深孔采場(chǎng)隔離中段采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究[D].長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙礦山研究院，2012.

[4]魏一鳴,童光煦.采礦方法數(shù)值決策中權(quán)重分配神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[J].有色礦山，1994(04).

[5]曾永志，祝祿發(fā).礦山平巷掘進(jìn)現(xiàn)狀及改進(jìn)措施探討[J].采礦技術(shù)，2013，13(1)..