極不穩固圍巖松散礦體回采工藝的改進

陳義糧，郁富林2

（1.湖南水口山有色金屬集團有限公司， 湖南衡陽市 421513；2.江西小龍鎢業有限公司， 江西吉安市 343723）

極不穩固圍巖松散礦體回采工藝的改進

陳義糧1，郁富林2

（1.湖南水口山有色金屬集團有限公司， 湖南衡陽市 421513；2.江西小龍鎢業有限公司， 江西吉安市 343723）

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，底板為煤系層頁巖，礦體和圍巖極不穩固，采用傳統進路式水平分層膠結充填法順序采礦，存在著進路支護量多，垮區處理次數多，導致生產效率低，成本高，安全性差。針對八中段的生產條件，掘進井巷時，遇到圍巖松散的垮區，利用氣腳式鉆機打空心標桿至圍巖中，進行超前支護控頂。在布置采場時，結合上向或下向進路式水平分層膠結充填采礦順序特點，提出錯位下向進路式分層膠結充填法，顯著提高采礦生產效率和作業安全，且進路支護成本明顯降低。

關鍵詞：極不圍巖松散礦體；超前支護；錯位下向進路式分層膠結充填法

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四個礦體組成。礦區位于衡陽盆地南緣與上古生代隆起過渡地帶，祁陽—水口山東西向基底斷裂帶，處于耒陽—臨武南北向構造帶的北端和新華夏構造體系的交接復合部位，構造十分復雜，且斷層、褶皺非常發育，常見有斷層泥、破碎角礫構造等。其中Ⅵ號礦體為礦段規模最大的礦體，位于Ⅱ號礦體的南東，嚴格受東西向的F22斷層的控制。礦體產于F22斷層上盤石炭系壺天群碳酸鹽構造中及下盤二疊系斗嶺組煤系及砂頁巖中，礦體埋深155～230m，礦體走向長250m，延深140m，最大厚度為26.61m，平均厚度為7.76m，礦體傾向為200°，傾角為10° ～30°，礦體呈不規則的透鏡狀和扁豆狀，且常見分支、膨大縮少現象。礦體平均品位Cu 6.18%，Ag 104.10 g/t。

礦石主要結構以他形粒狀為主，其次為交代殘余結構、結核狀結構、葉片狀結構、包含結構等。礦石構造以致密塊狀為主，其次為角礫狀、脈狀、浸染狀、層狀等。礦石自然類型較復雜。礦段上部（-40m標高以上）氧化程度高，代表礦物為孔雀石；中部（-40～-70m標高）為混合礦，以孔雀石、輝銅礦為主；下部（-70m標高以下）則以硫化礦石為主，其代表礦物為輝銅礦。

2 現狀分析

柏坊銅礦到現在已經有近50 a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礦體礦石儲量較大點外，其余礦體均開采完畢，礦產資源已近枯竭。Ⅵ礦體上盤為紅色泥巖、砂巖、角礫巖組成，下盤為碳質葉巖和灰巖組成，曾先后采用上向水平分層膠結充填法、下向分層進路膠結充填法回采八中段底部至一付層以下高品位礦石。現八中段一付層以上Ⅵ礦體未開采部分儲量約2.8 萬t，呈東西走向，礦體傾角10°～30°，礦體厚度1～8m，礦體及圍巖不穩固，孔隙水比較發育，容易形成泥石流，作業過程中頂板管理比較困難，巷道或開采進路需采用木架支護，導致生產成本比較高，極大影響了作業效率。由于此處礦體為含量大的泥質礦體，每當進路掘至水流比較多的地段就出現泥石流現象，使采礦無法繼續進行，給生產帶來很大的安全隱患。為了克服這些困難，礦山采用水泥注漿進行堵水加固圍巖的方式處理，而效果并不理想。

3 傳統工藝分析

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，而崩落法只用于無充填系統的殘礦回收。

根據礦巖的穩固程度，上向水平分層膠結充填采礦法的回采進路規格一般為（2.0～2.5）m×（2.0～3.0）m，進路長10～30m，坡度10°左右。根據礦體傾角和厚度的不同，分兩種情況布置進路：當礦體傾角小于30°，厚度大于15m時，采場垂直走向布置；當礦體傾角大于30°，厚度小于15m時，采場沿走向布置。采場可單側布置，也可采用雙側布置。

采礦順序為：首先在礦體底板拉底，布置出礦系統、通風系統和行人通道，然后從采場一分層分進路逐條開采，每條進路采完后進行充填，最后待一分層礦體全部采出后，轉到上一分層進行采礦。

上向進路式水平分層膠結充填采礦法優點：

（1）進路回采，頂板暴露面積較小，暴露時間較短，回采作業的安全性易于保證；

（2）巷道規格及方向靈活多變，適應該礦復雜多變的礦體，故貧化、損失指標較低；

（3）進路出礦比較快，回風較快，污風可較快排出，故一個工作循環耗時比較短。

上向進路式水平分層膠結充填采礦法對于比較松軟的礦巖，其優點不能較好的體現，采礦進路需要及時支護，支護材料消耗比較多，使得采礦效率和采礦效益都大幅降低，不利于礦山企業的發展。

下向進路式水平分層膠結充填采礦法與上向進路式水平分層膠結充填采礦法類似，不同之處在于先從礦體頂板往礦體底板開采，其優點除了具備上向進路式水平分層膠結充填采礦法優點外，其頂板較上向進路式水平分層膠結充填采礦法易管理，但是其前期采礦成本較高，第一分層每條進路支護量較多，且每分層需要掘進主電耙道，工程量較大。

3.2巷道掘進支護

柏坊銅礦主要運輸平巷采用混凝土砌碹和錨噴聯合進行支護，而部分巷道或采場進路采用木材與工字鋼聯合支護。由于該礦體地質條件復雜、礦巖不穩定且地壓活動頻繁，許多井巷工程施工至圍巖極不穩固區域時，頂板圍巖出現邊施工邊冒落下來的情形，給作業帶來極大安全威脅。

4 工藝改進

4.1垮區處理工藝改進

在井巷掘進或采場進路作業面，遇松散圍巖易垮落的地段，采用氣腳式鉆機在垮區端頭面打4m左右無縫鋼管標桿控頂進行超前支護（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。每掘進0.5～1.0m時，用普通木架或工字鋼在鋼管鏢尖抗壓層下面支護。如此循環作業，便形成了一條穩定安全的巷道。

圖1　垮區支護示意

4.2采礦方法改進

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，架木支護量比較多，人工搬運支護材料耗時較多。針對這種情況，通過改進采礦工藝后，可克服這種困難，不僅可節約大部分支護材料，而且提高了工作進度及采場安全系數。

本次改進主要通過采用錯位下向進路式分層膠結充填法（如圖2所示），以兩個分層開采為一個循環，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#進路、充填斜坡道，然后進行進路回采。其次錯位回采n分層與n1分層礦體，采礦順序為先采n-1#進路，接著采n1-1#進路；待n1-1#進路采完，再轉到n-2#進路開采；n-2#進路采完，再采n1-2#進路，這樣交替布置進路使得下一分層進路頂板及一側形成兩面堅固的充填料，形成比較穩固的人工圍巖，該人工圍巖減小了進路支護量，給下層礦體的回采提供了一個安全穩定作業環境，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循環至無礦為止。

4.3改進后的效果

改進后的回采方法，每兩個分層可共用一條出礦電耙道，減少切割工程量，節約出礦電耙道支護成本；減少了下面分層進路支護量，增加了采礦作業面安全系數，提高了采礦工作效率。

5 結 語

本次改進后，從八中段幾個采場的開采情況來看，采礦回收率達到96%以上，取得了良好的采礦經濟技術指標。說明本次改進措施切實可行，在本礦區破碎松軟地段取得理想效果。首先改善了八中段采場作業環境，提高了作業面安全系數，其次采減少了電耙道掘進量，增加了回采作業時間，最后對于巖性松軟，減少了支護工程，材料的消耗大幅減少，創造了可觀的經濟效益。

參考文獻：

［1]解世俊.金屬礦床地下開采［M］.北京：冶金工業出版社，1986.

［2]東兆星，吳士良.井巷工程［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2004.

［3]陳昭怡，吳桂英.材料力學［M］.北京：中國建材工業出版社，2005.

［4]GB50595-2010.有色金屬采礦設計規范［S］.

收稿日期：（2016-01-15）

作者簡介：陳義糧（1988-），男，江西萍鄉人，助理工程師，主要從事工作為金屬地下礦山開采，Email：2856317290@qq. com。