某復(fù)雜地質(zhì)礦區(qū)采礦方案設(shè)計研究?

王紀東,于仲才,張 鑫

(河北建投老撾格林礦業(yè)有限公司, 色貢 格林縣 老撾)

采礦方法選擇是地下金屬礦床開采設(shè)計中最核心的內(nèi)容之一[1-2],它的選擇結(jié)果對設(shè)計中的其它環(huán)節(jié)具有極大的影響[3],不合理的開采方法甚至?xí)T發(fā)地質(zhì)災(zāi)害[4]。科學(xué)的采礦方案是安全施工的前提[5],因此成為這個領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的重點研究對象[6-7]。

本文綜合具體的施工背景,針對特殊地質(zhì)條件,進行采礦方案研究,并指導(dǎo)現(xiàn)場安全高效施工。

1 礦區(qū)開采技術(shù)條件

礦區(qū)屬低中山地貌區(qū),總體西南和北部較高,最高點位于礦區(qū)西部,海拔標高約1709 m,最低點在礦區(qū)北部,海拔標高約800 m,相對高差909 m。

礦區(qū)地表水系較發(fā)育,屬湄公河水系。地表水由北西、南東流出區(qū)外匯入西部河中。

礦區(qū)雨量充沛、氣候濕潤,全年分雨、旱兩季,一般5~10月為雨季,11月~次年4月為旱季,年平均降雨1300~3750 mm,年均氣溫20℃~30℃,最低氣溫14℃,最高氣溫40℃。區(qū)內(nèi)蚊蟲、螞蝗較多,地表植被茂密,巖石風(fēng)化強烈,堆積層厚,覆蓋嚴重,地質(zhì)工作條件極差。

根據(jù)地質(zhì)報告,礦體為急傾斜薄至中厚礦體,礦體上部出露地表,但當?shù)芈短扉_采礦較少。考慮礦區(qū)地表植被發(fā)育,且當?shù)胤ㄒ?guī)規(guī)定地表植被不允許破壞,故本次設(shè)計推薦采用地下開采方式。

礦區(qū)基巖露頭極少,斷層總體以壓性、壓扭性構(gòu)造為主,共有18條逆斷層、2條正斷層、1條性質(zhì)不明斷層以及1條壓扭性裂隙。受多期構(gòu)造活動影響,礦區(qū)地形切割深度可達100~240 m,斜坡坡度一般為25°~40°,局部可達50°~65°,坡向為多向坡,但總體向東傾。地層走向呈近NW~SE向,巖層傾角大于自然坡角,自然斜坡穩(wěn)定性屬基本穩(wěn)定。

斜坡和溝谷中覆蓋有3~10余米厚的殘坡積堆積,并有熱帶雨林分布,覆蓋率達90%以上,在地形坡度較大的地段,特別在工程建設(shè)、人類活動(修建礦區(qū)公路)的影響下,地質(zhì)災(zāi)害危險性程度增大,有崩塌、泥石流、滑坡、土溜發(fā)生的可能。

1號礦體產(chǎn)于壓扭性構(gòu)造破碎蝕變帶,賦礦圍巖為紫紅色、褐黃色、淺綠灰色砂質(zhì)、粉砂質(zhì)硅化板巖、斑點狀菱鐵礦千枚巖、千枚巖。礦體呈似層狀產(chǎn)出,沿走向具有膨縮現(xiàn)象。地表出露高程1260 m,產(chǎn)狀243°~305°∠72°~85°;深部1200 m 以下,產(chǎn)狀51°~70°∠70°~86°。礦體品位(1．73~42)×10-6,平均品位4．16×10-6,平均厚度4．83 m。厚度變化系數(shù)較品位變化系數(shù)大。

2號礦體產(chǎn)于砂質(zhì)板巖層間破碎帶,破碎帶寬度約30 m,主要成分為板巖塊石、含鐵重晶石、含金重晶石,具強烈硅化、褐鐵礦化、粘土巖化。賦礦圍巖為黃褐色砂質(zhì)板巖。礦體地表出露高程1590 m,礦體地表成脈狀產(chǎn)出。產(chǎn)狀75°∠72°,礦體品位(0．23~10．78)×10-6,平均品位4．73×10-6,平均厚度約8．33 m。

4.2.1 離體組織 在藥物作用的分子機制研究中，受體是最重要的環(huán)節(jié)。通過觀察和定量組織對藥物的一些生理反應(yīng)來研究受體的特征，是研究藥物‐受體相互作用的間接藥理學(xué)方法。化合物的藥理活性可以通過離體組織試驗快速獲得。由于這些使用簡單易行，20世紀初的研究人員就能夠定義藥物和受體之間的相互作用、預(yù)測藥物作用，并制定藥物受體理論的數(shù)學(xué)模型［47］。已有文獻報道了多種離體組織中同一類型受體的分離方法，其中最常用的離體組織類型來源于心肌、血管平滑肌和胃腸及其他平滑肌［48‐50］。

3號礦體產(chǎn)于菱鐵礦千枚巖層間破碎蝕變帶,礦石為溶蝕褐鐵礦化千枚巖。賦礦圍巖為灰色、淺灰色菱鐵礦千枚巖。礦體地表出露高程1318 m,礦體地表成脈狀產(chǎn)出。產(chǎn)狀64°∠33°,礦體品位(0．46~19．94)×10-6,平均品位9．50×10-6,平均厚度3．90 m。

4號礦體產(chǎn)于菱鐵礦千枚巖層間破碎蝕變帶,礦石為溶蝕褐鐵礦化千枚巖。賦礦圍巖為灰色、淺灰色菱鐵礦千枚巖。礦體地表出露高程900 m,礦體地表成脈狀產(chǎn)出。產(chǎn)狀174°∠50°,礦體品位(0．22~13．60)×10-6,平均品位8．10×10-6,平均厚度3．79 m。

2 采礦方案

2．1 上向水平分層膠結(jié)充填法

(1)適用條件。該方法用于礦體及圍巖穩(wěn)固或中等穩(wěn)固的薄至中厚礦體,如圖1所示。

圖1 上向水平分層膠結(jié)充填法

(2)礦塊構(gòu)成要素。礦塊沿走向布置,長為50~75 m,寬為礦體厚度,高度為中段高度50 m,回采分層高2．0~2．5 m,留底柱4 m,不留頂柱。

(3)采準、切割工程。中段運輸巷道沿走向布置于礦體底板邊界,相隔50 m于礦體底板圍巖內(nèi)上掘傾斜的人行通風(fēng)天井,天井內(nèi)每隔4~5 m掘分層聯(lián)絡(luò)短巷連通礦體,于礦體中部沿礦體底板掘切割充填回風(fēng)井,溜井分層架設(shè)于采場內(nèi)。

(4)回采工藝及設(shè)備。礦塊自下而上按分層高度進行回采作業(yè)。落礦采用YSP45型上向式鑿巖機進行淺孔鑿巖,孔深2~2．5 m,孔距0．8~1．0 m,呈梅花形排列。圍巖穩(wěn)固性差時,采用一采一充的回采工藝開采,圍巖穩(wěn)固性好時,采用二采二出一充,即回采2個分層,待2個分層的礦出完后立即進行充填。出礦采用小型電動鏟運機出礦,礦石經(jīng)鏟運機運至采場內(nèi)順路溜井內(nèi),經(jīng)溜井將礦石溜放至中段運輸平巷。

(5)采場通風(fēng)。采場新鮮風(fēng)流由中段運輸平巷經(jīng)濾水、通風(fēng)天井進入采場,到達采場出礦和鑿巖工作面,污風(fēng)由切割回風(fēng)充填天井進入上中段回風(fēng)坑道。為改善采場工作面通風(fēng),采用JK58-1No4或JK58-1No4．5局扇加強通風(fēng),每個采場1~2臺。

(6)頂板管理。分層落礦后,先在爆堆上人工從天井口開始由外向內(nèi)對頂板松石進行處理。鑿巖前,首先用人工撬毛進行一次全面的頂板松石處理,以保證鑿巖安全。為確保采場出礦安全,每班還需對采場出空兩幫進行安全檢查、撬掉頂板和兩幫殘余松石。對于礦石穩(wěn)固性差、節(jié)理裂隙發(fā)育、頂板暴露面積大的采場,可采用錨桿、掛網(wǎng)及錨索支護。

2．2 上向進路膠結(jié)充填法

(1)適用條件。該方法用于礦體及圍巖穩(wěn)固性一般或較差的薄至中厚礦體,如圖2所示。

圖2 上向進路膠結(jié)充填法

(2)礦塊構(gòu)成要素。礦塊沿走向布置,礦塊長為50~75 m,寬為礦體厚度,高為中段高度50 m,底柱4 m,進路規(guī)格為3 m×3 m,礦塊內(nèi)進路沿走向布置。

(3)采準、切割工程。中段運輸巷道沿走向布置于礦體底板邊界,相隔50 m于礦體底板上掘傾斜的人行通風(fēng)天井,天井布置于采場中部,天井內(nèi)每隔4~5 m掘分層聯(lián)絡(luò)短巷連通礦體,于采場中部沿礦體頂板上掘充填回風(fēng)井,人行濾水井,溜井分層架設(shè)于采場內(nèi)。

(4)回采工藝及設(shè)備。礦塊內(nèi)采用自下而上分層進路式回采,回采工藝包括進路鑿巖、爆破、采場通風(fēng)、出礦和采空區(qū)處理等作業(yè)。回采進路斷面規(guī)格為3 m×3 m,選用YT-28型鑿巖機鑿巖,爆破后礦石采用電耙耙至采場順路溜井,下放至有軌運輸平巷,經(jīng)振動放礦機裝礦后,由電機車運至主溜井或平硐口。

(5)采場通風(fēng)。采場主要依靠貫穿風(fēng)流通風(fēng),新鮮風(fēng)流從中段沿脈、人行通風(fēng)天井和濾水井進入采場,清洗工作面后,經(jīng)充填回風(fēng)天井匯入上中段回風(fēng)巷道,通過回風(fēng)井排出地表。進路掘進時為獨頭巷道,爆破后采用局扇加強通風(fēng)。

(6)采場充填。一步驟回采進路先充填2~2．5 m厚灰砂比為1∶10膠結(jié)充填料,停1個班,再充填0．5~0．8 m厚灰砂比為1∶4的膠結(jié)充填料接頂。二步驟回采進路先充填2．2~2．5 m厚1∶20的低標號膠結(jié)充填料和廢石,后充填0．5~0．8 m灰砂比為1∶4的尾砂膠結(jié)充填料接頂。

2．3 下向進路膠結(jié)充填法

(1)適用條件。該方法用于礦體及圍巖不穩(wěn)固或極不穩(wěn)固的薄至中厚礦體,如圖3所示。

圖3 下向進路膠結(jié)充填法

(2)礦塊構(gòu)成要素。礦塊沿走向布置,礦塊長為50~75 m,寬為礦體厚度,高為中段高度50 m,不留底柱,進路規(guī)格為3 m×3 m,礦塊內(nèi)進路沿走向布置。

(3)采準、切割工程。中段運輸巷道沿走向布置于礦體底板邊界,相隔50 m于礦體底板上掘傾斜的人行通風(fēng)天井,天井布置于采場中部,天井內(nèi)每隔4~5 m掘分層聯(lián)絡(luò)短巷連通礦體,于采場中部沿礦體底板上掘采場溜井,人行充填井分層架設(shè)于采場內(nèi)。

(4)回采工藝及設(shè)備。礦塊內(nèi)采用自上而下分層進路式回采,回采工藝包括進路鑿巖、爆破、采場通風(fēng)、出礦和采空區(qū)處理等作業(yè)。回采進路斷面規(guī)格為3 m×3 m,選用YT-28型鑿巖機鑿巖,爆破后礦石采用電耙耙至采場溜井,下放至有軌運輸平巷,經(jīng)振動放礦機裝礦后,由電機車運至主溜井或平硐口。

(5)采場通風(fēng)。采場主要依靠貫穿風(fēng)流通風(fēng),新鮮風(fēng)流從中段沿脈、人行通風(fēng)天井進入采場,清洗工作面后,經(jīng)充填回風(fēng)天井匯入上中段回風(fēng)巷道,通過回風(fēng)井排出地表。進路掘進時為獨頭巷道,爆破后采用局扇加強通風(fēng)。

(6)采場充填。采場回采結(jié)束后,底部先用3~5 mm鋼筋鋪墊金屬網(wǎng),并用吊筋與上部頂板充填體固定連接,采用灰砂比1∶4的充填料充填并接頂。

3 結(jié) 論

(1)礦區(qū)的地質(zhì)條件是決定采礦方案的重要因素,不同的地質(zhì)條件對應(yīng)不同的采礦方案,上向水平分層膠結(jié)充填法、上向進路膠結(jié)充填法、下向進路膠結(jié)充填法可以分別應(yīng)用到圍巖穩(wěn)固或中等穩(wěn)固、一般或較差、不穩(wěn)固或極不穩(wěn)固的薄至中厚礦體。

(2)針對不同地質(zhì)條件科學(xué)選擇采礦方案才能促進安全、高效的施工,本文的3種采礦方案可以很好解決該礦區(qū)的特殊地質(zhì)造成的施工問題。