香爐山鎢礦東部采區殘礦回采方案研究

萬林海,羅 佳

(1．江西省修水香爐山鎢業有限責任公司, 江西 九江市 332400;2．長沙礦山研究院有限責任公司, 湖南 長沙 410012)

0 引 言

香爐山鎢業有限責任公司為我國大型白鎢企業,鎢礦床具有儲量大、傾角緩、礦體厚度大、鎢品位高、礦體及頂底板圍巖穩固、連續性好、礦巖含水率低、工程及水文地質條件比較簡單、開采技術條件較好等特點。

礦山采用地下方式開采,按照勘探線劃分盤區,0~16勘探線劃分為東部采區,16~24線劃分為西部采區[1-3]。本研究的對象是香爐山鎢礦東區殘礦,由于前期采用非正規的全面房柱法回采礦體,采后空區未充填,造成大多礦柱難以回采,礦石損失率大,采空區暴露面積大,在空場下運輸、通行給礦山井下安全生產帶來了較大的隱患。另外,井下眾多的采空區形成了相互貫通的狀況,多采場、工作面同時作業,串風和污風串流的現象比較普遍。鑒于以上情況,需開展相關采礦方法的研究改善生產現狀,治理采空區,并盡可能回采空區內殘留的大量礦石資源。

1 開采技術條件

礦石穩固性較好,裂隙斷層一般不發育,f＞12,體重3．17 t/m3,平均松散系數為1．6,不結塊,不自燃[4-5]。頂底板圍巖多屬于未風化的鈣硅角巖和細?；◢弾r,節理不發育,巖石較完整穩固,f＞8~12,體重2．8 t/m3,平均松散系數為1．6,圍巖與礦體界面清楚。地表有民舍及廟宇需要保護,地表不允許陷落。東部采區0~16線間礦體平緩,傾角10°~15°,厚度起伏不大,多小于20 m。香爐山鎢礦東部采區采用平硐開拓,鏟運機裝載,汽車運輸,所用的采礦方法基本上為留不規則點柱、條柱的全面法,采空區跨度10~30 m不等,井下礦柱分布不均,部分頂板暴露面積過大,礦體回采多沿底板掘進,許多采空區頂部礦體殘留,殘礦回采難度極大。

東部采區開采歷史悠久,開采順序凌亂無序,導致采空區規模宏大,且極其復雜[6-8]。東區采空區累計體積超過300萬m3,總暴露面積超過25萬m2,采空區形態非常不規則,采空區相互貫通、重疊,形成了復雜的井下開采環境?？諈^內礦柱不規則林立,大多以不規則的點柱、底板礦、頂板礦、條柱、樓板礦和邊角礦體的形式存在,其回采難度非常大。東區殘礦資源量巨大,初步統計,東區的點柱礦量達360萬t,頂、底板礦及邊角礦量達540萬t,總保有礦量超過900萬t。東區殘礦以高品位礦為主,是礦山下一步生產的重點。

2 殘礦回采采礦方法選擇

由于井下復雜的采空區環境,殘礦開采條件較差,需根據不同的殘礦類型,選擇合理的采礦方法。由于采用空場法繼續回采有可能出現大面積坍塌,導致整個礦山資源報廢,而采用崩落法回采會導致地表水位下降、地表道觀損毀、貧化損失率大以及作業安全性難以保障,因此針對礦山現有情況,東區殘礦回采只能采用充填法[9]。

根據東部礦體、礦柱的開采技術條件、賦存情況及工程現狀,綜合現有礦山采礦工藝技術,主要有以下幾種采礦方法:超前充填空場嗣后充填采礦法、垂直分條兩步驟膠結充填采礦法、上向水平分層充填采礦法[10]。

2．1 超前充填空場嗣后充填采礦法

超前充填空場嗣后充填采礦法先對采空區進行充填治理,膠結充填采空區,并充分充填接頂,然后再回采礦柱,采用充填體支撐頂板管理地壓,形成礦柱回采的安全條件;礦柱采用淺孔落礦工藝回采,回采完畢后充填采空區。超前充填空場嗣后充填采礦法主要用來回采采空區內的點柱、頂板礦和底板礦,典型方案見圖1。

回采前充填:回采前需將回采區域范圍內的空區進行膠結充填,并充分接頂,達到安全條件后再回采礦柱。

圖1 超前充填空場嗣后充填采礦法

回采順序:在回采區域留有點柱、頂板礦和底板礦時,當點柱采下礦石能作為回采頂板的平臺時,回采順序為先采點柱,后采頂板礦,最后回采底板礦;當點柱采下礦石不能作為回采頂板的平臺時,回采順序為先采點柱,后采底板礦,經充填之后再回采頂板礦。

鑿巖爆破:采用YT-27、YT-28或7655型鑿巖機,以充填后露在外面的點柱一側為作業面,鉆鑿似水平炮孔,炮孔直徑為42 mm,炮孔深度3~4 m,炮孔排拒0．8~1．2 m,采用2＃巖石乳化炸藥,導爆管雷管起爆。

采場通風:新鮮風流自平硐、井下運輸巷道進入作業面,清洗工作面后污風經井下運輸巷、現有風井排出至地表。

頂板管理:經充分通風后人員進入作業面,清理松石,經撬毛作業仍不能保障安全時,可采用噴射混凝土或錨桿進行支護,確保安全后再進行后續作業。

采場出礦:采用鏟運機裝礦、汽車運輸的方式。回采點柱時,采下礦石大部分留在空區內,作為繼續上采的平臺,待回采結束后再大量出礦。

采場充填:回采結束后,需要對空區進行充填,充填前需在充填區域架設充填擋墻,鋪設充填管路、濾水管等。充填采用全尾砂膠結充填,充填強度為0．8~1．0 MPa。

2．2 垂直分條兩步驟充填采礦法

針對采空區內完整性較好的條狀礦體,設計采用垂直分條兩步驟充填采礦法,該方法將條狀礦體按照一定的寬度分為多個采場,先采一步驟采場,然后充填采空區,再回采二步驟采場,二步驟采場開采完畢,最后充填采空區。

垂直分條兩步驟充填采礦法主要用來回采較大的條狀礦體,礦石回采率高,貧化損失小,典型方案見圖2。一步驟、二步驟采場寬度均為8 m,采場長度20~30 m,采場內不留底柱、間柱。回采時,在回采礦體厚度小于10~12 m時,一次性回采后再充填,在回采礦體厚度大于12 m時,采用高分段,分段高度7~8 m,下部分段回采經膠結充填后,留設1．5 m的空間作為繼續上采的平臺。

礦體回采采用淺孔落礦工藝,鏟運機出礦,與超前充填空場嗣后充填采礦法回采工藝基本一致。

采場充填:一步驟采場回采結束后,立即進行充填,一步驟采場充填體強度為1．0~1．2 MPa,待充填體養護至要求強度后,再回采二步驟采場,二步驟采場充填體強度要求為0．5 MPa。

圖2 垂直分條兩步驟充填采礦法

2．3 上向水平分層充填采礦法

該方案首先要對采空區進行充填治理,通過充填采空區形成作業平臺,回采頂板礦體。采用分層回采,分層充填的方式回采礦體。上向水平分層充填采礦法典型方案見圖3。回采時,分層高度一般為3~4 m,在頂板跨度小于8~10 m時,可采用5~6 m的高分層,分層采場礦石出完后,立即充填,充填后留下2 m左右的作業空間。

回采工藝采用淺孔落礦工藝,本方法充分利用礦山采空區高度不一致,采空區底板形成臺階狀的特點,隨著回采的進行,由上一臺階進入采場內進行作業,并運輸礦石。落礦作業在充填體上進行,下部充填體強度要求達到0．5~0．8 MPa,澆面層充填體強度要求達到1．5~2．0 MPa。

圖3 上向水平分層充填采礦法

3 殘礦回采采礦方法評述

3．1 采礦方法技術經濟分析

通過對超前充填空場嗣后充填采礦法、垂直分條兩步驟充填采礦法以及上向水平分層充填采礦法進行經濟分析,各采礦方法技術經濟比較如表1所示。

表1 各采礦方法技術經濟比較

3．2 采礦方法綜合分析

超前充填空場嗣后充填采礦法主要用于空區內留下的點柱、部分頂板及底板礦的回采,采切工程量小,安全性好,點柱回采時由于充填體的混入導致貧化率較頂板高,回采前需根據現場實際情況圈定合適的區域,建立充填擋墻后進行充填,達到安全條件后回采周邊點柱、頂柱及底柱。

垂直分條兩步驟充填采礦法主要用于較完整的條柱、部分頂柱的回采。首先將回采的條柱或頂柱按照一定的采場寬度劃分為兩步驟采場,先回采一步驟采場,待充填后充填體達到足夠強度時,再回采二步驟采場,該采礦方法采空區暴露面積小,生產施工安全,貧化損失率均可控制在10%以內。

上向水平分層充填采礦法主要用于部分頂板的回采?？諈^高度大時,回采前需充填下部空區,充填后充填體與頂板之間留2 m左右的作業空間,根據頂板跨度大小確定分層高度,在頂板跨度較小時可采用高分層,該采礦方法采空區高度較小,作業安全性好。