安徽姑山露天采場開采掛幫礦三步驟回采方案設計

楊 劍 楊家冕 尹 裕 劉允秋

(1.馬鋼(集團)控股有限公司桃沖礦業公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

姑山掛幫礦三步驟回采對象為盤區穿脈，是一步驟回采和二步驟回的聯絡道，是盤區最后回采部分，等同于礦柱回收，礦體遭受了一步回采和二步驟回采的連續破壞，回采難度加大。姑山露天采場掛幫礦東北部1#、2#穿脈礦體位于-130～-100 m水平，高度30 m，長度為70～110 m，與其相連的礦房類似，按已有工程，可劃分為-130，-120，-110 m 3個分段。二步驟回采已經充填完畢，已經具備了回采條件。三步驟回采礦體主要為一步驟回采、二步驟回采充填后各穿脈縱向未回收的礦體，以一個完整的中段為例，穿脈上部有約6.5 m高、10 m寬、與穿脈同長的礦石，加之穿脈兩幫礦石，構成了1個中段三步驟回采的礦量。

姑山掛幫礦礦體底板為輝長閃長巖，頂板主要為輝長閃長巖，部分為黃馬青組、周沖村組及大王山組、云合組砂頁巖、碳酸鹽巖、火山碎屑巖等。礦體頂底板巖性多屬半堅硬—松軟巖類，穩固性差，裂隙、節理發育。據采場現場調查，由于礦區常年疏干，地下水位逐年下降，第四系砂卵礫石層因失水變得更加松散，局部坍塌、滑落現象時有發生。此外，高嶺土化輝長閃長巖浸水后成泥狀，脫水后則成土狀，極易發生滑動和坍塌。總體上，采場工程地質條件復雜。為有效回收姑山露天采場掛幫礦資源，本研究對相應的三步驟回采技術方案進行設計，并進行優選。

1 數值模擬分析

1.1 模型構建及參數確定

本研究結合姑山采場掛幫礦的工程地質條件、礦體賦存條件及擬用采礦方法的特點，為完全模擬開采過程、頂板圍巖受采動影響的過程、各采礦方法開采過程中采場的穩定性以及采場充填后的圍巖應力變化[1-3]，以-130 m中段為建模的基礎數據，進行不同采場參數及回采工藝情況下采場穩定性數值模擬分析。三步驟回采數值模擬計算模型見圖1。

圖1 三步驟回采數值模擬計算模型

根據姑山露天采場掛幫礦的工程地質特征、室內巖石的物理力學參數以及此次計算要求，經歸類及工程處理后，設計了4種力學介質，即上盤巖體、礦體、下盤巖體和充填體[4-5]。4種力學介質的物理力學參數取值見表1。

表1 各種力學介質物理力學參數

1.2 模擬分析

本研究數值模擬方案：方案一，間柱全部回采，礦房尺寸為60 m×10 m×18 m(長×寬×高)，回采完畢后進行充填；方案二，間柱部分回采，兩幫各留厚約3 m的礦體，礦房回采尺寸為60 m×4 m×18 m(長×寬×高)，回采完畢后進行充填。2種方案的數值模擬結果見圖2、圖3。

結合圖2、圖3，得到了采場最大主應力、最小主應力、頂板位移以及塑性變形體積等數據，見表2。

圖2 2種方案回采過程中的最大主應力分布

圖3 2種方案回采過程中的位移分布

表2 采場數值模擬分析數據

三步驟回采模擬計算過程中，由于方案一采場兩側均為充填體，在礦房回采后，采場及周圍充填體發生了大范圍失穩垮塌現象，故而該方案不可行。需要指出的是，方案二在礦房回采過程中頂板易出現應力集中現象，頂板最大壓應力為20.26 MPa，小于礦體抗壓強度，但回采過程中需要密切關注頂板變化情況，并采取相應措施。

2 三步驟回采技術方案

2.1 回采方案

本研究選擇方案二進行回采，即聯巷兩幫各留厚約3 m的礦柱，礦房回采尺寸為60 m×4 m×18 m(長×寬×高)，回采完畢后進行充填。

2.2 回采順序

垂直方向上，采場東北部1#、2#穿脈的礦體回采高度為30 m，垂直方向回采順序可以由上往下，也可以由下往上進行，不同回采順序的特點對比見表3。分析表3可知：本研究選擇自上而下的回采順序。

表3 回采順序特點對比

水平方向上，平面上每個分段按24 m長度劃分，由內向外依次回采和充填。1#、2#穿脈按長度80 m考慮，每條穿脈分3～4次回采。

2.3 回采工藝

(1)鑿巖爆破。采用淺孔鑿巖方式，沿著礦柱往上挑頂，盡可能保證礦柱的垂直度，每次鑿巖前須清理礦房頂板和兩側頂板浮石。按原有爆破方式爆破落礦。

(2)出礦及充填。采用鏟運機出礦，落礦完畢后盡快出完礦房內的崩落礦石。礦房出礦完畢后應盡早充填，充填強度與二步驟回采礦房充填方法相同。

(3)支護。①錨桿支護，在穿脈頂板和側幫礦柱鋼筋網與頂板脫層分離處補打錨桿，將鋼筋網緊貼于頂板，支護網度為1.0 m×1.0 m～0.8 m×0.8 m，-110，-100，-82 m分段水平在礦房長度方向上補打1排長錨索，錨索間距為3 m，錨索長度為5 m；②噴漿，補打錨桿完畢后，進行頂板全噴漿，噴漿厚度為50～100 mm。

(4)安全要求。每個中段礦石回采完畢后對礦體上盤揭露的圍巖面進行錨網支護，與頂板形成下部采礦的預控頂；對回采過的間柱進行浮石檢撬，消除倒掛現象，并進行錨網支護或錨網噴支護。

3 結 語

根據姑山露天采場掛幫礦開采技術條件及現場實際情況，設計了適用于該礦三步驟回采的技術方案，通過數值模擬分析，優選出了最適宜的開采方案，安全高效回收了采場東北部的1#、2#穿脈聯巷的礦體，回收率達到60%，貧化率為8%，共采出三步驟礦房礦石47.86萬t，提高了礦石回采率，經濟效益顯著，可供類似礦山借鑒。