錳礦采礦區(qū)褶皺密集緩傾斜薄礦體分區(qū)協(xié)同開采技術(shù)的實際應(yīng)用

施運剛

（廣西壯族自治區(qū)河池市建筑工程公司大新分公司，廣西 崇左 532315）

在現(xiàn)代社會中，錳及其化合物具有廣泛的功能用途，在鋼鐵工業(yè)、電子工業(yè)、國防工業(yè)、建材工業(yè)等多個領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的價值作用，是支撐我國國民經(jīng)濟的重要戰(zhàn)略資源。但從目前來看，受到改革開放以來高強度、持續(xù)性的采礦作業(yè)影響，我國的錳礦資源已逐漸顯現(xiàn)枯竭之勢，使得采礦工業(yè)不得不涉足產(chǎn)狀多變、風(fēng)險較大的復(fù)雜礦區(qū)。據(jù)此，為了推動我國采礦工業(yè)綜合效益的提升，我們有必要對錳礦采礦區(qū)產(chǎn)狀復(fù)雜礦體的分區(qū)協(xié)同開采技術(shù)展開探究討論。

1 錳礦采礦區(qū)產(chǎn)狀復(fù)雜礦體分區(qū)協(xié)同開采技術(shù)的基本思路

近年來，基于社會建設(shè)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求，我國錳礦的開采強度日益提升，使得區(qū)域內(nèi)易于采集的礦產(chǎn)資源逐漸呈現(xiàn)出消耗殆盡的趨勢。在此背景下，為了實現(xiàn)資源保護與社會發(fā)展的有機平衡，人們的錳礦開采視角逐漸向開采難度相對較大、風(fēng)險隱患相對較多、礦產(chǎn)狀態(tài)相對復(fù)雜的區(qū)域。此時，為了盡量提高錳礦開采的質(zhì)量、效率與安全性，業(yè)內(nèi)對于新理念、新技術(shù)、新方法的運用呼聲越來越高。在此背景下無廢開采、分區(qū)開采、協(xié)同開采等理念體系、技術(shù)方法應(yīng)運而生。其中，無廢開采即盡可能地控制采礦廢料產(chǎn)出，在提高錳礦資源利用率的基礎(chǔ)上，降低采礦作業(yè)對礦區(qū)環(huán)境的負(fù)面影響；分區(qū)開采即根據(jù)開采難度、開采強度、產(chǎn)礦質(zhì)量、環(huán)境特征等因素，對同一礦區(qū)進行區(qū)段劃分，并制定出針對性、綜合性的作業(yè)方案，以保證采礦活動持續(xù)處在順利、安全的狀態(tài)當(dāng)中；協(xié)同開采則是在保證錳礦資源開采質(zhì)量的基礎(chǔ)上，通過有效的技術(shù)手段，協(xié)調(diào)、多元地處理好其他風(fēng)險隱患，如火災(zāi)風(fēng)險、水災(zāi)風(fēng)險、空區(qū)風(fēng)險、環(huán)境影響風(fēng)險等，以達到雙贏甚至多贏的理想化開采效果[1]。

以上述理念、方法為基礎(chǔ)，提出錳礦采礦區(qū)產(chǎn)狀復(fù)雜礦體分區(qū)協(xié)同開采技術(shù)的基本思路：圍繞采礦區(qū)域的地質(zhì)賦存條件，從巖層厚度、礦體傾角、分布走向、錳礦質(zhì)量等角度入手，對產(chǎn)狀復(fù)雜礦體實施明確分區(qū)。在此基礎(chǔ)上，實施出多元化、綜合化的技術(shù)方法、采礦策略、輔助手段，做好各采礦區(qū)段、作業(yè)工序的順暢銜接，從而在保證錳礦開采活動安全、穩(wěn)定、持續(xù)進行的同時，協(xié)調(diào)處理好人為干預(yù)、產(chǎn)狀變化可能引發(fā)的負(fù)面影響，以達到人與自然和諧互利的目的。

2 錳礦采礦區(qū)褶皺密集緩傾斜薄礦體分區(qū)協(xié)同開采技術(shù)在細(xì)分礦塊中的應(yīng)用分析

在全站儀、測距儀、GPS 設(shè)備等工具的支持下，對礦區(qū)、礦體的實際信息進行全面采集，并由此在計算機中繪制3D數(shù)字模型。在此基礎(chǔ)上，分析產(chǎn)狀復(fù)雜礦體的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并標(biāo)記出礦體厚度、傾角、走向等明顯變化的節(jié)點與分界線，由此進行錳礦開采的區(qū)域劃分。在確定錳礦采礦區(qū)產(chǎn)狀復(fù)雜礦體的開采分區(qū)后，對不同區(qū)段具體的地質(zhì)條件、風(fēng)險因素等進行分析，并制定出針對性的施工方案與方法策略。從目前來看，做好崩落采礦法、充填采礦法、空場房柱法、淺孔留礦法等不同關(guān)鍵方法的靈活運用，可滿足急傾斜、緩傾斜、中度傾斜等不同礦體的開采需求[2]。

在礦體產(chǎn)狀已經(jīng)分析明確的基礎(chǔ)上，針對褶皺密集緩傾斜薄錳礦體進一步細(xì)致劃分，例如以向斜結(jié)構(gòu)和背斜結(jié)構(gòu)軸部為分界線，對具體的待采礦塊進行礦房劃分，以確定的分界線為基準(zhǔn)對礦塊進行布置采準(zhǔn)、切割工程，這樣使得礦房劃分更細(xì)致、更有利于礦石回采，提高礦石回采率和出礦品位；并且由于明確對地質(zhì)構(gòu)造進行具體分區(qū)，更有利于安全管理工作進行分區(qū)管控，各小分區(qū)可獨立也可聯(lián)合管控，進一步提高了礦塊回采的安全性和可控性。

最后，再做好同一礦體中各個分區(qū)的協(xié)作銜接，即可從整體上保證錳礦開采活動的安全性、高效性與優(yōu)質(zhì)性，并避免對礦區(qū)自然環(huán)境造成過度損傷，以此達到宏觀上的最優(yōu)化協(xié)同開采效果。

3 錳礦采礦區(qū)褶皺密集緩傾斜薄礦體分區(qū)協(xié)同開采技術(shù)的實際應(yīng)用方案

利用分區(qū)協(xié)同開采的理念對褶皺密集緩傾斜薄錳礦體進行礦塊回采設(shè)計，根據(jù)褶皺變化情況布置采切工程及確定回采方式，把一個礦塊分成幾個小區(qū)塊，最終實現(xiàn)礦塊高效安全回采的目的。以下為應(yīng)用實例：

3.1 開采技術(shù)條件

北中部礦區(qū)345H28 采場礦體呈層狀產(chǎn)出，礦體厚度1.7m～2m，礦體走向呈北西-南東方向，走向水平長度38m，礦體在走向方向上受褶皺影響較大，礦體呈起伏波浪狀，有四個向斜和三個背斜褶皺；礦體傾向呈北東方向，受走向褶皺影響，礦體傾角變化大，平均傾角9°，斜長102.6m。礦層頂?shù)装寮皣鷰r由硅質(zhì)巖、泥灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r與鈣質(zhì)泥巖組成，褶皺發(fā)育，裂隙較少，頂?shù)装逋暾暂^好，屬半堅硬～堅硬巖石類型，力學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)固。礦體及其圍巖發(fā)育有較軟巖石或軟弱夾層，頂?shù)装鍘r層層狀明顯，單層巖層厚度薄，受外力影響頂板巖層易分離，回采過程中易產(chǎn)生片幫、冒頂?shù)裙こ痰刭|(zhì)問題[3]。

3.2 采礦方法

本工程選用淺孔爆破空場房柱采礦法進行回采。礦房內(nèi)礦柱根據(jù)頂板穩(wěn)固性按間距4m～8m 布置，若經(jīng)過斷層位置時，礦柱間距不大于4m。采用從上至下后退式回采順序，傾斜方向采用兩道至三道電耙搬運礦石，漏斗裝礦。

3.3 采準(zhǔn)與切割布置

礦塊內(nèi)礦體褶皺密集，礦體在走向方向上形成四個向斜結(jié)構(gòu)和三個背斜結(jié)構(gòu)，礦體連續(xù)而起伏變化，若以常規(guī)方式按照規(guī)則平穩(wěn)礦體布置采切工程，將無法回采該礦塊；因此需根據(jù)褶皺構(gòu)造變化情況布置采切工程。礦塊位于付中段平巷以上部分，礦塊下端礦體展開長50m，上端礦體展開長36m，礦塊斜長102.6m；付中段平巷長度38m，斷面規(guī)格2m＊2m；礦塊北端向斜結(jié)構(gòu)核部礦體內(nèi)布置345H26-1上山，斜長103m，斷面規(guī)格2m＊2m；礦塊南端向斜結(jié)構(gòu)核部礦體內(nèi)布置345H22-1 上山，斜長103m，斷面規(guī)格2m＊2m。為了更好地提供采礦爆破自由面和出礦電耙道以及更合理有效地控制頂板和加大回采強度并且提高回采率及降低貧化率，在礦塊內(nèi)中間兩個向斜結(jié)構(gòu)核部礦體內(nèi)分別布置一號切割上山和二號切割上山，斜長分別103m，斷面規(guī)格2m＊2m；四條上山之間每隔26m 布置1 條聯(lián)絡(luò)巷道，共布置3 條，聯(lián)絡(luò)道根據(jù)出礦方向變動傾斜方向，長度分別為27m、29m、31m，斷面規(guī)格2m＊2m。礦塊內(nèi)根據(jù)電耙出礦需要，在每條上山中部及起口處分別布置1 個電耙硐室，共計8 個電耙硐室，規(guī)格為寬3m＊高2m＊深2m。

3.4 回采工藝

（1）回 采 順 序。345H28 采 場 利 用345H26-1 上 山、345H22-1 上山、一號切割上山和二號切割上山作為人行材料通風(fēng)通道，同時作為礦塊回采空間提供采礦自由面及作為電耙耙運礦石巷道。因礦塊內(nèi)根據(jù)褶皺結(jié)構(gòu)的情況劃分了三個獨立的區(qū)塊，可作為三個小礦房先后獨立回采，也可三個小礦房同時進行回采。為加快回采速度，本方案采取三個小礦房同時進行回采，回采工作面由上往下進行退采，四條上山同時作為采礦退采路線和電耙耙運礦石巷道，每條上山配備兩臺電耙。

（2）回采方法。選用YT28 氣腿式鑿巖機，φ40mm 梅花鉆頭，2.5m 中空六角鉆桿；采用斜向布孔，品字形布置，孔距0.9m，孔深2.2m；使用2#巖石乳化炸藥及導(dǎo)爆管雷管進行爆破。以上山作為爆破自由面，每次崩礦長度4m～8m，從向斜結(jié)構(gòu)核部回采兩翼礦體；要求每次爆破的上排炮眼距離頂板30cm；嚴(yán)禁破壞頂板，嚴(yán)格控制爆破高度，減少頂?shù)装鍙U石混入，最終達到提高回采率和礦石品位的目的。

（3）采場礦石運輸。在每條上山中部的聯(lián)絡(luò)巷道側(cè)以及上山入口處分別布置一個電耙硐室，采取兩道電耙接力耙運回采工作面的礦石至付中段平巷處，付中段平巷內(nèi)的礦石集中耙運至付中段下部礦段內(nèi)的345H21 上山處，再由345H21 上山漏斗處的電耙耙運至漏斗，最后通過漏斗裝入階段運輸巷道內(nèi)的礦車[4]。電耙（耙礦絞車）選型為2JPB-30 型，電耙鋼絲繩直徑12mm 或14mm。

（4）礦柱布置與回采。考慮到上山布置在向斜結(jié)構(gòu)的核部，在此部位巷道頂板應(yīng)力較為集中，易遭到破壞導(dǎo)致冒頂事故，為了保證上山通道以及回采工作面的穩(wěn)固性，礦柱布置在上山兩側(cè)對稱位置，直徑為2m～2.5m 圓柱，間距4m～8m；若遇斷層或頂板遭到破壞造成頂板穩(wěn)固性變差，則礦柱可改為條帶型或增加礦柱直徑、縮小間距。采場內(nèi)礦柱不予回采，作為永久保安礦柱支撐采空區(qū)。

3.5 錳礦采礦區(qū)褶皺密集緩傾斜薄礦體分區(qū)協(xié)同開采技術(shù)的應(yīng)用效果

通過合理運用分區(qū)協(xié)同開采技術(shù)，指導(dǎo)錳礦礦山極度難采礦體進行單體設(shè)計，根據(jù)褶皺構(gòu)造的實際變化情況，把一個整體礦塊劃分為若干個小區(qū)塊，靈活布置礦房，打破了傳統(tǒng)礦塊的布置思維，使難以回采的礦體變得容易回采，并且保證了極度難采礦體進行回采的可行性、可操作性以及安全性。

雖然存在采切工程量增大的缺陷問題，但是在總體錳礦資源越來越緊缺、國際錳礦資源售價震蕩提升、難采錳礦資源比例相對增大的背景下，亦能保證礦石回采的利潤空間。

利用分區(qū)協(xié)同開采技術(shù)進行礦塊回采設(shè)計，提高了礦塊回采率，并且安全性得到很大地提高，提高了資源利用率，避免資源浪費，同時大大提高了礦石回采的風(fēng)險管控，使得作業(yè)人員的安全更有保障。

4 結(jié)論

總而言之，在產(chǎn)狀復(fù)雜、傾角多變的礦區(qū)錳礦開采作業(yè)過程當(dāng)中，合理運用分區(qū)協(xié)同開采技術(shù)，實現(xiàn)采礦方法、采礦分區(qū)與礦體結(jié)構(gòu)的高度匹配，能顯著提高錳礦開采的安全性、高效性，并降低采礦活動對自然環(huán)境的影響，整體上符合我國綠色化、科學(xué)化的采礦工業(yè)發(fā)展要求。