三山島金礦超深溜井堵塞處理研究與實踐

劉 振

(山東黃金礦業(yè)萊州有限公司三山島金礦，山東 萊州 261400)

0 引 言

溜礦井在礦場開采的生產(chǎn)系統(tǒng)中有著十分重要的位置，因為三山島超深溜井礦的堵塞從而影響了正常的生產(chǎn)作業(yè)。在實際采礦過程中因為開采使用的辦法不一樣，所以礦場在對于溜礦井的開采方法也有相對大的不同，某些時候由于礦藏的分布和所屬功能的不一致性，在同一礦山采取對溜井的開采辦法也不盡相同。針對開采地質(zhì)條件相對多變復(fù)雜的礦場，普遍運用向下較傾斜式的分層膠結(jié)充填采礦法，此辦法在對溜井礦的儲礦與放礦方面的效能有較高的要求。真正的生產(chǎn)開采作業(yè)當中，這種類型的礦井被其他方面的因素影響的可能性也很大，所以造成溜礦井較易堵塞，從而影響了的正常的開采作業(yè)進程。因此，需要研究和探索如何解決溜井礦堵塞問題，從而能夠更高效、安全的進行礦山開采作業(yè)，提高礦石的利用率，節(jié)約礦石資源。

1 三山島溜井礦出現(xiàn)堵塞的原因及危害

礦石被爆破后由于力度不同會隨機分散，其中最明顯的是在礦石與礦石之間會有較大的縫隙。雖然爆破后的礦石仍存在自身的個體獨立性，產(chǎn)生了相對分裂的總體構(gòu)造，但從全面來看礦石之間還是存在流動的性能。雖然爆破后的礦石受其他因素的影響不大，凝聚礦石的能力也不強，但在現(xiàn)實的作業(yè)過程中并不是都是這樣。因為地域不同，礦場不同，在水的作用力之下分散的礦石、礦渣粉末會融合在一起填補了礦石之間的縫隙，提高了礦石之間的附著力，除此之外，礦石富含了許多鐵之類的微量元素，由于這些元素遇水會容易粘在一起，當溜井礦中的存礦量數(shù)量大時，對礦石的壓力作用很大，再由于濕度的原因，礦石間的縫隙慢慢減小，堵塞物越來越堅硬，最終導(dǎo)致溜井礦堵塞。對于三山島溜井礦出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象，該文經(jīng)過多次研究，發(fā)現(xiàn)影響溜井堵塞的原因主要是礦石的流動性，與礦石的塊度、粉礦粘土和濕度三者有關(guān)。

1.1 堵塞原因

1.1.1 礦石塊度

礦石有在儲存過程當中慢慢從分裂松散的形態(tài)結(jié)合為塊的性質(zhì)，但在正常形態(tài)松散的礦石是不會產(chǎn)生粘結(jié)的情況，但如果在放礦的時候井口出現(xiàn)了空峒的情況，就能夠說明礦石間的相互附著性能強，因此出現(xiàn)溜井礦堵塞的程度很大。在礦井爆破之后的礦石塊度都不一樣，所以在現(xiàn)實開采作用的時候需要對礦石塊度有明確標準的把握。由于礦石的塊度比較大且互相之間不斷碰撞擠壓就會產(chǎn)生緊實的堵塞物，導(dǎo)致礦井堵塞；如果礦石的塊度不大較為粉碎，礦石間的空隙小再受濕度等其他因素的作用，逐漸形成堵塞物也會造成溜井礦的堵塞。經(jīng)過多次的研究發(fā)現(xiàn)，當?shù)V石直徑為原直徑1/3的時候，才不容易出現(xiàn)溜井礦的堵塞。

1.1.2 礦粉和粘土

當在膠質(zhì)物或水存在分裂的礦石間的時候，雖然沒有存在外力作用的影響，但也可能讓分裂的礦石結(jié)合起立有一定的抵抗性能，這種性能被叫做粘聚力。粘土顆粒的比例在礦石中占有較大位置時，粘土在壓力與濕度的多重影響下，二者之間的粘聚力會增強，把分裂的礦石聚合起來。一般情況下，當周圍環(huán)境的濕度不變時，粘土的粘度越大，礦石之間的粘聚力也就越大。特別是在礦物的直徑不超過0.25 mm時，空隙之間遇水或膠質(zhì)物就會更容易粘連起來。通過其他資料可以觀察出，分裂的礦石在塊度大小均勻、沒有雜質(zhì)或泥質(zhì)，并且濕度保持在5 %～8 %時其流動性較強；但當?shù)V石中泥質(zhì)的含量至14 %時，礦石與礦石會自己粘在一塊；當泥質(zhì)的含量>25 %時，粘聚力度會更加顯著。若礦場中存在大量的粉狀硫鐵礦，礦石的流動性會在水和膠質(zhì)物的作用下明顯下降，因此粉礦與粘土對于造成溜井堵塞也是十分重要的一個原由。

1.1.3 濕度

在礦石孔隙中分布的水分毛細管對分裂的礦石的流動有著十分重要的影響。如果礦石的粘度較高時，濕度的不斷上升會讓礦石間的粘聚力加大，并在水分子充分飽和時，空隙間的摩擦力就會越變越小，粘連能力也會逐漸下降，從而保證連流動性的增強。

1.2 堵塞造成的危害

溜井礦的堵塞會造成有些采礦場無法回采，只能劃分至相鄰的采場待采，從而會擴大相鄰采場的受礦面積，回采程度下降，導(dǎo)致出礦的運距增加，并且安全作業(yè)的環(huán)境變差，頂板管理的難度逐漸變大，礦石的損失率與貧化率程度大大上升，產(chǎn)量不穩(wěn)定，影響生產(chǎn)計劃順利實施，加重礦石資源的損失。

2 溜井礦堵塞的處理方法

通過對溜井堵塞物周圍不一致的巖石的力學性質(zhì)進行研究，利用對堵塞物質(zhì)長度進行分段的辦法，采取有針對性的辦法來解決問題：①是根據(jù)-960～-900 m段的堵塞物組成形態(tài)比較松比較軟的情況，在-960 m中段的沉淀池入口處打造一條通向溜井的水平連巷，利用打開溜井的內(nèi)部空間來使堵塞的巖石和顆粒物脫落；②是在-1 140～-980 m段，通過溜井-960 m段平直方向較傾斜的角度進行打鉆，并使用鋼繩吊起炸藥包，將沿著15#溜井從-1 140 m中段水平從下到上來進行爆破疏通堵塞物；③是從-980～-960 m段，根據(jù)溜井的邊緣把4條豎直的鉆孔從邊緣打入堵塞的地方，將炸藥綁好然后從鉆孔中進入，同時把頂端進行固定，將其吊掛于溜井的邊緣來進行爆破工作。根據(jù)一些有差別的作業(yè)要求，分情況來采取“盤炮”式及“集束”式的炸藥布置方式，從而高效的匯聚了炸藥的力量并按要求完成指定的任務(wù)。在幫助爆破15#溜井的時候，在-960 m段的水平方向往下放置了多個鉆孔。這些鉆孔的上方通口處在水倉和與它連接的大巷處，下方通口往溜井深處連接。在實操中為了能夠精準定位鉆孔的位置，在三山島項目中使用了國內(nèi)先進科技——熱成像系統(tǒng)與無人機航拍定位系統(tǒng)。通過無人機來獲取溜井內(nèi)部的實際作業(yè)環(huán)境、定位堵塞的程度和位置，有助于鉆孔位置的安排。再利用熱成像技術(shù)了解溜井周圍巖石的狀況和堵塞的范圍，并計算出需要放線的位置和這些鉆孔的傾斜角度及長度。

2.1 分段通堵

因為溜井的長度長，下方位的通道被堵住以后上方的巖石與巖渣持續(xù)聚集，上方的巖石由于產(chǎn)生的重力和礦井不斷涌水對下方的巖石形成了耦合壓實的作用，因此對于上下方的堵塞物在力學方面的性質(zhì)所體現(xiàn)出的不同有著很明顯的差距。上部分的堵塞物質(zhì)比較松散，傾向于土力學的性質(zhì)，下部分的堵塞物質(zhì)比較堅實緊湊，傾向于巖石力學的性質(zhì)。開通-960 m的水平通道并連巷以后，在溜井的邊緣周圍留有足夠的分配空間，讓上部分巖石和巖渣自然掉落。從-1 140 m段水平位置進行“盤炮”式炸藥的布置，通過向上方向爆破產(chǎn)生的波段把緊密的堵塞物質(zhì)震動分散開來，從溜井的下方出口進行出運，自-980～-960 m一段中通過礦井水的影響，礦石空隙的膠結(jié)作用凸顯，堵塞物質(zhì)的強度更高，又由于在-1 140 m吊高炸藥包的距離太長，工程難度較大，爆破安全不能得到很好的保證，因此圍繞溜井的周邊嵌入多個直徑為200 mm，傾角為90°，長度分別是7 m、11 m、15 m和17 m的鉆孔在堵塞的部分，在將炸藥綁好隨鉆孔進入后進行通堵爆破。針對溜井不同的堵塞程度使用不同的通堵方式，分段進行，可減少通堵的成本，并縮短了通堵工作的占用時間，為開采作業(yè)爭取成本和時間。

2.2 采用“盤炮”式炸藥布置方式和“集束”式炸藥布置方式

在-1 140 m段水平吊掛炸藥向上爆破，要求盡量讓爆破的波段向上方進行單向的傳播，而自主研發(fā)的自制炸藥桶能夠滿足這個要求。為了控制溜井通道中的邊界條件，把底部裝置與周圍的設(shè)置進行固定，只留出上部分的無限制空間，以此來實現(xiàn)凝聚爆轟力量的目標。把炸藥按照“盤炮”式的方式布置，有效保證了藥包的直徑大范圍超出藥包穩(wěn)定爆破范圍時的極限直徑。并且堅硬的桶狀炸藥外套很大程度上減少了爆炸時膨脹而產(chǎn)生能量的損失，使炸藥的臨界與極限直徑最大限度地縮小，從而達到了炸藥最佳的爆轟效果。-1 140～-960 m段是需要十分重視的棘手而困難的區(qū)域，因為堵塞物質(zhì)的強度高，爆破明確要求藥包的爆破能力要達標，擺放的位置也要更臨近溜井區(qū)域。但提升“盤炮”式藥包爆破的方法是從下而上進行的，因此在該段范圍內(nèi)有吊升距離太長的問題，在提升的過程當中，長度過長的導(dǎo)爆管特別容易被溜井礦通道內(nèi)的圍巖給弄斷，又因為多次的檢查會導(dǎo)致鋼繩的耐用程度下降并且要不斷更換，因此會使引爆成功的效率大打折扣。而使用“集束”式的炸藥布置法，利用鉆孔將炸藥從上到下伸入溜井，讓炸藥的底端部分接觸溜井的堵塞部分，綁好的炸藥直徑和鉆孔的直徑之間的差別不大，所以炸藥爆破的徑向自由空間不大，但軸向的空間不小，使得炸藥爆破的范圍聚集在軸向方向，來實現(xiàn)對堵塞物質(zhì)的最佳爆破效果。

2.3 提高充填體質(zhì)量并減少溜礦井礦石存放時間和存礦量

在礦石間的空隙里充填體質(zhì)量會對礦石粘聚力產(chǎn)生一定的影響，所以要制定有效的措施來匹配充填體中的灰砂比與濃度，增長充填體的保養(yǎng)時間，來加強充填體的堅硬程度，從而避免膠裝填充物流到礦石的縫隙當中。讓溜井處在1個有利生產(chǎn)的通風狀態(tài)，需要減少充填體的粘結(jié)性及濕度，減少溜井中的礦石存儲量，目的是要放松礦石間的緊密程度，若溜礦井的開采作業(yè)時間間隔較長，必須采取有效措施排空礦井。

2.4 加強實地監(jiān)管

要想解決溜井的堵塞問題就要從頭抓起，嚴格按照規(guī)范要求來進行作業(yè)安排，并落實對溜礦井的地質(zhì)條件的勘探、工程開采的合理設(shè)計與人員的培訓(xùn)等多方面的前期準備工作，加強對實地的監(jiān)管并嚴格執(zhí)行礦井生產(chǎn)管理規(guī)定，提高管理能力，加強現(xiàn)場相關(guān)指揮人員的業(yè)務(wù)能力和水平，提升對各溜井動態(tài)管理與控制的標準。礦場要嚴格把控儲礦的高度，通常在5～8 m是1個標準，若粉礦數(shù)量大、粘度強的時候，其礦井的儲存高度≤5～12 m。

3 結(jié) 語

根據(jù)各種實踐表明，針對三山島上的金礦超深溜井礦堵塞的問題，通過對造成堵塞的礦石塊度、粉礦和粘土及濕度這3方面的掌握，從而找到解決溜井堵塞的辦法。利用分段式通堵的方式，有目的有針對性的依據(jù)各分段的地質(zhì)、難度等特性來確定方案，并利用“盤炮”式炸藥布置方式和“集束”式炸藥布置方式對堵塞物進行爆破，從而節(jié)約成本并為開采作業(yè)延長時間。除了后期的解決措施，前期的準備工作也十分重要，加強對現(xiàn)場的監(jiān)管能夠讓施工人員對突發(fā)情況有一個預(yù)期心理，從各方面降低損失。