龍橋鐵礦二步采場采礦工藝優化

陳久吾 楊雙有 潘少杰 徐濤

（安徽省廬江龍橋礦業有限公司 合肥 231500）

1 井下采礦情況簡介

龍橋鐵礦開拓方式采用側翼下盤豎井開拓。同時布置混合井、東進風井各一條，構成側翼對角式通風系統。當時采礦方法為無底柱分段崩落法。公司于2007 年12 月完成了龍橋鐵礦300 萬t/a 采選擴建工程初步設計，同時將采礦方法變更為分段鑿巖階段空場嗣后充填法。新的采礦方法將井下盤區沿礦體走向進行劃分布置。其中每個盤區中一二步采場交替排布。盤區內采場沿礦體走向布置，采場長為85m，（外加走向上兩側各預留7.5m保安礦柱）、寬為15m，鑿巖進路巷間距15m，分段高度為12.5m。采場高度介于40m～50m之間。回采方式采用盤區內后退式“隔三采一”的方式進行采場回采作業。

2 二步采場常見問題及分析

2.1 二步采場常見問題

龍橋礦采用的采礦方法，在回采順序上將采場分為一步、二步和三步采場。其中二步采場在采礦和回收作業時，雖然在設計上有保護措施。但由于各種原因仍會使兩側的一步采場充填體發生垮落混入礦堆，從而造成采場礦堆貧化和選礦工序困難。結合現場經驗來看，其中問題主要歸結為：

二步采場窄邊兩側所預留的保安側柱由于一步采場的邊界形態不規則導致其自身的形態也不規則。所以無法保證自身應力分布均勻，若是遇到巖性較差的區域，在應力集中的局部區域（通常位于巖柱上部1/3）通常會發生部分巖石開裂。形成大塊懸掛于采場幫壁，對底部作業的設備和人員的安全造成威脅。或直接垮落于礦堆頂部、堵塞出礦結構口門處，影響井下正常生產作業。

若是將一步采場保安礦柱完全回收，雖然采場整體回收率有所提升。但是在二步采場爆破放礦的時會將兩側充填體大量帶下，影響整個盤區穩定性的同時還會影響后續的提升和選礦等工序。若是加大兩側保安礦柱，則會加大采場礦石損失率，且礦柱若是仍發生垮落，形成垮落塊度更大的塊體更不利于后續生產。

圖1為井下162*2二步采場采空區揭露情況，由于巖體構造較大，采場兩側的保安巖柱已經完全垮落。相鄰一步采場的充填體進而顯露并發生局部垮落。圖2則為該采場進行三維掃描的剖面圖，一步采場的邊界不規則，巖柱尺寸較難控制。

圖1 二步采空區現場圖

圖2 二步采爆破邊界圖

2.2 問題原因分析

結合井下實際生產經驗和江西理工大學的采空區掃描勘測形態數據分析后了解到充填體混入礦堆大致在二步采場的爆破和回收兩個階段混入。在爆破階段導致貧化混入的原因大致如下：

①由于之前一步采場采礦時由于巖性較差或是中孔施工精度不佳產生的中孔誤差、偏斜或是爆破裝藥時由于反粉、間隔裝藥導致爆破效果不佳進而造成采場部分邊界存在超欠挖的現象，所以在二步采爆破的直接作用下部分超挖的相鄰充填體失去了支撐造成震落。

②大爆破時爆轟波在巖體中傳播，多次爆破在爆下礦石的同時也破壞了巖體和相鄰充填體之間的應力平衡，導致其在后續地應力的作用下發生垮落。根據實驗數據可知：對充填體施加一定次數的沖擊擾動，立即進行抗壓強度測試，各試件單軸抗壓強度均有降低，擾動次數越多，強度下降越大；對3d和7d 齡期的試件各擾動100 次，其強度分別降低0.73MPa、0.29MPa，齡期短的其強度下降大，齡期長的其強度下降小［1］。

在回收階段導致貧化的原因如下：

①二三步采場放礦結束后回收礦石時，采空區的應力形態因為存隆礦堆不斷減少而發生變化。其中一部分相鄰空區充填體因為失去了之前巖壁或存隆礦堆的支撐作用發生垮落。礦體回采過程中，礦柱及回采范圍周邊的應力集中區域逐漸擴大，應力集中程度大幅度提高［2］。

②在回收階段的中后期，由于采空區的暴露時間過長且面積過大，外加其他回采盤區的爆破活動影響，導致失去側幫支撐的充填體因為震動發生位移進而垮落。

3 二步采場工藝改進措施

結合上述充填體混入礦堆的原因，經過技術討論實踐后總結以下幾個方面的技術改進。

3.1 設計及放礦作業優化

控制一步采場邊界。通過各項措施盡可能確保一步采的空區邊界減少超挖欠挖的情況下：

圖3

①中孔設計中新增“桿長”參數以減少鑿巖巷道規格偏差造成的中孔深度偏差。以往中孔設計及施工以孔深參數為依據，（為巷道幫壁開始計算孔深）對鑿巖巷道規格要求較高。但實際掘進作業中，往往因為巖性、布孔、爆破效果等因素影響，實際巷道掘進斷面往往大于設計斷面，且超出部分無標準可以參考。從而造成中深孔施工時普遍出現超挖現象。因此新增“桿長”參數（即從中孔臺車機芯點開始計算整體孔深），減少因巷道尺寸造成的施工誤差。

②二步采中孔設計時根據現場巖性及歷史經驗數據及時調整預留礦柱的厚度；根據井下多次實驗數據可知，井下一般采用0.7～1m 的保安側柱進行保護，但是如果區域巖性是多種混合礦可以適當增加側柱至1.2m。

③優化爆破工藝，包括優化爆破參數和裝藥工藝，了解掌握爆破前的實際裝藥情況。例如反粉率和耦合系數，裝藥長度等參數，同一采場內評估爆破后效果，根據之前結果反饋及時對同一采場裝藥參數進行優化。

3.2 放礦過程中相關優化

精確掌握采空區的實際方量，空置時長情況，具體措施為：

①建立各采場臺賬記錄，實時掌控采空區生產周期，對于回采結束的采空區立即進行封閉充填工作。盡量減少因為采空區空置時長過長導致的充填體垮落混入。

②確保每個采空區都測繪有高精度模型進行數據分析比對。以方便后續的充填工作進行。同時減少二步中孔設計等工序對一步采充填體的影響和破壞［3］。

4 二步采場工藝改進結果

經過改進后的采礦工藝選擇和圖1 相同盤區的二步采場采空區進行實驗。通過現場實際觀察發現現場二步采場采空區兩側的保安側柱的完整性和穩定性有了較大程度的提高。而后進行的采空區激光掃描工作，對比實際采空區模型與設計三維模型體積后發現該二步采場在采空區兩側的超欠挖現象有了顯著減少。同時礦堆內混入的充填體也大幅度減少。以此證明文中所述幾項工藝改進在井下實際生產中的有一定的指導作用。