茶山矿急倾斜不稳固薄矿体采矿方法研究

胡德祥

(广西南丹县车河镇企业管理办公室, 广西南丹县 547204)

茶山矿急倾斜不稳固薄矿体采矿方法研究

胡德祥

(广西南丹县车河镇企业管理办公室, 广西南丹县 547204)

茶山矿急倾斜、结构不稳定薄矿体在开采中，多次发生冒顶片帮事故，为了安全有效开采，在分析矿山原采矿方法及改进措施的基础上，提出了2种新采矿方法，通过对该2种方法的工艺和经济指标进行对比，最终选择方案二自下而上浅眼分层空场法作为该矿体的开采方法，实现了薄矿体安全、高效开采的目的。

急倾斜不稳定薄矿体；自上而下浅眼分层采矿法；安全回采

0 引 言

南星公司茶山矿是广西南丹县县属地下矿山企业,开采对象为大厂锡多金属矿田茶山锑钨矿区28号脉。28号矿脉裂隙发育、结构不稳固,矿山成立至今一直采用留矿采矿法,自下而上分层爆破落矿。多年来,茶山矿冒顶片帮事故不断,据统计,茶山矿2005年至2010年共发生19起生产安全事故,死亡20人,其中冒顶事故14起,10起是在采场发生。事故频发给茶山矿正常生产造成了极坏的影响。

本文以茶山矿为例,探讨茶山矿急倾斜、结构不稳固薄矿体采矿方法及安全技术,提出安全高效、可操作的采矿方法。

1 矿山概况

茶山矿矿区面积2.743 km2,地理坐标为东经107°37′50″,北纬24°50′17″。采矿方法为浅眼留矿法,开拓方式为平硐+盲斜井和斜井+盲斜井联合开拓,采用中央进风、两翼回风的通风方式。

茶山矿区位于丹池成矿带南端,矿区内的28号矿脉为石英岩低温热液充填矿脉,属于受断裂构造控制的矿床,矿体为石英脉,矿岩界线清楚,矿体稳固性差,围岩结构不稳定,被揭露后容易产生自然脱落。矿石平均安息角为33.5°,体重为2.93 t/m3,松散体重为1.83 t/m3；围岩体重为2.5 t/m3,松散系数为1.6。

2 原采矿方法简介

2.1 原采矿方法及改进措施

针对急倾斜薄矿脉,茶山矿采用浅眼留矿采矿法进行开采,主要凿岩设备为YSP-45型气腿凿岩机,采用漏斗放矿和人工装矿。

(1)矿块结构。矿房沿矿脉走向布置,一般长40～60 m,宽为矿体水平厚度,间柱宽3～4 m,顶柱厚3～4 m,不留底柱,放矿漏斗间距5～6 m。

(2)采准切割。在矿脉内靠近下盘开凿运输平巷后,以40～60 m的间距为一个采场,两端向上掘进人行上山,采用YSP-45型上向凿岩机脉内巷道打上向炮孔,炮孔倾角75°～85°,孔深2 m左右,爆破后将矿石装运,清理巷道,然后架设假底木支架,同时架设木漏斗。

(3)矿房回采。回采作业从假底开始向上分层进行,采用YSP-45型上向凿岩机打上向炮孔,炮孔倾角75°～85°,孔深2 m左右,采用分段爆破。爆破通风后,工人进入采场进行分拣矿石、放矿、松石处理和平整采场等,然后进行下一循环凿岩。

(4)通风。回采过程中新鲜风流由运输巷道经人行通风天井进入采场作业工作面,污风由采场另一侧天井回到上中段回风巷。

(5)矿柱回采及空区处理。在不影响其它矿块回采的条件下,间柱采用隔一采一的方式回收,顶柱原则上不回收。已结束回采的中段,用密闭的方法进行空区处理。

针对采场顶板不稳固、容易冒顶的问题,2007年茶山矿进行了采矿方法优化,重点在凿岩和爆破方面进行技术改进,将原先向上75°～85°的炮孔改为水平炮孔,采用光面爆破减少对顶板的破坏,提高采场顶板的稳定性。2008年,分别采用脉外进路无底柱浅眼留矿法和钢筋混泥土假底浅眼留矿采矿法,并进行了开采实验,取得了一定效果。

2.2 原采矿方法及改进评价

原采矿方法采出的矿石品位相对高,采准、切割工程量小,回采成本低；但是其安全保障水平低,生产能力低下,采场出矿能力低,坑木用量大,巷道的维护难度大,主运输线不畅。

采用改进措施后,对采场冒顶起到一定的作用,但由于脉石结构不稳定,防止冒顶事故的效果不是很明显,发生在采场上的伤亡事故并没有减少。采矿方法的改进,对预防采场冒顶没有提出有效的安全技术措施,采场冒顶安全问题没有得到解决。

3 新采矿方法研究

针对茶山矿急倾斜结构不稳定薄矿体存在的安全问题,在兼顾矿山生产效率的同时,提出2个可行的采矿方案。

3.1 方案一:无底柱中深孔分段空场法

(1)采场结构布置。采场沿矿脉走向布置,采场阶段高度40～45m,分段高13～15m,采场长度60 ～80 m,具体长度视矿脉连续性决定,宽为矿脉厚度。不留顶、底柱,只留间柱,上下采场的间柱在垂直方向相互错开(见图1)。

图1 无底柱中深孔分段空场法

(2)采切工程布置。沿矿脉掘进脉内巷道、分阶段凿岩道、人行天井(2条)、切割天井,距离沿脉巷道6～8m掘进脉外主运输巷道,每隔5～7m掘进出矿穿与沿脉巷道连通,人行天井、切割天井和分阶段凿岩巷道均布置在矿脉内。人行天井兼做采场通风井,不另设通风井。以采场跨度60 m、阶段高度40 m为例,计算采切工程量(见表1)。

(3)凿岩爆破、出矿。以切割天井为爆破自由面,在分段凿岩巷道和沿脉巷道凿垂直向上和向下炮孔,分段凿岩道内凿岩,要先凿向上炮孔,后凿向下炮孔,每分段先爆破下半部分,上半部分与上一分层下半部分同时爆破,自下而上分阶段爆破,靠自重落矿。

表1 方案一采切工程量

崩落的矿石由耙矿机从出矿巷道出矿,保持采场有3m以上矿石量。矿房回采结束后及时封堵出矿巷道,确保主运输巷道安全。

(4)采场通风和安全管理。新鲜风流从人行天井进入各个分阶段凿岩,污风从另一回风天井排至上一中段回风巷道。经通风确保采场空气质量的情况下,人员进入脉内巷道和分阶段凿岩道,先处理顶板和边帮松石,不稳定的地段需要进行锚网支护,确保在安全的前提下开展下一循环作业。

3.2 方案二:自上而下浅眼分层空场法

(1)采场结构布置。采场沿矿脉走向布置,采场阶段高度40～50 m。采场长度60～80 m,具体长度视矿脉连续性决定,宽为矿脉厚度(见图2)。留底柱,不留顶柱和间柱,对底柱进行锚网支护(见图3)。

(2)采切工程布置。沿矿脉掘进脉内巷道和放矿溜井,各放矿溜井之间的距离15～25 m,2个放矿溜井之间的矿脉走向无明显变化。在距离脉内巷道5～7 m对准放矿溜井底部位置掘进出矿巷道。以采场跨度60 m、阶段高度40 m为例,计算采切工程量(见表2)。

图3 采场底柱锚杆支护安全措施示意图

表2 方案二采切工程量

(3)凿岩爆破、出矿。以放矿溜井为爆破自由面,从上一中段脉内巷道底板开始,向下凿倾角为50°～70°的炮眼,每次凿3～5排炮眼,每2 m为一个分层。爆破方式采用非电导爆管、导爆索复式起爆网络,进行多排微差起爆。同一水平不同作业面同时凿岩、爆破和出矿。采用电耙出矿,用耙渣机在出矿巷道装载矿石(见图4)。

(4)采场通风和安全管理。新鲜风流从相邻采空区进入采场作业面,污风从上一中段水平巷道排至回风巷道。每一分层回采结束后,认真清理边帮松石,不稳定的地段进行锚网支护。随着开采作业面向下移动,从上架设人行爬梯。人行爬梯要固定在下盘围岩上,并安装扶手。

3.3 方案技术经济比较

方案一和方案二预期主要技术经济指标比较见表3。2种方案均解决了作业的安全问题。其中方案一需要进行分中段凿岩道掘进,施工难度较大,工序复杂,采准切割工程量大,同时需要配套中深孔凿岩机；方案二在完成一个分层的开采后,需要挑底,降低电耙绞车位置并重新安装耙矿绞车,爆破后需要用电耙将矿石运搬到放矿溜井。但方案二回采全过程中,上方矿岩经过锚网支护,可有效防止矿脉不稳产生冒落的危险。此外,除了溜矿天井施工难度相对大之外,其余的施工工艺简单,凿岩、爆破和采场矿石运搬作业对施工的设备要求不高,操作容易。

通过综合对比2种方案的技术经济指标,以及各自的工艺优缺点,选择方案二自上而下浅眼分层空场法作为茶山矿急倾斜、结构不稳定薄矿体的开采方法。

图4 电耙出矿

表3 方案预期技术经济指标对比

4 结 论

推荐的自上而下分层空场采矿法,改变传统的自下而上留矿采矿法,利用上一中段底柱作为支撑,并进行锚网支护,避免人员在不断变化的暴露面下作业,回采过程安全有保障。同时,该采矿方法回采工艺简单,生产能力高,满足矿山设计的生产能力需要,对茶山矿开采急倾斜不稳定薄矿体有很好的适用性。

[1]朱建国.广西南丹县南星锑业有限责任公司茶山矿开采方案设计[R].南丹:南星锑业有限责任公司茶山矿,2007.

[2]长沙有色冶金设计研究院.广西南丹县南星锑业有限责任公司茶山矿采矿方法优化设计[R].南丹:南星锑业有限责任公司茶山矿,2007.

[3]罗怀长.茶山锑矿急倾斜薄矿体开采方法的探索[J].采矿技术,2009,9(4).

[4]王 江.急倾斜薄矿体开采方法与安全技术研究[D].长沙:中南大学,2015.

[5]林 聪.中国冶金百科全书(采矿)[M].北京:冶金工业出版社,1992.

2015-02-17)