极不稳固围岩松散矿体回采工艺的改进

陈义粮，郁富林2

（1.湖南水口山有色金属集团有限公司， 湖南衡阳市 421513；2.江西小龙钨业有限公司， 江西吉安市 343723）

极不稳固围岩松散矿体回采工艺的改进

陈义粮1，郁富林2

（1.湖南水口山有色金属集团有限公司， 湖南衡阳市 421513；2.江西小龙钨业有限公司， 江西吉安市 343723）

摘 要：柏坊铜矿铜鼓塘矿段八中段Ⅵ矿体为软岩矿体，矿体顶板为溶洞沉积型松散围岩，底板为煤系层页岩，矿体和围岩极不稳固，采用传统进路式水平分层胶结充填法顺序采矿，存在着进路支护量多，垮区处理次数多，导致生产效率低，成本高，安全性差。针对八中段的生产条件，掘进井巷时，遇到围岩松散的垮区，利用气脚式钻机打空心标杆至围岩中，进行超前支护控顶。在布置采场时，结合上向或下向进路式水平分层胶结充填采矿顺序特点，提出错位下向进路式分层胶结充填法，显著提高采矿生产效率和作业安全，且进路支护成本明显降低。

关键词：极不围岩松散矿体；超前支护；错位下向进路式分层胶结充填法

1 矿床特征与矿石类型

湖南水口山柏坊铜矿铜鼓塘矿床是全国著名的小而富隐伏铜铀矿床，伴生铀、银元素，由Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ四个矿体组成。矿区位于衡阳盆地南缘与上古生代隆起过渡地带，祁阳—水口山东西向基底断裂带，处于耒阳—临武南北向构造带的北端和新华夏构造体系的交接复合部位，构造十分复杂，且断层、褶皱非常发育，常见有断层泥、破碎角砾构造等。其中Ⅵ号矿体为矿段规模最大的矿体，位于Ⅱ号矿体的南东，严格受东西向的F22断层的控制。矿体产于F22断层上盘石炭系壶天群碳酸盐构造中及下盘二叠系斗岭组煤系及砂页岩中，矿体埋深155～230m，矿体走向长250m，延深140m，最大厚度为26.61m，平均厚度为7.76m，矿体倾向为200°，倾角为10° ～30°，矿体呈不规则的透镜状和扁豆状，且常见分支、膨大缩少现象。矿体平均品位Cu 6.18%，Ag 104.10 g/t。

矿石主要结构以他形粒状为主，其次为交代残余结构、结核状结构、叶片状结构、包含结构等。矿石构造以致密块状为主，其次为角砾状、脉状、浸染状、层状等。矿石自然类型较复杂。矿段上部（-40m标高以上）氧化程度高，代表矿物为孔雀石；中部（-40～-70m标高）为混合矿，以孔雀石、辉铜矿为主；下部（-70m标高以下）则以硫化矿石为主，其代表矿物为辉铜矿。

2 现状分析

柏坊铜矿到现在已经有近50 a的开采历史。主要矿体为Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、刘家湾矿体。目前除八中段Ⅵ矿体矿石储量较大点外，其余矿体均开采完毕，矿产资源已近枯竭。Ⅵ矿体上盘为红色泥岩、砂岩、角砾岩组成，下盘为碳质叶岩和灰岩组成，曾先后采用上向水平分层胶结充填法、下向分层进路胶结充填法回采八中段底部至一付层以下高品位矿石。现八中段一付层以上Ⅵ矿体未开采部分储量约2.8 万t，呈东西走向，矿体倾角10°～30°，矿体厚度1～8m，矿体及围岩不稳固，孔隙水比较发育，容易形成泥石流，作业过程中顶板管理比较困难，巷道或开采进路需采用木架支护，导致生产成本比较高，极大影响了作业效率。由于此处矿体为含量大的泥质矿体，每当进路掘至水流比较多的地段就出现泥石流现象，使采矿无法继续进行，给生产带来很大的安全隐患。为了克服这些困难，矿山采用水泥注浆进行堵水加固围岩的方式处理，而效果并不理想。

3 传统工艺分析

3.1采矿方法

矿山自1972年全面推广采用上向或下向水平分层胶结充填采矿法，目前也是矿山主要的采矿方法，而崩落法只用于无充填系统的残矿回收。

根据矿岩的稳固程度，上向水平分层胶结充填采矿法的回采进路规格一般为（2.0～2.5）m×（2.0～3.0）m，进路长10～30m，坡度10°左右。根据矿体倾角和厚度的不同，分两种情况布置进路：当矿体倾角小于30°，厚度大于15m时，采场垂直走向布置；当矿体倾角大于30°，厚度小于15m时，采场沿走向布置。采场可单侧布置，也可采用双侧布置。

采矿顺序为：首先在矿体底板拉底，布置出矿系统、通风系统和行人通道，然后从采场一分层分进路逐条开采，每条进路采完后进行充填，最后待一分层矿体全部采出后，转到上一分层进行采矿。

上向进路式水平分层胶结充填采矿法优点：

（1）进路回采，顶板暴露面积较小，暴露时间较短，回采作业的安全性易于保证；

（2）巷道规格及方向灵活多变，适应该矿复杂多变的矿体，故贫化、损失指标较低；

（3）进路出矿比较快，回风较快，污风可较快排出，故一个工作循环耗时比较短。

上向进路式水平分层胶结充填采矿法对于比较松软的矿岩，其优点不能较好的体现，采矿进路需要及时支护，支护材料消耗比较多，使得采矿效率和采矿效益都大幅降低，不利于矿山企业的发展。

下向进路式水平分层胶结充填采矿法与上向进路式水平分层胶结充填采矿法类似，不同之处在于先从矿体顶板往矿体底板开采，其优点除了具备上向进路式水平分层胶结充填采矿法优点外，其顶板较上向进路式水平分层胶结充填采矿法易管理，但是其前期采矿成本较高，第一分层每条进路支护量较多，且每分层需要掘进主电耙道，工程量较大。

3.2巷道掘进支护

柏坊铜矿主要运输平巷采用混凝土砌碹和锚喷联合进行支护，而部分巷道或采场进路采用木材与工字钢联合支护。由于该矿体地质条件复杂、矿岩不稳定且地压活动频繁，许多井巷工程施工至围岩极不稳固区域时，顶板围岩出现边施工边冒落下来的情形，给作业带来极大安全威胁。

4 工艺改进

4.1垮区处理工艺改进

在井巷掘进或采场进路作业面，遇松散围岩易垮落的地段，采用气脚式钻机在垮区端头面打4m左右无缝钢管标杆控顶进行超前支护（如图1所示），形成了一排承接巷道顶板压力的钢管抗压层，然后再向前掘进。每掘进0.5～1.0m时，用普通木架或工字钢在钢管镖尖抗压层下面支护。如此循环作业，便形成了一条稳定安全的巷道。

图1　垮区支护示意

4.2采矿方法改进

软弱矿体之所以开采难度大，主要问题是围岩松软破碎，巷道容易变形，架木支护量比较多，人工搬运支护材料耗时较多。针对这种情况，通过改进采矿工艺后，可克服这种困难，不仅可节约大部分支护材料，而且提高了工作进度及采场安全系数。

本次改进主要通过采用错位下向进路式分层胶结充填法（如图2所示），以两个分层开采为一个循环，首先在矿体底板切割人行出矿斗至矿体顶板，接着在矿体顶板施工n-1#进路、充填斜坡道，然后进行进路回采。其次错位回采n分层与n1分层矿体，采矿顺序为先采n-1#进路，接着采n1-1#进路；待n1-1#进路采完，再转到n-2#进路开采；n-2#进路采完，再采n1-2#进路，这样交替布置进路使得下一分层进路顶板及一侧形成两面坚固的充填料，形成比较稳固的人工围岩，该人工围岩减小了进路支护量，给下层矿体的回采提供了一个安全稳定作业环境，以此类推至采完此两分层矿。最后按照此方法依次回采下一个循环至无矿为止。

4.3改进后的效果

改进后的回采方法，每两个分层可共用一条出矿电耙道，减少切割工程量，节约出矿电耙道支护成本；减少了下面分层进路支护量，增加了采矿作业面安全系数，提高了采矿工作效率。

5 结 语

本次改进后，从八中段几个采场的开采情况来看，采矿回收率达到96%以上，取得了良好的采矿经济技术指标。说明本次改进措施切实可行，在本矿区破碎松软地段取得理想效果。首先改善了八中段采场作业环境，提高了作业面安全系数，其次采减少了电耙道掘进量，增加了回采作业时间，最后对于岩性松软，减少了支护工程，材料的消耗大幅减少，创造了可观的经济效益。

参考文献：

［1]解世俊.金属矿床地下开采［M］.北京：冶金工业出版社，1986.

［2]东兆星，吴士良.井巷工程［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2004.

［3]陈昭怡，吴桂英.材料力学［M］.北京：中国建材工业出版社，2005.

［4]GB50595-2010.有色金属采矿设计规范［S］.

收稿日期：（2016-01-15）

作者简介：陈义粮（1988-），男，江西萍乡人，助理工程师，主要从事工作为金属地下矿山开采，Email：2856317290@qq. com。