人工假顶在上向进路胶结充填采矿法中的应用

2021-01-04 05:25王兴旺
中国金属通报 2020年16期
关键词:采场中段分段

周 峰,王兴旺

(湖北大冶市大红山矿业有限公司,湖北 大治 435100)

1 概况

大冶市大红山矿业有限公司是一个年产59万吨中型地下矿山,矿山采用分段空场嗣后充填采矿法进行开采,采场以垂直矿体走向方向布置为主,靠东西翼较薄的部分采场沿走向布置,中段高度50m,分段高度9m~11m,采准工程脉内布置,顶柱高5m~7m,底柱高6m~8m,为堑沟受矿的平底结构,采用铲运机出矿。目前一期-220m~420m中段矿房矿柱已基本回采结束;空场嗣后充填采矿法遗留的顶底柱未回采,为了更好地回收利用资源,已开始对320m中段顶柱,270m中段底柱采用人工假顶分步骤回采法进行回采,并取得了较好的技术经济效果。

2 采场顶底柱现状

2.1 采场地质概况

矿体呈不规则透镜状,长350m,厚度10m~103m,赋存最低标高-770m,倾角70°~80°,向南东侧伏,侧伏角60°,组成矿体的矿石类型,以铜铁矿石为主,铜平均品位1.21%,铁平均品位32.55%。矿体上盘围岩为大理岩,矿体下盘围岩主要是石英闪长岩;近矿围岩蚀变有石榴石矽卡岩化、蛇纹石化、高岭土化和碳酸盐化等。

2.2 采场现状

回采区位于大红山矿山一期工程-320m中段、-270m中段9B~11穿剖面线间,具体标高-274m至-267m。

本次回采主体围绕井下已有系统及采切工程进行采场布置。其中在-270m中段将回采一分层(-267m至-264m底柱)矿体,-270m中段上、下盘沿脉均已施工,溜井沿用上盘西部9穿溜井,9B穿脉、101穿脉作为采场出矿巷道,采场沿用上盘东部11B天井回风,其它各系统均已布置至-270m中段;在-277m分段将回采二分层(-270.5m至-267m)、三分层(-274m至-270.5m)矿体,-277分段上盘已施工9B剖面线至11穿剖面线之间沿脉,沿脉西部联通9穿溜井、东部联通11B回风井,出矿巷已施工有多条,其它各大系统已从-270m水平沿天井或斜坡道布置至-277m分段。

3 顶底柱回采方案选取及应用

由于该顶底柱回采时上下中段矿房矿柱均已回采,虽然尾砂胶结充填体已处理采空区,但脉内应力集中现象还是普遍存在。为确保安全,采矿方法选用先做人工假顶的上向进路胶结充填采矿法回采方案,即先在270m中段底柱上制作人工假顶;后将320m中段顶柱分两层进路切割回采,再用尾砂胶结充填。

3.1 回采方案选取原则

(1)安全上可行。安全是残矿开采时的首要原则,开采过程中应保证-220至-200m防水隔离矿柱的稳定性,以及保持试验矿块上方50m高的充填体不发生明显的应力或位移变化;确保试验矿块及深部矿体的开采过程中矿山能安全持续生产,避免大规模地压活动可能造成的破坏。

(2)经济上合理。一是充分利用矿山现有的开拓、采准工程及充填管网布置,减少采切比;二是合理设置采场结构参数,减小矿石的损失率及贫化率。

(3)效率上兼顾。在保证安全和经济的情况下,兼顾残矿回采的开采强度,缩短复杂环境下的采矿作业周期,减少采场在充填体下的暴露时间。

3.2 回采方案

3.2.1 采矿工艺布置

(1)采场结构参数:矿块分为3个分层进行回采,以-270 m水平为界分为两部分,其中-270m水平以上仅一个分层高度为3 m,-270 m水平以下有2个分层,每个分层高3.5m(根据-320 m顶柱实际高度进行调整);矿块沿走向60 m长,宽度为矿体水平厚度。3个分层从下往上分别为1分层、2分层和3分层。

其中3分层采场采用沿走向布置,1、2分层主要为垂直走向布置,局部靠近上盘区域采用沿走向布置,如图1所示。

(2)回采顺序:整体回采顺序:三分层(-267m至-264m)→一分层(-274m至-270.5m)→二分层-270.5m至-267m。

单分层回采顺序:因上盘稳固、下盘破碎,为保障作业安全,秉行“先下盘、后上盘”,“先两头、后中间”的原则,逐一退采。

3.2.2 主要回采工艺

(1)采切工程布置:回采矿体分作两个分段进行回采,其中-274m至-267m矿体从-277m分段施工采切工程回采,-267m至-264m从-270m分段施工采切工程进行回采,斜坡道已贯穿两个分段。回采矿体周边布置有1条(9穿溜井)、1条回风井(11B)、1条人材井,沿脉工程与脉外切割工程均已施工完毕,本次施工可沿用。

施工时对回采区域矿体每个分层划作1-3个盘区,盘区之间交替生产作业,形成一备一用、一充填一生产的循环作业,达到持续供矿。

(2)采矿。凿岩采用浅眼落矿设备。采切进路及平巷炮眼深度为2.3m,凿岩台班效率60m/台班,每班配置凿岩机2台,凿岩工2名。一、二分层每班崩矿量约75吨,三分层每班崩矿量约65吨。按两盘区同时作业生产能力可达到130~150t/d。

图1 先做人工假顶的上向进路胶结充填法

(3)出矿。进路内崩落矿石采用WJD-1.0型电动铲运机进行出矿,第3分层矿石从270 m中段上盘运输巷道倒至9穿矿石溜井中;第1、2分层矿石通过脉内运输巷、穿脉出矿进路及上盘运输巷运至各分区对应的上盘矿石溜井,然后放至-320 m中段水平,再通过主井提升至地表。

(4)人工假顶制作:先回采第3分层,回采的同时,架设好充填管路,每条进路回采完后,在进路中铺上钢筋网,然后进行尾砂胶结充填。进路规格宽×高为3 m×3 m。

人工假顶采用钢筋布筋、尾砂胶结充填制作人工假底,如下所示:

图2 假顶制作图(东南等轴)

(5)充填:沿用矿山现有的充填工艺,采用尾砂胶结充填,各分层采准工程完成的同时,需完成充填管道的架设。

第3分层需先铺设好钢筋网再进行充填,充填料浆灰砂比为1:4,此分层作为下部2个分层回采的顶板,因此,充填体强度要求达到4MPa以上;各分层进路式回采均分为二步骤的隔一采一回采方式;第1、2分层在一步骤回采完后,采用高强度的充填体进行充填处理,充填料浆灰砂比为1:4,二步骤为回采充填体之间的矿柱,可采用低强度的充填体进行充填,充填料浆灰砂比为1:8。

(6)通风:回采采场新鲜风流沿-320m中段各穿脉进入上盘运输巷,再由斜坡道进入-270m、-277m水平上盘运输巷,再通过JK58-1No4.0(5.5kW)或JK58-1No4.5(11kW)轴流风机将新鲜风流送入工作面,污风通过8穿人材井、9穿溜井、11B穿回风井回至-220m中段,再通过-220m水平下盘回风巷及采区回风井进入总回风系统。

3.3 回采效果分析

从9B~11穿间人工假顶及第一步骤回采看,基本上达到设计前所要求的效果,整个回采过程没有发生任何安全事故,单个采区采矿贫化率8%,损失率8%,采矿人工假顶工效65t/d,二步骤回采150t/d。

(1)在接顶回采过程中没有发生任何事故,这是因为设计方案成熟可靠,工程技术人员现场跟踪到位,现场安全管理始终贯彻“安全第一,预防为主,综合治理”的方针。

(2)采矿贫化率偏高,主要是因为原来充填巷道中部分充填体与矿石较难区分,顶柱底板部分在充填体中,故造成贫化率偏高。

(3)采矿损失率偏高,设计5%,实际达到8%,主要是人工假顶原三角矿柱未全部回采,二步骤回采中原来顶柱底板损失部分矿量,下一步将加大探底摸边工作,以控制矿体底板标高以减少贫化和损失。

4 结束语

采场顶底柱回采是一项技术性强,难度大的工作,需要好的设计方案和切合实际的现场组织管理,通过该采场的实践,总结以下几点体会:

(1)在顶底柱回采过程中,尽可能使充填接顶,减小空场体积。

(2)合理组织,严格控制回采顺序。

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