焦家金矿寺庄矿区安全高效开采技术研究

2012-11-17司呈斌党文刚

采矿技术 2012年1期

关键词：焦家平巷凿岩

司呈斌，党文刚

（1.山东黄金焦家金矿，山东莱州市 261400；2.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙 410083）

焦家金矿寺庄矿区安全高效开采技术研究

司呈斌1，党文刚2

（1.山东黄金焦家金矿，山东莱州市 261400；2.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙 410083）

为了实现焦家金矿寺庄矿区安全高效开采，对寺庄矿区的矿岩物理力学特性进行了研究，结果表明，岩石类型均属于坚硬、半坚硬型。根据地质资料运用Surpac软件建立了矿体的三维可视化模型，直观地表述了矿体在地下的赋存情况。在此基础上提出房柱式中深孔落矿阶段嗣后充填采矿法，介绍了回采工艺，并对其技术经济指标进行分析。工业实践结果表明，该方法大大提高了该矿区的生产效率，经济效益和社会效益十分显著。

焦家金矿；岩石性质；Surpac建模；充填采矿法；中深孔；回采工艺

1 焦家金矿开采现状

焦家金矿寺庄矿区矿体赋存比较复杂，夹石相对较多，在机械化采场回采过程中暴露出来的问题越来越多，现在矿区在开采过程中贫化损失较为严重，矿石品位变化较大，开采出来的低品位矿石越来越多。寺庄矿区最初的井下生产工艺主要为浅孔留矿法和上向水平分层充填采矿法，生产能力相对较低。随着开采强度的不断加大，沿用原来的技术参数进行开采时，由于深部采场顶板不稳固，时常发生岩石冒落与片帮现象，对安全生产构成了严重的威胁。因此，为确保采场安全，寺庄矿区采用缩小采场跨度、增加点柱个数和缩减点柱间隔的办法来保证采场的安全。但由此带来的问题是矿山的生产效益严重受到影响，沿用之前的采矿方法使矿山的生产效率与生产能力严重下降，矿石贫化率与损失率增大，企业生产效益与矿井的服务年限受到严重影响。

本文结合寺庄矿区的实际情况，对寺庄矿区矿体围岩的物理力学特性、矿体三维可视化建模和采矿方法进行了研究，开发出适应于寺庄矿区开采技术条件的安全高效低成本的采矿方法。

2 矿岩物理力学特性研究

在矿区井下选取具有代表性的岩石块体试样，主要岩石类型分布如下：上盘岩石主要由绢英岩化花岗质碎裂岩构成；矿体主要由黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩构成；下盘主要由黄铁绢英岩化花岗岩构成。矿床围岩蚀变发育。矿体主要分布于主裂面以下，产于黄铁绢英岩化碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗岩中。将选取的块体岩石试样进行室内加工处理，制作成标准力学试件，分别对矿区上下盘和矿体进行了室内物理力学特性试验，测试结果见表1。

表1 矿岩物理力学特性测试结果

通过室内试验可以发现，上盘岩石比较破碎且强度较小，节理裂隙发育，在抗压试验过程中大多数都完全破碎，其破碎形式一般是沿节理面，且中间含泥质充填物；矿体岩石强度较大，节理裂隙不是很发育，在抗压试验过程中伴随岩爆；下盘岩石强度大，在抗压试验过程破坏时伴随很强的岩爆现象。根据实验情况看，矿体及顶底板岩石的抗压强度大于30 MPa，岩石类型均属于坚硬、半坚硬。矿岩物理力学特性测试结果为矿房结构参数优化研究提供计算依据，以保证寺庄矿区在开采过程中的安全性、可行性、经济性。

3 基于Surpac的矿体三维可视化建模

目前随着矿山信息技术的不断发展，Surpac软件在矿山中的运用越来越多。Surpac软件可以根据勘探地质资料建立地表、地层、矿体、空区和巷道的三维可视化地质模型，从而更直观的表现出地质体三维信息［2］。在此基础上，可以根据工程的需要对三维模型平面切割，反应矿体的任意截面的形状，也可以进行矿体的体积、储量品味分析计算。该软件建立的巷道模型可以反映矿山的整个开拓体系，因而广泛地应用于矿山采矿设计。结合寺庄矿区地质钻孔资料，对寺庄矿区矿体进行三维可视化建模，如图1所示。

图1 寺庄矿区Surpac模拟矿体

通过Surpac模拟的矿体图不难发现，矿区由多个金矿体组成，矿体的赋存形状极不规范，分支变化非常严重，因此矿区的开采设计要结合矿体的具体形态进行设计，对于不同的开采地点选择适当的采矿方案。

4 采矿方法的选择

为了减少矿石的损失和贫化，充填采矿技术在国内外运用发展较快。国内外充填采矿实践表明［3－4］，充填采空区可以有效防止地表塌陷，也可以消除地表尾矿的堆积，充填采矿也是绿色开采的重要组成部分［5］。因此，寺庄矿区一直采用机械化水平分层充填采矿法、盘区机械化房柱交错式分层充填法、机械化上向进路充填法等。寺庄矿区采用主竖井、斜坡道联合开拓，由于矿区由多个金矿体组成，矿体形状极不规范，分支变化非常严重，用常规的分层充填采矿法对于此矿的生产而言效率低，采准工程量相对较大，导致开采成本高，影响企业的效益。因此，影响寺庄矿区的安全高效开采的重要因素就是对矿区采矿方案的合理选择。

随着采矿技术的不断发展，高分段充填采矿技术越来越成熟。高分段充填法主要将矿体划分为若干分段，采矿过程中的凿岩、爆破、出矿、充填作业相对于分层采矿而言安全、可靠。分段高度远远大于分层高度，采用中深孔崩矿，崩矿量相对较大，由此提高了落矿效率和铲运机出矿效率。高分段充填采矿技术的工业实践还表明，矿石的贫化损失相对于分层开采也明显减小。高分段充填采矿技术的成功应用对于实现寺庄矿山的高产高效提供了保证。综合分析考虑，焦家金矿寺庄矿区拟采用房柱式中深孔落矿阶段嗣后充填采矿法开采矿石，采矿方案如图2所示。

4.1 回采工艺

采用脉外下盘人行斜井采准方式，在距矿体5～10m处布置人行斜井，规格为2.5m×2.5m，在垂直方向上每隔10m掘进凿岩联络巷，与矿体内出矿横巷联接，每一分段凿岩联络巷通过分段平巷联接，在出矿横巷每隔8～12m向矿体掘进出矿进路，在矿体下盘布置脉外阶段运输平巷。分段平巷断面规格为3.2m×2.8m，断面形状为三心拱。凿岩联络道布置在采场中心线，断面规格为3.2m×2.8m。在矿体下盘布置一条阶段运输巷道，整个阶段的矿石经出矿横巷由无轨设备运输，经过阶段运输平巷，最后倒入溜井中。分两步骤回采，即先采矿房，后采矿柱。凿岩设备通过凿岩联络巷、凿岩横巷进入采场，在矿体中布置的凿岩巷道与回风巷道在上盘连通，以形成回风风流，采用凿岩台车或浅眼凿岩。将爆落的矿石用铲运机运至溜井，出矿完毕，进行嗣后阶段充填。具体的回采工艺如下。

（1）凿岩爆破。采用铲运机出矿，经脉外出矿平巷运出。整个采场出矿完毕，在出矿进路砌筑充填挡墙，封闭采空区，采用尾砂胶结嗣后一次充填。

（2）通风排险。新鲜风流由阶段运输平巷进入人行天井，再由人行天井进入分段平巷，再从分段平巷通过采场联络道进入采场，清洗工作面后的污风经回风联络巷，进入回风平巷，最后排出地表。在通风效果不理想的地段，采用局部通风机通风。

确保通风良好后再进行顶板检查和撬毛作业，由工人站在爆堆或撬毛车上进行。检撬从采场口开始，由外向里，最后进行工作面的检撬。

（3）采场支护。采场顶板及上盘破碎带以锚杆支护为主，局部特别破碎地点用锚杆加金属网支护。为配合无轨机械化作业，用管缝式锚杆，杆长1.8 m，直径43mm，长期锚固力为30～60kN。锚杆支护网度为1.0m×1.0m；遇岩石特别破碎时网度加密至0.8m×0.8m。金属网采用直径8mm铁丝，编织网格为100mm×100mm，每张金属网大小为2100mm×1600mm。

图2 房柱式中深孔落矿阶段嗣后充填采矿法

（4）铲装。采用铲运机出矿，经脉外阶段运输平巷，倒入出矿溜井。

（5）采场充填。矿房采用尾砂胶结充填，胶结材料为325＃普通硅酸盐水泥，充填体配比为1∶4，1∶8，1∶10。采场出矿完毕后，在紧临采空区的凿岩出矿巷道中砌筑充填挡墙，并在采场内悬挂充填脱水管。采场充填准备完成后，在上中段充填平巷中，按充填配比充填采空区。采用管道输送（充填料浆）充填，充填料浆在地表制备后通过钻孔至充填平巷，最后按充填配比充入采场。非胶结充填时，废石采用柴油铲运机由分段脉外巷进入采场联络巷，充入采场。充填完后，充填体中的水由泄水管泄出，最后由阶段平巷将水排出。

4.2 主要技术经济指标

采场生产能力：605t／d；采矿工效：127.3t／工班；炸药单耗（平均）：0.443kg／t（其中，采场爆破：0.431kg／t；二次破碎：0.012kg／t）；采矿损失率：7.0%；采矿贫化率：6.5%；采切比：10.99标准m／kt；采矿直接成本：47.29元／t；工程单价为107.51元／m3。和之前的生产水平相比，主要经济指标明显提高，矿山经济效益大大增加。

工业试验表明，房柱式中深孔落矿阶段嗣后充填采矿法开采具有生产能力高、采准工程量少、爆破成本低、安全高效等优点。但此方法不利于控制采场边界，在进行凿岩作业时难度相对较大。在矿山的实际生产中为了保护地表及矿山的生产安全，控制岩层的移动和地表沉降，井下必须采用接顶充填。