地下开采在北京市汇源隆大理石厂的研究应用

崔玉宁

（北京东方燕京矿山工程设计有限责任公司，北京100070）

本文以北京市汇源隆大理石厂汉白玉地下开采为例，介绍石材矿山的地下开采情况，希望更多同行发表文章共同探讨。

北京市汇源隆大理石厂位于北京市西南部，是生产汉白玉大理石的骨干企业。矿山开采历史悠久，最早开采起于汉代，故名汉白玉。矿区分为东西两个矿段，以往均采用露天开采。

1 国内外石材开采方式

目前国内大理石的开采绝大部分是露天开采，其开采工艺流程包括表层剥离、开采、装吊、运输。露天开采的方法有炮采、膨胀剂开采、火焰切割机开采、电动金刚绳锯石机开采四种。炮采是目前国内应用较为普遍的开采方法，其优点是施工简单、容易掌握、方便灵活；缺点是凿孔速度慢、成材率低、施工危险性大。膨胀剂开采是目前我国另一种传统的大理石开采工艺，其优点是安全系数大、成材率高、施工简单；缺点是凿孔数量多、速度慢、膨胀时间长、效率低。火焰切割机是当今石材开采较为先进的设备，其优点是成材率高、对石质破坏小；缺点是速度慢，不适合开采汉白玉。电动金刚绳锯石机是目前国内最先进的石材开采设备，其优点是切割速度快、操作安全可靠，可实现大面积切割，成材率明显提高、噪音小、粉尘少，实现了环保开采；缺点是初期投资较大。

国外开采大理石很多采用导硐法，使用的主要设备是电动硐采链式锯、电动硐采带锯及高速干式链臂锯，均由意大利生产，目前是世界上最先进的硐采设备，专门用于在山硐或隧道中开采大理石或非花岗岩石材，与金刚绳锯石机相比，不需要预钻孔和接绳等准备工作，提高了工作效率。

2 开采方式选择

矿区大地构造位于二级构造单元燕山台褶带内的三级构造单元西山迭坳褶内的四级构造单元十渡—房山中穹褶构造带内。区内出露地层自下而上有长城系高于庄组、蓟县系杨庄组、雾迷山组和第四系冲洪积物。地质构造形态简单，只发育一些小的褶皱构造。岩浆岩不发育。矿区处于石门短轴背斜的南东翼，总体为一向南东倾斜的单斜构造。岩层产状平缓，且较稳定，倾向150～160°，倾角9～16°。矿区内断裂构造不发育。

第一含矿层（JXW1－21）由四层砂状石英大理岩与两层优质大理岩和两层含石英条带大理岩组成，它们呈互层状产出。两层优质大理岩分别为K1和K2两个矿体；而上部两层石英条带大理岩的上下均为优质大理岩，分别为K3、K4－1、K4－2、K5－1、K5－2和K6四个矿体。

矿体以K1、K2、K3、K4－1、K6和K7规模较大。矿体形态简单，除K7矿体呈似层状或扁豆状外，其余均为稳定层状矿体。厚度变化系数多在8.84～55.45%之间。属于稳定型矿体。K7矿体厚度变化较大，其变化系数为70.14%，属不稳定型。矿体产状与含矿地层完全一致，倾向多在SE150～160°之间变化，倾角一般在15°左右变化。矿体产状稳定。

北京市汇源隆大理石厂汉白玉矿区处于山谷坡地，基岩被第四系泥土层覆盖，其下部即是大理岩，风化深度不大，属于缓倾斜形态稳定型矿床。

矿区分东西两个矿段，东矿段埋藏较浅，一直采用露天开采。西矿段处于山体下，上覆岩层比较厚，采用露天开采土方剥离量大，投入大，见效慢，环境破坏严重。北京市汇源隆大理石厂虽然开采规模较小，但是多年开采形成的废石，对周围环境也带来了不小的影响。西部矿段各矿体厚度之和为2.85m，大部分剥采比大于10，适合地下开采。

3 地下开采的方案比较

3.1 方案1

开采最优汉白玉层，采幅高6m，采场宽度12m，运输巷道（3m×4m）在汉白玉矿体的下部，不支护，为保护硐口，硐口处30m不开采。采区长度50～100m，则掘进巷道总长为80～130m。采矿方法使用房柱法，矿壁宽度为6m，沿倾向在运输巷道的上方从底部进行后退式开采。先用黑火药爆破法切顶，切顶高度不低于2m。切顶作业对本方案关系重大，它将影响工人以后作业的安全，所以切顶的浮石要撬掉，有的还要打少许锚杆将破碎的顶板稳住。回采是用矿山现有的7655手持式凿岩机和膨胀水泥分离荒料。采空区用废石充填。

3.2 方案2

采幅高16m，采场宽度12m，运输巷同样在汉白玉矿体的下部，且硐口处留30m矿体不回采以保护硐口，用锚杆和长锚索支护顶板。布置长锚索时用YG－80导轨式凿岩机垂直顶板打上向孔，孔间距10m，深15m，100m长的采场共布置9根长锚索。

本方案所使用的设备主要也是矿山现有的设备。采矿方法同样为房柱法，矿壁宽度为6m，由上而下进行回采。

图1 采矿方法图1

图2 采矿方法图2

3.3 方案3

采用意大利BENETTL公司研制的Tunnel Jet BeltS941型硐采带锯进行大规模机械化开采。硐口高度设为16m，宽度12m，与采场内部尺寸相同。支护顶板，采用前进式回采。采用房柱法开采，房柱尺寸为12m×12m，间距12m。汉白玉回采率为75%。用意大利Tunnel Jet BeltS941型硐采带锯沿矿体倾向从上往下对矿体进行分层切割，以形成硐口和开采台阶。硐采带锯的切割尺寸为6m×4m×2m，而后用金刚石串珠锯对石料进行分割，分割后尺寸为1.5m×1.5m×1m，石材比重为2.87t/m3，每块石材的重量为6.5t。

为了保障硐口的安全，在进行硐口的切割之前，对矿体上方的山体进行削坡，削掉山体表面的风化带，削掉多少要根据现场的具体情况来确定。削坡面的坡面角为55°，用30m的长锚索以10m的间距进行锚固，同时用钢筋直径为6mm的双筋网对硐口处10m范围的削坡面和10m范围的顶板进行保护。

选用意大利Tunnel Jet BeltS941型硐采带锯结合金刚石串珠锯及气压顶推袋对矿体进行开采，形成硐口及开采台阶，后续的荒料开采工艺过程与露天开采大理石基本相同，也可以使用露天开采机型的臂式锯机辅助串珠锯开采工艺。S941型硐采带锯结合并扩展了传统臂式开采锯机和重型车载式聚集二者的优点，在原有940型硐采带锯基础上，装备了可独立自行移动的专用行走装置，具有移动简单容易、能够在倾斜矿体表面定位的功能。该机的最大有效切割深度可达3m，切割缝的宽度为38mm。

在山坡上距离硐口高差为40m处，修建一个50m3的高位水池，以满足Tunnel Jet BeltS941型硐采带锯80L/min、金刚石串珠锯20L/min的用水量。如果矿山涌水水质较好，可以直接作为开采设备的冷却用水。

辅助设备包括用于钻凿穿引金刚石串珠绳贯通孔的大孔径凿岩机（可用YG80）、气压顶推袋。吊装运输和起重设备。早期也可将滑轮组锚固在硐顶或硐壁上用滑轮组装吊荒料。

3.4 机械化开采的优势

以上三种方案：方案1回采率太低；方案2能够提早见矿，缩短基建投资期，并采取了加固顶板的有力措施，使安全得到了保障。但回采率仍不够高且不能提高荒料率。方案3引进了意大利的先进设备，省去了切顶工作提高了回采率并能够大大提高工作效率和荒料率。

图3 采矿方法图3

4 小结

本文以北京市汇源隆大理石厂为例，介绍了石材矿山的地下开采，这也是国内首例使用地下开采的石材矿山。本文抛砖引玉，希望各位同行发表文章共同探讨。同时也希望各地石材矿山，在生产过程中遇到困难的，请与北京东方燕京矿山工程设计有限责任公司联系，我公司将提供优质的技术服务和规划设计。地下开采将给石材矿山带来一片光明前景。

［1］ 廖原时.金刚石串珠锯在饰面石材生产中的应用技术［M］.北京：冶金工业出版社，2009.