高破碎覆岩下放矿方案研究与应用

杨宫印(陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000)



高破碎覆岩下放矿方案研究与应用

杨宫印
(陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000)

【摘 要】矿床赋存于高破碎覆岩条件下时，采用有底柱分段崩落法采矿方法，容易造成出矿时提前贫化、矿石回收率低等问题。本文提出利用注浆和放矿控制的手段，对此类工程地质条件下的矿床进行治理，并结合工程实际分析研究。

【关键词】高破碎覆岩；损失贫化率；注浆；放矿控制

20世纪60年代以来，有底柱分段崩落法因具有安全性好、生产效率高及采矿成本低等优点，在我国金属矿山中广泛应用。此类采矿方法的缺点是在松散的覆盖条件下进行回采工作，容易造成损失贫化现象，损失贫化率大是该采矿方法的主要问题之一。为改进此种采矿方法，国内外专家、学者做了大量的相关研究。崩落矿岩的移动规律与流动特性成为研究的重点内容及方向，为优化放矿工艺和采场结构参数提供重要依据，同时也获得了很多宝贵研究成果[1]。但对于有底柱分段崩落法高破碎围岩条件下的放矿方案研究，国内还处于初期阶段，如何提高高破碎围岩条件下矿石回收率，降低矿石贫化率问题，成为未来我国采矿研究工作的重点方向之一。

1　研究意义

崩落采矿方法是以崩落围岩来实现地压管理的采矿方法，即随着崩落矿石，强制崩落围岩充填采空区，以控制和管理地压[2]。矿石爆破后上部围岩与崩落的矿石直接接触，工作人员在上部围岩下进行放矿作业。对于稳固性好的上部覆岩，矿石崩落后，大多数围岩粒径大小或等于矿石粒径，与下部矿石形成较好的粒径配级，这种情况下，放矿管理相对简单，保证了矿山能够取得较好的放矿指标。但对于稳固性差、高破碎的上部覆岩，崩落后矿体上部的围岩粒径较小，与下部矿石的粒径配级指数较差，这时，由于高破碎、小粒径废石的“穿流”作用，使放矿管理复杂化，同时造成在放矿过程中，废石提前到达放矿口，导致提前贫化。这样，不仅使企业利益严重受损，同时也给国家资源带来极大浪费。本文分析了注浆和斜面放矿作用机理及控制方法，为实现高破碎覆岩条件下能够低贫损回采矿石，提供了一种可行的解决方案。

2　注浆和斜面放矿作用机理

根据散体流体理论，覆岩下放矿引起矿石损失贫化的原因主要有两个方面：①废石覆盖层中的小颗粒的“穿流”作用，引起提前贫化；②放矿方案不当，造成矿岩接触面不能均匀下降，引起接触面增大造成贫化[2]。针对这两个原因，分别采用注浆和斜面放矿两项技术手段来控制。

2.1 注浆体作用机理

基于废石覆盖层中的小颗粒的“穿流”作用，即上部覆岩穿过矿石与废石的接触面到达放矿口，朱志根[3]对其作了大量研究，得出影响崩落采矿法矿岩散体不均性主要有三个因素：散体孔隙分布的不均匀性、散体颗粒空间分布不均匀性、散体粒径大小的不均匀性。

散体孔隙当量直径是描述矿岩缝隙大小的一个平均值，与矿岩散体不均性有很大关系，也是衡量散体中细小颗粒“穿流”程度的重要指标。通过大量的试验研究，得出如下关系公式：

式中：D0——孔隙当量直径，(mm);

K ——散体孔隙率；

n ——散体不均匀性；

d17——颗粒级配曲线中小于17%的相应颗粒粒径，(mm)。

通过对上式分析，得出散体不均匀性较严重的影响了放矿效果，致使放出体提前贫化。而对于颗粒均匀的散体，一般情况下，散体的粒径一般大于其孔隙的当量尺寸，颗粒在运动过程，不会发生颗粒穿越孔隙的现象。

针对以上分析，采用注浆“造团”的技术方法：①通过注浆的方法使上部散体围岩层中形成一层或多层粒径较大的废石体，使其粒径大于下部矿石散体的孔隙，从而有效降低了围岩自身的流动性；②在放矿过程中阻隔上部废石穿流至下部放出体；③通过注浆工艺控制，可以使上部散体粒径整体趋向均匀[4]。其原理见图1。

图1　注浆前后放出体发育对比示意图

2.2 斜面放矿机理

图2　斜面放矿机理示意图

放矿控制与管理、降低采场损失与贫化的理论基础是覆岩下放矿理论。有底柱崩落法放矿过程的主要特点是上部废石与崩落矿石直接接触，在确定放矿方案时，必须遵守的基本原则是：最大限度地保持上部矿岩接触面按一定形状均匀下降和尽量减少侧面废石的混入机会[5]，斜面放矿机理示意图见图2。对于较薄矿体而言，回采过程中的穿脉电耙道只有一条或少数，一般布置形式都是沿矿体走向，这时在放矿过程应按图2a所示，在放矿过程中矿岩的界面保持倾面沿回采巷道移动。可按45°左右的矿岩斜面来确定进入放矿带的放出漏孔数；对于厚大矿体而言，除按上述，在沿进路方向采用斜面放矿外，此时采用的多条穿脉电耙道并行的采场放矿形式，放矿过程应按图2b所示，有1＃、2＃、3＃运输巷道，有6条穿脉电耙道并行。对于单个采场而言，崩落矿石后，为保持斜面放矿的要求，此时，各右切漏斗放矿速度要略大于左切漏斗的放矿速度；为了生产的连续性，在第一个采场的各右切漏斗还未出现贫化之前，相邻的第二个采场就要准备落矿。之后，第一、二采场同时出矿。同样，各漏斗放矿速度和单采场原则相同，并确保矿石与废石接触面的夹角为45°左右。其后各采场的崩矿顺序与放矿方式依此类推。

2.3 覆岩下放矿应注意的问题

(1) 根据崩落矿岩堆体和出矿巷道的布置，编制放矿计划。同时，根据具体矿山情况，控制放矿质量，即按规定的截止品位来控制截止放矿点，防止过早与过晚封闭漏孔[6]。

(2) 爆破作业的现场管理。要严格照按爆破设计。确保爆破效果，防止利用挤压爆破降低采场的贫化损失率。

(3) 电耙巷道维护。由于地压大和二次破碎频繁及耙斗的冲击，电耙巷道的支护往往在出矿过程中会遭到破坏，因此一定要加强电耙巷道的维护工作。

(4) 出矿作业包括放矿、二次破碎和运矿三项内容。我国应用有底柱分段崩落法的矿山基本上都是采用电耙出矿。因此，必须加强放矿管理，控制矿岩接触面状态及其在空间位置的变化，这对降低放矿过程中的矿石损失和贫化是极为重要的[7]。

(5) 做好计量和取样工作，可为计算损失贫化指标以及指导下步工作提供准确、可靠的数据。这也是覆岩下放矿管理中一项最基础、最重要的工作。

3　工程实例

3.1 工程现状

云南某铜矿赋存于龙云组上段含矿层中，上、下盘存有天青石矿体、硫铁矿体及厚大的石膏矿体，稳固性中等，在节理裂隙发育地段，矿岩破碎，总体稳固性差。由于过去群采的原因，2 220m水平以上形成大采空区，并用角砾岩进行了充填，为下部采用有底柱分段崩落法提供垫层，现阶段采矿体上部已形成了20～30m的废石覆盖层。由于上部充填废石粒径极小，回采过程中部分采场出现了较严重的提前贫化现象，属高破碎覆岩下放矿作业，矿石的损失率60%～70%，贫化率40%～50%，严重影响了矿山的矿石回采作业。

3.2 技术处理

2010年该矿与昆明理工大学国土资源工程学院合作，针对高破碎覆岩下放矿作业这一放矿特性，在实验室进行相似模似试验研究，提出在2 220m水平采用注浆“造团”的方法对细颗粒散体围岩进行处理；同时，改变以往的水平面放矿方式，采用倾斜面放矿方案；加强矿山的放矿管理优化，实现该矿山低贫损放矿指标的要求。2011年开始在该矿进行工业试验，并取得了良好效果。下表为该矿采用技术控制前后主要经济技术指标对照。

主要经济技术指标对照

4　结语

通过对注浆和斜面放矿的控制放矿机理的研究，采用注浆的方法，使矿石上部的围岩强度提高、散体粒径增大、废石块度更加均匀，在矿石和履岩接触面形成了一个“保护层”，有效的防止了“穿流”现象对放矿的影响。通过对放矿方式的研究，确定了倾斜面放矿方式，这种放矿方式可最大限度地保持上部矿岩接触面按一定形状均匀下降，减少了围岩混入矿石崩落体的机会，从本质上解决了放出体提前贫化的问题。为有底柱分段崩落法在高破碎覆岩条件下放矿提供了一种安全、高效、回收指标优的采矿方案。

【参考文献】

[1]郭雷,能靓辉.无底柱分段崩落法研究现状[J].中国矿山工程, 2010,39(6):44-47.

[2]解世俊.金属矿床地下开采[M].北京:冶金工业出版社,2008: 172.

[3]朱志根.自然崩落法放矿过程中矿岩散体流动规律研究[D].长沙:中南大学,2006:44-45.

[4]文义明.小粒径废石覆盖层下放矿贫化控制方法研究[D].昆明:昆明理工大学,2011:1-2.

[5]陶干强,杨仕教,任凤玉.崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J].岩石力学,2009,30(10):2950-2954.

[6]董永义.有底柱分段崩法覆盖岩下放矿的控制与管理[J].新疆有色金属,2004(4):15-17.

[7]李立群,王希贤.覆岩下放矿的控制与管理[J].有色金属(矿山部分),2000(2):13-15.

High Crushing Under Overburden Research and Application of Mine Plan

YANG Gong-yin
(Shaanxi Railway Institute, Weinan 71400, China)

Abstract:It is likely to cause the ore dilution in advance and low ore recovery problems when adopting the sublevel caving mining method at the case of the deposit under the condition of high broken strata. This paper use the grouting and ore control method to study the management scheme that the deposit under this kind of engineering geological conditions and then analysis it combined with engineering practice.

Key words:high broken strata; loss impoverishment rate; grouting; ore control

【收稿日期】2014-08-07

【文章编号】1007-9386(2015)03-0061-03

【文献标识码】A

【中图分类号】P853.36