广西大新锰矿中部采场露天转地下开采实践

2015-12-17段志伟

中国锰业 2015年4期

段志伟

(中信大锰矿业有限责任公司大新锰矿分公司，广西大新 532315)

0 前言

露天开采具有初期投资少、投产快、贫损指标优、采矿成本较低等优点。对于矿体表土覆盖层不厚、延伸较深的矿山，前期一般采用露天开采。随着露天开采逐渐延深，此类矿山将逐步转为地下开采。

本文结合矿山矿床地质赋存条件和现有开采技术条件，综合考虑露天转地下开采的采矿工艺、工程布置及安全措施条件，进行采矿设计优化［1－2］，以获得最大的经济效益［3］。主要针对广西大新锰矿中部采场露天转为地下开采的急倾斜中厚矿体，设计采用不留境界顶柱的分段空场嗣后充填法［4］，采场嗣后利用废石、尾砂充填采空区，探索适合该矿段的安全有效的采矿方法。

1 矿山情况及开采条件

广西大新锰矿位于广西大新县下雷镇境内，是中信大锰矿业有限责任公司的直属矿山。矿山自1959年开始开采，1985年进行采选规模30万t/a扩建设计，1992年建成投产。2004年进行露天扩帮设计，东、中部露天采场境界底为335 m，西南、西北露天采场境界底为385 m。2006年中冶长天国际工程有限责任公司设计大新锰矿南翼矿段60万t/a地下开采工程，2015年可达设计生产能力。

目前大新锰矿露天开采中部采场、西北采区已经闭坑，东部采区开采至345 m台阶，西南采区开采至405 m台阶。露天开采预计2016年全部完成，全部转为地下开采。为确保露采与地采的产能衔接，如何实现地下开采产能提升，特别是露天转地下开采结合区域的矿石开采，已迫在眉睫。

大新锰矿矿区为泥盆纪大型海相沉积型碳酸锰矿床，近地表由于长期风化作用而形成氧化锰。矿区位于广西左江流域，地势复杂，属低山丘陵地形，半裸露型岩溶地貌，矿床呈北东倾伏的向斜构造，地势西高东低。矿层赋存在上泥湓统榴江组泥灰岩、钙质泥灰岩、硅质岩等过渡岩相内［5］。碳酸锰矿层共有3层，锰矿层产状与围岩一致呈层状产出，层位稳定。自上而下为Ⅲ矿层、夹二、Ⅱ矿层、夹一、Ⅰ矿层。各矿层(急倾斜矿体)平均厚度为:Ⅲ矿层1.58 m、夹二0.5 m、Ⅱ矿层 2.2 m、夹一 2.5 m、Ⅰ矿层1.66 m。Ⅲ矿层的顶板为硅质岩，一般厚0.05 ～0.3 m，往上为硅质灰岩、泥岩，Ⅰ矿层的底板为泥质灰岩、夹泥质岩。碳酸锰矿石坚固系数f=10～15，较稳固，密度 3.13 t/m3，自然安息角 50(°)。Ⅲ矿层顶板、Ⅰ矿层底板的坚固系数f=10，属中等稳固，岩石密度2.7 t/m3，矿石松散系数1.5。中部露天采区为凹陷露天坑，南侧边坡上分布60万t/a地采工程中央副井公路、中央副井及相关构筑物，北侧边坡上有矿区主要运输公路(1号公路)，地表不允许大范围塌落。

2 采矿方法的选择

矿区井下急倾斜矿体开采采用设计院推荐的垂直扇形中深孔分段空场法回采。在露天境界底与地下开采结合区域预留约10～12 m的保安矿柱，保安矿柱在回采结束后，用潜孔钻机从露天坑底向下穿孔爆破保安矿柱，由坑内放矿，并留20 m的碎矿于采空区，以防围岩崩落时对坑内的影响。

中部露天采区南侧边坡均位于地表氧化带范围，多为风化岩、泥岩、泥页岩;露天开采活动、雨水渗透和人为活动等综合作用，使原有岩体、软弱面分布等地质情况恶化;预留保安矿柱在开采过程中形成新的安全隐患，且不利于后期回收和空区处理，经过实践证明此方式在本矿山露天转地下开采过程中不适应。结合各类因素考虑，设计采用不留境界顶柱的分段空场嗣后充填法。

2.1 工程布置

中段采准运输巷道沿脉外布置，每隔60 m掘进1条垂直矿脉走向的穿脉巷道。采场沿矿体走向布置，长度60 m，矿房高度与中段高一致(一般为60 m)，矿房宽度为矿体全厚，间柱7 m，底柱6 m。从地表在采场两侧沿脉内采用天井钻机反掘天井，断面直径1.8 m。从穿脉轨面往上9，26，43 m处在天井内分别掘进联络道，规格2 m×2 m;通过联络道掘进分段凿岩道，规格为3 m×3 m。根据下层分段凿岩道确定电耙道和电耙硐室施工，在电耙道内每隔6～7 m布置漏斗，断面为2 m×2 m。在穿脉另一侧向电耙道掘进放矿溜井，规格2 m×2 m，并在底部安装振动漏斗［6］。采场结构布置图见图1。

图1 不留境界顶柱分段空场法采场结构

2.2 回采作业

在采场中间位置布置切割天井，采用YGZ90型凿岩机在分段凿岩平巷内钻凿垂直扇形中深孔，孔径 65 mm，排距1.8 ～2.0 m，孔底距1.8 ～2.0 m［6］。采场的回采顺序自上而下，从中央向两侧推进，每次爆破3～5排，上分段超前下分段2～3个爆破步距。采用2号岩石乳化炸药、导爆管雷管起爆的毫秒延期挤压爆破。

每次中深孔爆破后均可大量出矿，出矿量达1次崩矿量的50%左右，便可进行下次爆破作业。

采场爆破后通风，新鲜风流由中段采准运输巷道经穿脉从天井进入采场各工作面，并配备局扇将污风从采场中央空区或回风天井及联络道排出地表。

2.3 采空区处理

嗣后采用废石、尾砂充填采空区。矿房回采作业完成后，立即采用汽车地表运输露天的剥离废石和用选厂尾砂从露天坑底直接回填采空区，减少露天边坡滑动，确保边坡稳定，并适时对井下不需要使用的天井进行封填。

3 效果分析

相对于设计院推荐采用的采矿方法以及保安矿柱的预留和回收方案，不留境界顶柱的分段空场嗣后充填法具有以下优点。

1)没有回采境界顶柱和爆破围岩的作业，不需留20 m的缓冲矿层，大大降低了回采顶柱的施工风险及施工技术难度，提高境界顶柱的矿石回收率，降低矿石的贫化率。

2)合理利用露天剥离废石和选矿尾砂回填采空区，减少采空区对露天边坡的破坏，较好地保护了地表构筑物，特别是南侧地下开采系统的副井公路、中央副井及相关构筑物。

3)充填原料来源丰富，采空区处理成本低。

但是，不留境界顶柱的分段空场嗣后充填法直接采通地表也存在以下不足。

1)不留境界顶柱(保安矿柱)直接采通地表，加大了地下开采作业对露天边坡的扰动作用。开采过程中需要加强地表边坡观测，控制爆破量和采场长度，避免破坏边坡而导致发生边坡变形等事故。特别是雨季施工，还需要加强截排水工作。

2)增加井下通风系统的进风和回风通道，造成通风系统漏风严重。矿房回采完成后必须及时对穿脉、天井设置通风构筑物，减少井巷漏风。

3)直接采通地表形成采空区，在露天坑与地下采场形成良好的水力通道，虽然采取废石、尾砂充填，但是地表径流仍有大部分通过采空区下渗至地下开采系统，形成较大安全隐患。可在采空区距离露天坑底上部10～15 m空间采取尾砂胶结充填，减少地表汇水下渗至井下生产系统，降低井下生产系统的生产风险，减少井下排水费用。

4 安全问题及应对措施

4.1 露天采场边坡管理

中部露天采区边坡的岩层岩性不均匀，断层、裂隙分布密集，南侧边坡多为风化岩、风化泥岩、泥岩;边坡两侧均分布有重要构筑物，需要保护;地下开采作业改变边坡围岩应力分布，极易造成边坡滑坡、垮塌，对地表及井下均造成严重的安全隐患。防治措施有以下几个方面。

1)在露天边坡的陡峭处、岩土松软地段、表土与基岩交界处等易发事故点建立观测站，观测边坡的应力分布变化、软弱面的变化等情况;建立工作台账，指定管理部门或者专人负责;探索地下作业对露天边坡的影响规律，避免发生事故。

2)待开采结束后，对边坡台阶进行重新修整，种植植被护坡;在岩层差的地段采取挂网喷浆、挂设防水布等措施护坡。

3)矿房回采结束后，必须立即进行嗣后废石、尾砂回填和尾砂胶结充填，回填完后才能进行下个矿房回采;监测在回采过程中，出现边坡扰动较大时，立即采取控制爆破量、缩短矿房长度、增设隔离矿柱等措施确保施工安全。

4.2 疏干排水

大新锰矿中部露天采区已形成的露天凹坑盆地，汇水面积大。特别是矿山处于雨水丰富地带，雨季降雨量大，坡面雨水的径流汇集至露天坑底;当露天转为地下开采后，地下开采形成较大采空区，露天坑与地下采场形成良好的水力通道，地表汇水将直接侵入地下生产系统，对地下生产造成极大的影响和安全隐患。防治措施有以下几个方面。

1)完善地面截排水设施。每年雨季来临前，检查、清理和加固布康溪、1号公路的截排水沟和露天边坡的截洪沟等排水设施，以确保雨季汇水不直接灌入露天坑内。随着开采水平的下移，需要对地表的截排水设施进行维护，加强地表汇水的导排工作。

2)建立露天坑内截排水设施。开挖在露天坑内修建排水沟，形成明渠排水;并在露天坑底合适位置开挖临时水仓，建立露天排水泵站，将汇集入坑的雨水通过泵站排至露天坑外的布康溪流入下雷河道。

3)建立井上井下水文观测站。在地表和井下设立水文监测站，分析矿区水文地质情况，探索地表降水量与井下涌水量的关系，防止地表水涌入井下，适时指导井下关闭防水门和撤离主要生产设备。