采充技术并行 推进矿山安全长效

郑荣祥

(绍兴铜都矿业有限责任公司)

一、矿山现状

绍兴铜都矿业有限责任公司是一个年处理20万吨的中型矿山企业,自1970年建成投产至今已有近45年的历史,采矿方法主要为有底柱分段矿房法,嗣后矸石充填。现开采的三期工程自-385m至-625m水平,设计的中段高度由原来的50米提高到了60米,共四个中段；现-445m为生产中段、-505m为采切回采并行中段、-565m为开拓进行中段、-625m为后续开拓中段。到2014年末,现可开采各中段矿量分别为-445m22.6万吨、-505m118万吨、-565m124.8万吨、-625m135.1万吨。目前,继续沿用阶段矿房分段采矿法开采,形成采空区的充填采用有限掘进废石,无法达到废石充填采空区的稳定效果,制约着矿山安全生产。2014年初,公司与长沙矿山研究院合作,进行尾砂胶结充填采空区工程项目建设。为此,对矿山深部中段如何安全开采,如何采矿与充填技术并行,有效提高采矿回采率,实现资源最大利用成为一个紧迫性的课题。

二、矿山开采存在问题和困境

一是采空区不稳定影响矿山正常安全生产。分段阶段矿房采矿法的重要特点之一是依靠合理地选择分段高度和临时矿柱的结构参数,有效地控制回采时顶板和上盘围岩的暴露面积,因而能用于开采矿石和围岩中等稳固以上的矿体,但采用该方法回采后留下的矿柱和采空区,随着回采工作的推进,空区体积越来越大,暴露时间越来越长,同时开采深度也越来越大,其地压将随着不断增加,必然出现空区局部冒落、矿柱变形破坏,使相邻采场维护困难等地压现象,有可能从高应力(特别是拉应力)部位或工程地质条件较差(如软弱夹层、破碎带)的部位为突破口,发生大面积突发性冒落和构造性结构岩移。从平铜井下地下活动规律分析也证实了这点。

二是回采率低影响矿山的长远生产。平铜从-35m中段始开采下延到现-505m中段水平,由于受采矿方法限制,为了保证回采安全,支承采空区,矿柱尺寸逐步增大,实际回采率从一期85%——二期72%——现有三期50%左右。中段开采下降速度变快,影响到矿山总体服务年限。

三是干式废石充填空区难以达到科学治理空区的目的。1992年矿山为了控制采空区冒落,委托湖南长沙有色金属研究所进行采矿的改进、空区治理项目研究,采矿方法由小分段空场法变为分段空场采矿嗣后干式废石充填,此方法的改进,一时解决了当时空区的暂时稳定,解决了废石地面堆场问题,环保废渣不出坑的要求,但随着开采深度的增加,废石回充空区有利有弊的问题显现,空区充填后难以维稳,一些构造性的地压现象在不同区域多次显现,使采场多个坍塌。

四是深部安全开采的各项成本大幅上升。由于近几年采场的顶板冒落和回采矿房的坍塌,为了确保生产平衡,生产投入的中深孔、掘进工程量明显增加,其中,中深孔2012年为59000m,2014年为120000m,净增61000m；地质构造发育、岩性破碎,支护工序由事后变为事前,使采场回采准周期延长,巷道维护费用增加,其中,支护的工程量成倍增加,2012年仅喷、锚、网支护为5979m2,2013年为10579m2,2014年1月到9月为8562m2,同比增加4600m2；深部开采生产下移,多中段接力排水、通风等系统运行费用等也随着增加。

五是提升瓶颈制约深部生产稳定。混合型的单一竖井提升,随着提升高度的增加,加上设备逐年老化,给稳定安全生产、确保可靠提升提出了更高要求。

六是作业人员不稳定,作业技能人员出现紧缺状况。由于矿山行业的特殊性,岗位人员流失较多；岗位风险程度高的、技能操作要求高的、劳动强度较强的人员,如机动、支护、耙装等人员缺失较多,给安全生产的稳定管理带来不利。

以上诸多因素,要稳定生产关键在于安全的稳定、开采的稳定、效益的稳定。做好开采中段的有针对性措施至关重要。

三、采取的措施

对矿山进行采矿结构调整、充填方式转变,从而实现开采的安全生产稳定,需多投入增加采掘工程800标米/年和处理空区5.5万m3(充填成本34.61元/t)的费用,两项估算直接投入费用近310万元,使采矿成本大幅上升；如何应对不利,处理好安全与效益、安全与生产、安全与技术的关系,推进矿山安全长效,须采取必要的措施。

第一,结合矿山井下现状,切断区域坍塌活动的相互连通,固架筑柱。-385米水平以下的东部和中部作为重点区域进行尾砂胶结充填,东部为101′采场,中部为4′04采场；在纵向上,增强001与604′所预留的支柱的稳定。同时阻隔东部与上部陷落区直接连通。

第二,选择重点,进行有序充填。对东部首要是对-505m101′采场进行胶结充填,后充填-445m101′采场,为开采-505m1′03采场作前期稳固工序；中部控制的重点应为4′线至2线,充填实施可结合解决生产废石的部分量进行,先对-445m 4′04采场的采后空区底部进行尾砂胶结,上部进行废石矸式充填；-505m402′采场进行全尾砂胶结,以阻断顶柱坍塌下陷；西部区域,主要还是要控制8线左右侧的稳定,在-445m中段8线两相邻逐个回采结束时,分别对间柱两侧进行尾砂胶结,增加间柱稳定；在-505m中段的采场实施分隔胶结和废石充填。

第三,有益置换。进行全部充填采场结构调整,掘进等相关工程费用会增加很多,矿山运行成本上升,要同时兼顾安全与企业效益,不能一概全变。对品位较好的采场要部分置换,如东部的505m1′03采场和中部的200采场。

第四,采充并行,开拓先行,逐步推进矿山安全生产。为了能确保采场结构调整后的生产安全平衡,首要规划是把-505m中段作为整个充填方式改变后的技术安全转变的链接。由此,必须加快-565m中段开拓工程和采准进度,使东部采场及早出矿。延长-445m中段出矿服务时间,尽可能组织-505m中段生产出矿。保证生产全线转入-505m以下后生产规模能达到设计目标,持续矿山安全生产。

第五,继续与科研院所合作,进行“优化充填采矿的结构参数项目研究”,优化调整矿柱尺寸,消化充填结构调整后所增加的掘进工程,使万吨采准比保持(或低于)现技术指标,切实提高矿块回采率。

四、实现目标后的达到效果

矿山将空场法转换为充填开采,保证矿山安全生产,控制地表岩移,提高资源回收率,从而延长矿山服务年限。在从局部地段的嗣后废石充填改变为尾砂胶结充填,逐步达到采后采场空区的稳定；从柱子加固稳定,渐进为矿房回采稳定,达到整个中段开采稳定,在深部整个区域实现采矿方法的真正转变。