分层崩落采矿法回采急倾斜破碎中厚富锰矿体

傅 林

（云南省鹤庆锰业有限责任公司，云南 鹤庆 671500）

采 矿

分层崩落采矿法回采急倾斜破碎中厚富锰矿体

傅 林

（云南省鹤庆锰业有限责任公司，云南 鹤庆 671500）

主要介绍急倾斜破碎中厚富锰矿体用脉外采准、金属网木地梁假顶下向分层崩落采矿法回采时的采场结构、采准切割布置、回采工艺、采场地压控制技术、主要技术经济指标、材料消耗、评价及改进意见。

锰矿山；地压控制；脉外采准分层崩落法

云南省鹤庆锰业有限责任公司小天井西区Ⅲ号矿体属急倾斜破碎中厚富氧化锰矿体，经多方案论证，在1999年6月至2001年9月用脉外采准、金属网木地梁假顶下向分层崩落采矿法进行试采研究。之后又在公司2570中段702采、703采，2530中段301采、302采、303采，3510中段401采、402采、403采全面推广应用至今，均取得了满意的效果，达到了在安全条件下最大限度地回采富锰矿石的目的。方法主要特点是：下盘设脉外井、分层联络平巷、分层联络小井及分层平巷布置在分层矿体中央的采准方式，金属网木地梁假顶护顶，按分层高自上而下逐层控爆落矿回采至矿石采完出净。

1 采区矿体赋存条件

矿体赋存于三迭统松桂组上段（T3sh2-2）灰绿色泥岩与松桂组下段（T3sh2-1）砾灰岩之过渡带，属Ⅲ号矿体。矿体为二氧化锰矿，品位43.18％ ～ 58.1％，厚度5.2 ～ 10.0 m，倾角45（o） ～ 88（o），矿体不稳（f = 4 ～ 6），西高东低，斜长30 ～ 60 m，走向长150 m，呈透镜体产出，体重3.0 t/m3。

矿体顶板为泥岩、破碎灰岩。泥岩磷片状，遇水泥化，易离层片邦，f = 3 ～ 4。底板为灰岩f = 8 ～10。矿岩界线明显，接触面光滑平整，是典型的软弱结构面。

采区矿体顶板有F断层沿矿体上盘时隐时现，F断层距矿体近时，矿体上盘为泥岩；F断层离矿体顶板远时，矿体顶板为破碎灰岩。矿体上盘为F4断层，断层面淋水，矿体易随断层面发生泥土状散体塌落。采区内有多条探井、穿脉和没脉平巷，中部有高10 m、长8 m、宽4 m冒顶空洞，60％的分层回采均在旧巷（或空洞）中。

2 采场结构及回采

2.1 采场结构

采场沿走向布置，矿房水平长度20 ～ 50 m，宽5 ～ 11.5 m，阶段高30 ～ 40 m，分层高2.5 ～ 2.8 m，分层平巷（进路）上宽2.0 m（1.8 m），下宽2.4 m（2.2 m），采场无间柱，无顶柱，如图1所示。

2.2 采准切割工程布置［1］

按图1所示，在采场中部（或矿体厚大部位）距矿体底板5 ～ 6 m，从2570穿脉运输平巷侧邦平行矿体底板上掘采场脉外天井与2610回风平巷相通。自首采分层起，自上而下2.5 m划分分层，并在脉外井内按两个分层高（5.0 m）布分层联络平巷及分层联络小井，分层矿体中央布分层平巷，形成分层人行、通风、出矿、进料系统。

切割则是垂直分层平巷掘进路至矿体上下盘，千吨采掘比为16.2 m/kt。

2.3 回采

回采按分层高2.5 m自上而下逐层进行，分层内从两翼向中央退采，每一分层回采作业包括落矿、支护、出矿、金属网木地梁假顶铺设、放顶等作业工序。

2.3.1 分层高度

分层高度是该法的一个重要参数，他影响到采切工程量大小，采场生产能力、劳动生产率、贫化率、损失率和采矿成本。结合采区矿石稳固性、落矿方式、支护材料供应条件及旧有探矿沿脉位置，分层高选定2.5 m进行试采（或应用），结果表明分层高2.5 ～ 2.8 m为佳。

图1 分层崩落采矿法采准切割工程布置

2.3.2 分层回采

矿体分层回采是把分层平巷布置在分层矿体中央（如图1示），由分层平巷两端分别向矿体上下盘掘进路到矿体顶底板。之后，依次进路式退采至分层联络平巷，将分层两则矿石全部横采下来，即分层回采结束。

2.3.3 凿岩

凿岩为正面凿岩，凿岩机选用YT-24型凿岩机，一字型钻头，直径为Ø38 ～ 42 mm ，炮眼根据矿石软硬程度布置，如图2所示，炮眼深度视地梁长短，一般为1.5 ～ 1.8 m，炮孔崩矿量1.2 t/m，凿岩台班效率30 ～ 35 t/台班，凿岩工效14.5 m/工班。

2.3.4 爆破

爆破采用多段管（12 ～ 14段），限药量（最大段药量不超过0.9 kg） 控制技术进行爆破落矿。炸药为2号岩石粉状铵锑炸药，直径Ø32 mm，长200 mm，每卷药量150 g，炮眼填塞长度 0.3 ～ 0.4 m［2］。装药完毕，将各工业非电秒塑料导爆管脚线拉拢捆成一束，用一发磁电雷管配子母铜钱连接起爆器起爆，炮眼利用率达98％以上。

2.3.5 出矿

出矿用人力手推车出矿。回采进路（或分层平巷）采下矿石，用人工装入手推车内，人力推车卸入采场脉外井，经放矿闸门放入0.75 m3侧卸式矿车用3 t窄轨电机车运出地表卸入地面矿仓，最后用5 t东风汽车将矿仓矿石倒运至人工手选厂选矿、销售。

2.3.6 支护

工作面支架是用未暂时维护回采工作空间的。回采中工作面支架有木棚子、木立柱、金属飘杆、木栏、木垛和矿石充填料。

分层平巷一般采用碗口节木棚子支护，间距0.6 ～0.8 m，随分层退采，压力加大，木棚子间距加密到0.3 ～ 0.4 m或密集支护。

进路也以一梁两柱木棚子支护为主，间距0.3 ～0.4 m，随着二、三进路的回采，对一进路（或二进路）压力大的部位加单木立柱或双木立柱加强支护，回采中提前暴露的地梁用木立柱先支护。

分层回采中，在上盘或采场东侧边角有时会残留三角矿（如图3所示）为回采残留三角矿，用金属飘杆先支护，后对分层平巷炮眼（眼深1.0 ～ 1.2 m）爆破落矿，三角矿便从顶板光滑弱面呈粉状滑落，并同回采分层平巷矿石一起出净。分层回采上盘（或上下分层接延处）漏（垮）顶时，用金属飘杆支护后再处理漏顶和补假顶工作。还有的分层平巷与旧平沿脉巷相交，旧巷内堆有巨块废石，分层平巷难于前进，更无法铺设金属网木地梁假顶，为保证下分层回采不漏顶，也在平巷废石堆下打金属地飘预控底（顶）支护，见图3。

图2 软（a）硬（b）矿层炮孔布置

图3 金属飘杆预控顶布置

采场内有旧探井和穿脉。井内充满废石和矿石，严重影响每一个分层的回采和金属网木地梁假顶铺设，于是用木栏对旧天井进行侧封，经两个分层对旧天井侧封支护，便可让旧天井全部消失，实现分层正常回采。旧穿脉用木栏支护，控制了上盘片邦废石涌入采区，避免矿石贫化。

旧巷顶上分层回采中，提前用木支架和木垛支护旧巷后方能回采。用矿石充填（满）原旧沿脉巷冒顶空洞（场），随分层回采下降，在矿石充填体上铺设金属网木地梁假顶，并逐层回收空洞充填矿石。这些特殊支护措施有效地保证了旧巷顶上分层和采场空洞范围内的安全回采，降低了采场矿石损失贫化率。

2.3.7 人工假顶铺设

1） 人工假顶材料

根据矿区材料，人工假顶选用金属网木地梁假顶，假顶由地梁、金属网（隔绝物）、杂物（缓冲层）和覆岩组成。

地梁小头直径Ø140 ～ 160 mm，长2.6 ～ 4.0 m栗木。金属网为汽车废轮胎钢丝，钢丝直径Ø1.4 mm，用双根拧成一股纺织成网，网长3.0 m，宽1.5 m，网目30 mm×30 mm ～ 40 mm×40 mm，重量5.8 kg/床。缓冲层为劈柴、箱木。覆岩是在首采分层回采中，采用小直径接杆深孔（3.8 ～ 4.0 m）强制崩落采空区顶板（或自然冒落）形成，厚度4 ～ 6 m。

2） 金属网木地梁假顶铺设

分层平巷及进路回采矿石出净，接着沿分层平巷（或进路）按间距0.3 ～ 0.4 m挖地梁沟，沟深为地梁直径，沟内铺栗木地梁，地梁间用碎矿石充满，地梁用搭接形式相接，接头长0.4 m，用10号铅丝捆扎两道，把数根地梁接成一条平直完整的长地梁至矿体两端（分层平巷内）和矿体上下盘（进路内）。地梁铺好，将金属网交错铺在地梁上，用3寸钉钉紧，金属网间达口深0.2 ～ 0.3 m。矿体上下盘分别加长、铺金属网1.0 m、0.6 m。进路间金属网用10号铅丝编接成一整体，过棚腿时将网剪开包住棚腿编平。铺好的金属网一定要（铺）平、拧紧、不能发生弯曲和空窝，网上压大块废石，以防错动。这样，地梁是承受崩落岩石的重量，金属网则是借本身结构将废石隔于金属网之上，将整过崩落区形成一个暂时的整体，而采空区破坏支柱，在放顶后交错置于金属网上，形成一个有利的缓冲层，加上首采分层崩落下来覆岩层的结合就形成了完整的假顶。

2.3.8 采场通风

采场各分层回采均为独头巷道作业，为解决通风问题，采用两班制作业，凿岩爆破机械通风八小时后，在进行支护、出矿、铺金属网木地梁假顶等工序作业。这样，新风由脉外井进入分层联络平巷至采场工作面，工作面有毒有害气体被稀释冲淡，污风靠机械通风经分层联络平巷、脉外井排到2610回风平巷至地表。

2.3.9 采场地压控制技术［3］

分层回采中，经常发生支架破裂声、压弯（裂）或折断，分层平巷两侧矿石片邦，随回采进路条数（暴露面积50 ～ 80 m2）增加，先采进路金属网下垂，假顶沉降0.5 ～ 1.0 m，个别地段假顶塌落，上盘泥岩片邦、冒顶、或无假顶而漏顶，回采线上压力随回采时间增加面加剧等等。对这些采场地压活动，我们采用的采场地压控制技术如下。

1） 建造足够厚度的覆岩

坚持首采分层强制崩落顶板方法放顶，确保金属网木地梁假顶上覆岩层厚度不小于4 ～ 6 m，覆岩块度0.3 m×0.3 m×0.3 m以内，覆岩层内无巨块央石和空洞。

2） 分层回采坚持按“采三、放二、留一”的回采工作面参数放顶

进路回采压力向进路推进方向发展，当进路采完3条时（15 d左右。悬顶距6 ～ 7.2 m，放顶距4 ～ 5.2 m，控顶距2.0 m），第一、第二进路个别支架出现倾斜、断裂和折断，待采进路矿石片邦，分层平巷支架出现破裂。此时，维护好第三条进路，在第二、第三进路（即放顶区未放顶区之间）架设一排密集支柱，同时回收第一、第二条进路可回收的木支架，对不能回收的在梁、腿（或柱）上捆扎小药包（0.3 ～ 0.45 kg）崩断（倒）支架梁腿同时放顶，使金属网木地梁假顶失去支撑，均匀规整地降落在回采分层假顶层上。放顶后压力能量释放，待采工作面及分层平巷压力突然消失，如图4示。

图4 有缓冲空间压力分布情况

3） 坚持分层平巷布置于分层矿体中央，由分层平巷两端分别开进路上下盘退采至分层联络平巷的回采顺序

这样，分层平巷在假顶下，压力小、维护量小，不会出现漏顶；而进路回采接触稳固性差、压力大的上下盘时间短（两个班），有利地压控制。

4） 控制爆破落矿，及时木支护采场假顶

爆破落矿均在巷道（分层平巷和进路）中进行，根据矿石软硬程度采用不同的炮眼布置（如图2所示）和段管（12 ～ 14段）限药量（最大段药量0.9 kg）控爆技术爆破落矿，确保了地梁、金属网完好，工作面木支架崩不倒（断）。爆破落矿后金属网木地梁假顶暴露出来，及时用木棚（或木立柱）支护。每班进入采场作业前，坚持对采场木支架（木立柱）受力状态进行监测、加密和更换，有效地控制了采场地压活动，保证了回采安全。

5） 应用金属飘杆预控顶技术控制采场局部地压活动采场回采时，局部位置会发生小范围地压活动（如漏顶、冒顶或上下分层假顶结延处垮塌等）用金属飘杆先进行支护控顶，使局部地压活动得于控制后在进行回采作业。

3 主要技术经济指标及材料消耗

急倾斜破碎中厚富锰矿体用金属网木地梁假顶分层崩落采矿法回采工艺已十多年，总采出矿量348 938 t，出矿品位46.3％，取得的技术经济指标见表1～2。

对云南省鹤庆锰业有限责任公司金属网地梁假顶分层崩落采矿法的研究与应用，其成效主要有以下5个方面。

表1 主要技术经济指标

表2 主要材料消耗

1） 技术经济指标显著，平均矿石回采率93.45％，废石混入率3.7％，矿房生产能力42 t/d；

2） 采场地压活动的基本特征是随进路回采出现的重力场顶压，采用“采三、放二、留一”放顶步距等多种地压控制手段对采场地压进行控制，保证了回采安全。

3） 采场落矿是在综合矿层坚固性、矿岩软弱结构面及3个自由面下用控制爆破技术进行爆破落矿，爆破效果良好。

4） 该采矿方法采用脉外采准，两个分层布置一条联络平巷，减少了采准工程量，下盘分层联络小井（供人行、出矿、通风、材料出入）随回采逐段形成，不仅取消天井维护费用，而且增加了回采中的安全性。同时，方法结构及回采工艺灵活，对形态多变的矿体适应性强，作业简单，易于掌握。

5） 金属飘杆预控顶技术应用在上盘残留矿石的回采、垮顶处理、漏顶补顶和无假顶条件下的分层回采量是有效的。

4 结 语

在生产过程中，有待改进的地方主要有：采场出矿劳动强度大，应用法提高运搬工作机械化程度；采场支护及造假顶木材耗用大，应尽量多回收木材，同时寻求有效的材料代替木材。

［1］ 解世俊. 金属矿床地下开采［M］. 北京： 冶金工业出版社， 1992，（7）： 12-14.

［2］ 陶颂霖. 凿岩爆破［M］. 北京： 冶金工业出版， 1989，（4）： 11-14.

［3］ 郑永学. 矿山岩体力学［M］. 北京， 冶金工业出版社： 1988，（9）： 13-17.

Experiment and App lication of Downward Slicing and Crumbling M ining M ethod for Steep ly Inclined Broken M edium-sized Rich M anganese Ore Body

FU Lin
（Heqing Manganese Co.，Ltd.， Heqing，Yunnan 671500，China）

The structure of workings， get-ready slicing arrangement， stoping technology， workings' ground pressure control， major technical-econom ical parameters， material consumption， assessment and improving suggestion of downward slicing and crumbling method for steeply-inclined broken medium-sized rich manganese ore body of Heqing Manganese Co.， Ltd are introduced.

Manganese m ine；Ground pressure control；Slicing and crumbling method arranged get-ready slicing project outside the m ine

TD853.391

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.03.012

2016-07-07

傅林（1969-），男，云南鹤庆人，采矿工程师，生产技术部部长，研究方向：金属矿山地下开采，手机：13987247320，E-mail：308903088@qq.com.