三山岛金矿破碎带中采场联络道优化研究

赵明宣

(山东黄金矿业(莱州)股份有限公司三山岛金矿， 山东 莱州市 261442)

三山岛金矿破碎带中采场联络道优化研究

赵明宣

(山东黄金矿业(莱州)股份有限公司三山岛金矿， 山东 莱州市 261442)

三山岛金矿新立矿区是我国第一座海下开采的硬岩金属矿山，采矿方法主要为上向分层充填采矿法。矿区西南部局部矿体下盘有平均厚度7～8 m左右的破碎带，倾角几乎与矿体平行，距离矿体约20 m左右，采场联络道在破碎带处需多次短掘短支成巷，成本较高。鉴于此，笔者尝试优化采场联络道坡度，提出一种“过山车式”采场联络道设计，避免了分层联络道多次支护，缩短了施工工期，提高了作业安全系数，成功应用该设计于新立矿区5个分段共计10条采场联络道，节省费用176万元。

破碎带；采场联络道；过山车式；分层联络道

0 引 言

三山岛金矿新立分矿位于山东省莱州市，隶属于山东黄金矿业(莱州)有限公司，是我国第一座海下开采的硬岩金属矿山，开拓方式主要为竖井和斜坡道联合开拓，采矿方法主要为盘区上向分层充填采矿法[1￣11]。

采准工程设计是矿山开采设计的核心内容之一，其是否合理经济对矿山生产的安全水平及经济效益有重大影响[12]。由于上向分层充填采矿法每个矿房都需布置采场联络道，而三山岛金矿新立矿区下盘地质构造较发育，众多采场联络道施工都采用U型可缩性支架支护，在地质构造发育完全区域采用短支短掘技术，采场每分层回采完毕后，都要进行转层采场联络道压顶工作，致使每条采场联络道都要进行多次短支短掘施工，从而增加了采矿成本及采场周转时间，危险性较大，施工时间较长，掘进成本较高。

鉴于此，笔者尝试优化采场联络道坡度系数，提出一种“过山车式”采场联络道，避免了采场联络道短支短掘重复施工，增加了采场联络道服务层数，改变了原来传统的采场联络道压顶施工方法。该设计将采场联络道需要进行短支短掘的区域施工一定上行坡度的采场联络道，通过此区域后再施工下行的采场联络道，形状类似“过山车”，实现采场联络道仅短支短掘一次，即可服务2～3分层，减少每条采场联络道短支短掘10 m左右，在新立矿区应用此设计于10条采场联络道，降低成本176万元。

1 工程概况

三山岛金矿新立矿区西南部分段运输巷道的围岩是钾化碎裂花岗岩，岩石强度较低。在矿体下盘围岩中取得的试件为花岗岩：浅褐色，中粒花岗变晶结构，少量节理裂隙发育；岩石干密度为2757 kg/m3，单轴抗压强度为93.46 MPa，弹性模量为42.57 GPa，泊松比为0.246，抗拉强度为3.900 MPa；岩石试件平均波速为4568.5 m/s，粘聚力为15.63 MPa，内摩擦角为41.4°。属于松动地压，节理裂隙以及其它大型地质构造相互剪切形成了一定范围的破碎松动范围，岩石膨胀系数较小。

结构面属于沉积结构面，含水量少，部分地段潮湿，岩体结构为块体化或者碎裂化，处于其中的巷道容易发生片帮冒落。借助地质罗盘和卷尺，采用测线法在矿区西南局部区域巷道进行节理裂隙调查，采用窗口法[13￣14]对该区域进行节理裂隙调查，结果见图1。

图1 部分区域巷道节理空间分布

巷道地压显现明显，岩体呈现块体化或者散体结构，节理十分发育，贯穿性良好，结构面平直光滑，泥质充填且裸漏部分充填物潮湿，碎石易于沿结构面滑落造成巷道坍塌冒落。局部地段由于主节理和松动地压次生节理非常发育，次生节理贯穿性一般，结构面粗糙，大部分节理间距小于20 cm。次生节理与原生主节理相互剪切，使得岩体块体化或碎裂化严重，岩体稳定性较差。其中多个采场联络道沿节理倾向掘进，成巷较易，但巷道稳定性差。且新立矿区西南部局部矿体下盘有平均厚度7～8 m左右的破碎带，倾角约60°，几乎与矿体平行，距离矿体约20 m左右，使矿体开采难度加大，安全性降低，开采成本大幅增加，破碎带与矿体位置见图2。

图2 新立矿区局部矿体与破碎带位置

2 采场联络道优化

2.1 原采场联络道

三山岛金矿新立矿区原采场联络道的施工工序为：

(1) 自分段平巷向矿体水平掘进5 m左右；

(2) 向开采分段下层开挖分层联络道，并对穿过破碎带的部位进行短掘短支加强支护；

(3) 下层矿体回采完毕后进行压顶，后开挖中层联络道，并短掘短支破碎带部位；

(4) 中层矿体回采完毕后进行压顶，开挖上层联络道，并短掘短支破碎带部位(见图3)。

由图3可知，原采场联络道施工过程中各分层联络道均穿过破碎带，均需进行短掘短支，且第二分层压顶工程量较大，极大地增加了开采成本，延长了回采工期，降低了年产量，影响了矿山开采经济效益。

2.2 “过山车式”采场联络道

考虑三山岛新立矿区矿体下盘有一定厚度的破碎带，采用原采场联络道设计施工成本高，时间长，经济效益差，笔者通过现场工程地质调查和工业试验研究，提出一种“过山车式”采场联络道(见图4)。

图3原采场联络道施工剖面

图4 “过山车式”采场联络道施工剖面

由图4可知，“过山车式”采场联络道的施工工序为：

(1) 自分段平巷向矿体水平或微向上开挖联络道，采用短掘短支施工工艺穿过破碎带；

(2) 开挖各分层联络道并压顶。

由于破碎带与矿体距离沿矿体走向和倾向有一定差异，故自分段平巷开挖至破碎带的联络道(后称为“主联络道”)的坡度十分重要，其直接影响分层联络道的坡度是否满足铲运机出矿的坡度。

新立矿区西南部脉外分段平巷距离矿体平均距离为40 m左右，破碎带距离矿体20 m左右，矿体平均倾角约55°，破碎带平均倾角约60°。主联络道不同坡度时，分层联络道的坡度曲线见图5。

由图5曲线可知，上分层和中分层联络道随主联络道的坡度增大而减小，下分层联络道随主联络道坡度的增大而增大，综合考虑3个分层联络道的坡度均便于铲运机出矿，经现场工业试验后，取主联络道的坡度为6°，此时上中下分层联络道坡度分别为10°， 1°， -11°，均满足铲运机的爬坡规程要求。

图5 主联络道与分层联络道坡度关系

由图4和图5可知，经优化后的“过山车式”采场联络道极大的降低了短掘短支的工程量，缩短了采准作业时间，增大了作业安全系数，降低了开采成本，经济效益显著，在新立矿区可应用范围较广，具有一定的工程意义。

2.3 工程应用及经济效益

依据 “过山车式”采场联络道的工程应用条件，三山岛金矿新立矿区在西南部-307分段1条、-267分段3条、-228分段3条及-187分段3条等符合应用条件的10条采场联络道采用此设计，缩短了采准工期，提高了回采安全性，节省了大量采场联络道费、施工费等，大幅降低了回采成本，取得了显著的经济效益。

应用 “过山车式”采场联络道设计的10条采场联络道在采场联络道掘进、压顶施工、短掘短支施工、缩短工期的施工人员劳务费等方面共降低成本约176万，各分段节省费用明细见表1。

表1 “过山车式”采场联络道节省成本明细

3 结 论

(1) 针对三山岛金矿新立矿区矿体下盘有约7～8 m厚破碎带的特殊地质条件，提出了一种“过山车式”采场联络道的设计方案，经参数优化确定主联络道坡度为6°，上、中、下分层联络道坡度依次为10°、1°、-11°，满足铲运机的规定爬坡范围，且为铲运机爬坡的最优坡度。

(2) “过山车式”采场联络道的设计成功应用于三山岛金矿新立矿区5个分段共10条采场联络道，节约成本共计176万元，且缩短了采场联络道和分层联络道的施工工期，避免了在破碎带内多次掘进采场联络道，提高了回采作业的安全性。

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赵明宣(1980-)，男，山东临沂人，采矿工程师，主要从事金属矿山开采设计相关工作，Email:1340664915@qq.com。