广西大新锰矿缓倾斜薄矿体房柱法采矿探实

蒋深竹

(广西锡山矿业有限公司，广西 南宁 530022)

大新锰矿是典型的沉积型矿床，其西部缓倾斜矿段矿体薄、夹石厚、断层多、节理发育、褶皱强烈，破坏了矿岩的连续性、稳固性，回采难度大。中信大锰大新锰矿分公司及承包单位广西锡山矿业有限公司，在对该矿床的回采方法进行了多年探索、试验、总结、实践后，逐渐形成了一种适合自身条件的采矿方法。

1 区域地质概况

大新县下雷锰矿矿区位于东平—湖润—地州弧形凹陷褶皱带前弧，上映—下雷向斜西南端，矿区内褶皱、节理发育，导致了矿岩的连续性、稳固性较差。

矿床由三层碳酸锰矿和两层夹石组成，从上至下分别为Ⅲ矿、夹二、Ⅱ矿、夹一和Ⅰ矿。西部段矿体倾角变化大，20(°)～76(°)，局部有倒转现象。厚度：Ⅰ矿1.6～1.9 m；夹一7～12 m；Ⅱ矿1.8～2.0 m；夹二0.2～0.5 m；Ⅲ矿0.8～1.0 m。自然安息角42(°)～50(°)。f系数：矿石8～15；未风化岩石10；风化岩石6。

Ⅰ矿及两侧围岩、Ⅱ矿多为致密块状结构，未风化时都较为稳固，风化后中等稳固；夹二为锰质泥灰岩，块状、薄层状；风化程度不高，但易出现脱层现象。Ⅲ矿变化较大，从Ⅱ矿边界到围岩依次为致密块状、薄层、条带状；靠夹二0.5～0.8 m部分较稳固，靠围岩部分由于层状明显，层内渗入碳质泥岩增多，内部粘结力差，故稳固性变差。Ⅲ矿围岩也有类似结构，靠Ⅲ矿0.3～0.5 m部分相对稳固，0.5～1.0 m稳固性较差；所以Ⅲ矿围岩一旦破坏，往往要继续垮落0.5～1.0 m后，才能重新达到稳固。

2 设计院推荐方案

西部矿体的试采工作从2012年3月份开始，根据马鞍山矿山研究院制定的《中信大锰矿业有限公司大新分公司西北矿体采矿方法试验方案设计》，采用“品”字型结构的房柱法回采。

2.1 采场布置

研究院根据计算机模拟和类似矿山经验，设计采场垂直走向布置，宽度、斜长均为60 m左右；每30 m掘进1条上山，利用两侧和中间上山做为安全通道和切割巷道，两侧上山每隔4 m掘进双侧联络道，联络道深3 m；中间布置5个小矿房，每个矿房采幅8 m；矿房间留点柱支撑顶板，点柱规格3 m×4 m，间距6 m；顶柱连续布置宽3 m；每个矿房下部设置一个电耙硐室，采场运搬矿石通过先纵后横两道电耙耙至溜井；设计从中间切割上山开始，沿走向向两侧回采，直至两侧人行上山。保留0.5 m Ⅲ矿作为护顶矿，不予回采；对不稳固的地方安装锚杆护顶。

采场具体布置方案如图1所示。

2.2 技术经济指标

该方案在340中段Ⅱ矿3号、4号采场内试采后，统计采矿技术经济指标如下。矿房参数：采场60 m×60 m，采幅8 m，矿柱3 m×4 m；地质矿量59 940 t；采出矿量43 098 t；回采率71.9%；采切量519 m；采切千吨比12.04 m/kt；采场生产能力68 t/班。底部结构为大巷内开短溜井。

1 顶柱； 2 点柱； 3 间柱； 4 采空区； 5 人行井； 6 溜井； 7 电耙硐室； 8 矿石； 9 拉底； 10 联络道； 11 上山

2.3 方案存在的问题

该方案实施后，现场发现存在如下问题。

1)保留0.5 m Ⅲ矿护顶的办法不可靠。经现场多次试验证明，受折皱、断层影响，爆破过程中很难均匀保留住0.5 m左右Ⅲ矿；Ⅲ矿与围岩之间存在软弱炭质泥岩，黏结力差，暴露在空气中吸收水分后，极易膨胀脱落；容易大面积同时冒落，反而变成重大安全隐患。即使采用锚杆护顶，也仅仅能够托住锚杆托盘附近小范围，但周边及上层顶板仍会继续垮落。且在大面积暴露的空区下方打锚杆时，因钻机的震动效应[1]，发生片帮冒顶的可能性较大。

2)排险工作量大，顶板管理难度大。由于该方案人员经过空区线路较长，所以用于敲帮问顶的时间相应也较长，必然影响到有效作业时间。且本身排险工作存在较大的安全风险。

3)电耙作业人员的人行线路安全解决不好。特别是中后期大量空区顶板暴露出来以后，纵向耙矿时一旦发生断绳现象，人员需要从连成片的空区下方经过；即使拉底电耙道耙矿时，也要经过多个空区下方，也不安全；以致于在4号采场回采时，因电耙作业人员感到害怕而不得不放弃继续试验。

4)采空区暴露面积太大，空区下作业时间久。由于是同步推进，回采周期长，回采至中后期，采场下部是5个矿房采空区连成一片，下部采空区开始出现变化。固然可以通过增加作业人员，来加快推进速度，但对于这类危险性较大的作业面，此法必然增加了群体性伤害事故发生的风险。

5)由于处理安全占用的时间较多，有效作业时间减少，使得采场综合生产能力和工班效率都比较低。

3 目前生产实际方案

针对研究院推荐方案中存在的护顶不住、人行通道安全解决不好等问题,我们经过对后续试验矿房现场回采数据的收集总结，又参考了遵义长沟锰矿的成功采矿经验，最终形成了目前相对成熟、更为适合西北缓倾斜矿体的回采方案。

3.1 改进措施

在研究院推荐方案的基础上，我们进行了如下的改进。

1)加密上山[2]。将原来的30 m一条的上山加密到10 m一条。并且要求每条上山都要与上层平巷贯通；不能贯通的必须掘进顶部回风联络道，以保证回采过程中的人行通道顺畅。

2)提前施工联络道。提前沿上山每隔8～12 m横向跟矿掘进1条，深度不小于3 m的联络道，联络道方向指向优先回采的一侧；若作为区域内收尾的上山，必须两侧掘进联络道。

3)调整采场推进顺序。将原先的整个采场同步往上推进，调整为单个矿房依次回采，待上一个矿房回采结束，才能开始回采下一矿房。

4)改变护顶方案。将原先Ⅱ、Ⅲ矿同时回采、预留0.5 m Ⅲ矿进行护顶，调整为先将Ⅱ矿回采结束，并预留整个Ⅲ矿作为临时护顶，在回采Ⅱ矿的同时，将顶部Ⅲ矿炮眼布置好，待Ⅱ矿回采结束后，分2～3次集中爆破，对Ⅲ矿进行快速落矿和出矿的方案。同时根据之前试采经验，采幅控制在8 m左右，顶板不再进行任何支护。局部顶板不稳固时，采用缩小采幅或临时木顶撑的方式进行临时支护。

5)完善人员进出线路。人员进入采场作业面，均由上下拉底经未回采一侧的最近上山、且最靠近作业面迎头的一条联络道进入作业面；或直接从矿房对应的上山上部，下至回采作业面。若耙矿过程中发生钢丝绳断裂时，人员必须从最靠近断裂位置的联络道进入空区，将钢丝绳拉至相邻上山内后，再进行续接。

改造后的采场布置方案如图2所示。

1 高级备采； 2 上山； 3 采空区； 4 联络道； 5 备采矿体； 6 拉底电耙道； 7 人行井； 8 溜井； 9 临时底柱；10 电耙硐室； 11 崩落矿石； 12 临时间柱； 13 永久间柱； 14 永久顶柱

3.2 技术经济指标

利用该方案，同样在ⅡⅢ矿相同规模的采场内，采用短溜井底部结构时，采矿技术设计参数和生产统计数据见表1。

矿房参数60 m×60 m、采幅8 m、矿柱2 m×4 m，地质矿量32 400 t，采出矿量27 000 t，回采率83.3%，采切工程量531.0 m，采切千吨比19.67 m/kt，采场生产能力80～100 t/班。

表1 改进后采矿技术设计参数与生产统计参数对比

值得注意的是，回采率、采切比等技术指标，不仅与采矿方案有关系，还与采场参数、底部结构、矿体赋存情况(倾角、厚度、断层褶皱、顶板围岩)等也有必然的联系。

3.3 优势和不足

与研究院推荐方案相比，当前采矿方案有如下优势和不足。

3.3.1 优势

1)安全性更高。从安全通道的角度看，显然当前方案对人行通道的解决更加明确，穿过空区距离最短，安全风险最小。从顶板管理角度看，将永久保留0.5 m Ⅲ矿护顶，变成了暂时预留整个Ⅲ矿护顶，待Ⅱ矿回采结束后再快速回采Ⅲ矿，由于Ⅲ矿的整体性保留更好、界线更清晰、使得不稳固的Ⅲ矿围岩实际暴露时间更晚，所以护顶效果更好、可操作性更高、安全更有保障，同时回采率也更高。

2)回采效率更高。目前方案经过的空区距离短，排险工作量少，则每班实际有效作业时间增加。凿岩过程中，采用侧向刷帮的形式布孔，自由面更加充足；并且采矿前联络道已经施工到位，不会出现留矿柱时，无自由面、难以刷通、爆破单耗大等因素影响回采效率；特别是后期放Ⅲ矿时，都是大面积压顶，回采效率更高。

3.3.2 不足

主要不足在于采切千吨比较大，优化措施如下。

1)合理布局，暂时用不到的采切不能盲目施工；

2)在保证施工安全、成本最优的情况下，将采切工程施工断面尽可能放大，以副产矿弥补提前投入的资金压力；

3)预结算方面，通过预付款的形式，按照三级矿量平衡原则，对施工队进行资金援助，采矿用到时再扣除；

4)借鉴“品”字型房柱法的部分安排，在围岩条件允许的情况下，可以尝试将上山布置到15～20 m/条，通过中间留不规则点柱支撑顶板，以达到安全和效益的平衡。

4 下步计划

1)选择最优采幅。如最开始设计采幅7 m，但经过现场观察，发现采幅8 m以内顶板基本都保持稳定，超过8 m时便可能出现较大变化。故而将采幅调到8 m，既能满足安全要求，又将回采率提升。围岩稳定矿房，甚至还可进一步放大采幅。

2)改变间柱形状[3]。最初设计间柱均为3 m×3 m的“□”布置，按10 m一个联络道，则间柱间距达7 m；将间柱改为2 m×4 m长方形布置时，不仅面积节省了1 m2，且间柱间距只有6 m；从现场情况看，后者对顶板的支撑效果比之前者更加突出，损失矿量更少。

3) 根据现场条件适当回收部分矿柱。由于缓倾斜矿体上下空区发生垮落时相互影响较小，若下一阶段回采用不到老拉底电耙道，则可在各矿房回采结束后，对上阶段的临时底柱进行回收。若上阶段采空区稳定，则下一阶段的顶柱也可适当回收，甚至不留顶柱。间柱也类似。

4) 注意保护顶板，避免因人为破坏造成顶板垮塌而提前结束回采。如凿岩时，顶眼要距离顶板0.5～0.8 m，即能保证矿体完成崩落，又不会伤到顶板围岩。联络道不能布置在褶皱的底端，或靠近断层的位置；如哪里需要留点柱等等。

5) 利用矿体形态提高回采率。如褶皱拱起位置顶板围岩自撑效果很好，这些位置的矿体可以放心回采，而不必拘泥于采幅8 m的限制等等。

5 结 语

脱离了具体的应用环境来讨论采矿方法的优劣，是没有实际意义的。任何一种采矿方法都有其存在的原因，没有最好的，只有最适合的采矿方法。显然经过改进后的采矿方案更适合目前大新锰矿西部矿段缓倾斜矿体的回采。且随着安全要求的日益严格，安全方面的风险成本也应作为权衡采矿方法的一项重要指标进行考虑，而改进后采矿方案在安全方面也有着更大的优势。