锰矿采矿区褶皱密集缓倾斜薄矿体分区协同开采技术的实际应用

施运刚

（广西壮族自治区河池市建筑工程公司大新分公司，广西 崇左 532315）

在现代社会中，锰及其化合物具有广泛的功能用途，在钢铁工业、电子工业、国防工业、建材工业等多个领域发挥着不可替代的价值作用，是支撑我国国民经济的重要战略资源。但从目前来看，受到改革开放以来高强度、持续性的采矿作业影响，我国的锰矿资源已逐渐显现枯竭之势，使得采矿工业不得不涉足产状多变、风险较大的复杂矿区。据此，为了推动我国采矿工业综合效益的提升，我们有必要对锰矿采矿区产状复杂矿体的分区协同开采技术展开探究讨论。

1 锰矿采矿区产状复杂矿体分区协同开采技术的基本思路

近年来，基于社会建设、产业发展的迫切需求，我国锰矿的开采强度日益提升，使得区域内易于采集的矿产资源逐渐呈现出消耗殆尽的趋势。在此背景下，为了实现资源保护与社会发展的有机平衡，人们的锰矿开采视角逐渐向开采难度相对较大、风险隐患相对较多、矿产状态相对复杂的区域。此时，为了尽量提高锰矿开采的质量、效率与安全性，业内对于新理念、新技术、新方法的运用呼声越来越高。在此背景下无废开采、分区开采、协同开采等理念体系、技术方法应运而生。其中，无废开采即尽可能地控制采矿废料产出，在提高锰矿资源利用率的基础上，降低采矿作业对矿区环境的负面影响；分区开采即根据开采难度、开采强度、产矿质量、环境特征等因素，对同一矿区进行区段划分，并制定出针对性、综合性的作业方案，以保证采矿活动持续处在顺利、安全的状态当中；协同开采则是在保证锰矿资源开采质量的基础上，通过有效的技术手段，协调、多元地处理好其他风险隐患，如火灾风险、水灾风险、空区风险、环境影响风险等，以达到双赢甚至多赢的理想化开采效果[1]。

以上述理念、方法为基础，提出锰矿采矿区产状复杂矿体分区协同开采技术的基本思路：围绕采矿区域的地质赋存条件，从岩层厚度、矿体倾角、分布走向、锰矿质量等角度入手，对产状复杂矿体实施明确分区。在此基础上，实施出多元化、综合化的技术方法、采矿策略、辅助手段，做好各采矿区段、作业工序的顺畅衔接，从而在保证锰矿开采活动安全、稳定、持续进行的同时，协调处理好人为干预、产状变化可能引发的负面影响，以达到人与自然和谐互利的目的。

2 锰矿采矿区褶皱密集缓倾斜薄矿体分区协同开采技术在细分矿块中的应用分析

在全站仪、测距仪、GPS 设备等工具的支持下，对矿区、矿体的实际信息进行全面采集，并由此在计算机中绘制3D数字模型。在此基础上，分析产状复杂矿体的结构状态，并标记出矿体厚度、倾角、走向等明显变化的节点与分界线，由此进行锰矿开采的区域划分。在确定锰矿采矿区产状复杂矿体的开采分区后，对不同区段具体的地质条件、风险因素等进行分析，并制定出针对性的施工方案与方法策略。从目前来看，做好崩落采矿法、充填采矿法、空场房柱法、浅孔留矿法等不同关键方法的灵活运用，可满足急倾斜、缓倾斜、中度倾斜等不同矿体的开采需求[2]。

在矿体产状已经分析明确的基础上，针对褶皱密集缓倾斜薄锰矿体进一步细致划分，例如以向斜结构和背斜结构轴部为分界线，对具体的待采矿块进行矿房划分，以确定的分界线为基准对矿块进行布置采准、切割工程，这样使得矿房划分更细致、更有利于矿石回采，提高矿石回采率和出矿品位；并且由于明确对地质构造进行具体分区，更有利于安全管理工作进行分区管控，各小分区可独立也可联合管控，进一步提高了矿块回采的安全性和可控性。

最后，再做好同一矿体中各个分区的协作衔接，即可从整体上保证锰矿开采活动的安全性、高效性与优质性，并避免对矿区自然环境造成过度损伤，以此达到宏观上的最优化协同开采效果。

3 锰矿采矿区褶皱密集缓倾斜薄矿体分区协同开采技术的实际应用方案

利用分区协同开采的理念对褶皱密集缓倾斜薄锰矿体进行矿块回采设计，根据褶皱变化情况布置采切工程及确定回采方式，把一个矿块分成几个小区块，最终实现矿块高效安全回采的目的。以下为应用实例：

3.1 开采技术条件

北中部矿区345H28 采场矿体呈层状产出，矿体厚度1.7m～2m，矿体走向呈北西-南东方向，走向水平长度38m，矿体在走向方向上受褶皱影响较大，矿体呈起伏波浪状，有四个向斜和三个背斜褶皱；矿体倾向呈北东方向，受走向褶皱影响，矿体倾角变化大，平均倾角9°，斜长102.6m。矿层顶底板及围岩由硅质岩、泥灰岩、硅质灰岩、灰岩与钙质泥岩组成，褶皱发育，裂隙较少，顶底板完整性较好，属半坚硬～坚硬岩石类型，力学性质较稳固。矿体及其围岩发育有较软岩石或软弱夹层，顶底板岩层层状明显，单层岩层厚度薄，受外力影响顶板岩层易分离，回采过程中易产生片帮、冒顶等工程地质问题[3]。

3.2 采矿方法

本工程选用浅孔爆破空场房柱采矿法进行回采。矿房内矿柱根据顶板稳固性按间距4m～8m 布置，若经过断层位置时，矿柱间距不大于4m。采用从上至下后退式回采顺序，倾斜方向采用两道至三道电耙搬运矿石，漏斗装矿。

3.3 采准与切割布置

矿块内矿体褶皱密集，矿体在走向方向上形成四个向斜结构和三个背斜结构，矿体连续而起伏变化，若以常规方式按照规则平稳矿体布置采切工程，将无法回采该矿块；因此需根据褶皱构造变化情况布置采切工程。矿块位于付中段平巷以上部分，矿块下端矿体展开长50m，上端矿体展开长36m，矿块斜长102.6m；付中段平巷长度38m，断面规格2m＊2m；矿块北端向斜结构核部矿体内布置345H26-1上山，斜长103m，断面规格2m＊2m；矿块南端向斜结构核部矿体内布置345H22-1 上山，斜长103m，断面规格2m＊2m。为了更好地提供采矿爆破自由面和出矿电耙道以及更合理有效地控制顶板和加大回采强度并且提高回采率及降低贫化率，在矿块内中间两个向斜结构核部矿体内分别布置一号切割上山和二号切割上山，斜长分别103m，断面规格2m＊2m；四条上山之间每隔26m 布置1 条联络巷道，共布置3 条，联络道根据出矿方向变动倾斜方向，长度分别为27m、29m、31m，断面规格2m＊2m。矿块内根据电耙出矿需要，在每条上山中部及起口处分别布置1 个电耙硐室，共计8 个电耙硐室，规格为宽3m＊高2m＊深2m。

3.4 回采工艺

（1）回 采 顺 序。345H28 采 场 利 用345H26-1 上 山、345H22-1 上山、一号切割上山和二号切割上山作为人行材料通风通道，同时作为矿块回采空间提供采矿自由面及作为电耙耙运矿石巷道。因矿块内根据褶皱结构的情况划分了三个独立的区块，可作为三个小矿房先后独立回采，也可三个小矿房同时进行回采。为加快回采速度，本方案采取三个小矿房同时进行回采，回采工作面由上往下进行退采，四条上山同时作为采矿退采路线和电耙耙运矿石巷道，每条上山配备两台电耙。

（2）回采方法。选用YT28 气腿式凿岩机，φ40mm 梅花钻头，2.5m 中空六角钻杆；采用斜向布孔，品字形布置，孔距0.9m，孔深2.2m；使用2#岩石乳化炸药及导爆管雷管进行爆破。以上山作为爆破自由面，每次崩矿长度4m～8m，从向斜结构核部回采两翼矿体；要求每次爆破的上排炮眼距离顶板30cm；严禁破坏顶板，严格控制爆破高度，减少顶底板废石混入，最终达到提高回采率和矿石品位的目的。

（3）采场矿石运输。在每条上山中部的联络巷道侧以及上山入口处分别布置一个电耙硐室，采取两道电耙接力耙运回采工作面的矿石至付中段平巷处，付中段平巷内的矿石集中耙运至付中段下部矿段内的345H21 上山处，再由345H21 上山漏斗处的电耙耙运至漏斗，最后通过漏斗装入阶段运输巷道内的矿车[4]。电耙（耙矿绞车）选型为2JPB-30 型，电耙钢丝绳直径12mm 或14mm。

（4）矿柱布置与回采。考虑到上山布置在向斜结构的核部，在此部位巷道顶板应力较为集中，易遭到破坏导致冒顶事故，为了保证上山通道以及回采工作面的稳固性，矿柱布置在上山两侧对称位置，直径为2m～2.5m 圆柱，间距4m～8m；若遇断层或顶板遭到破坏造成顶板稳固性变差，则矿柱可改为条带型或增加矿柱直径、缩小间距。采场内矿柱不予回采，作为永久保安矿柱支撑采空区。

3.5 锰矿采矿区褶皱密集缓倾斜薄矿体分区协同开采技术的应用效果

通过合理运用分区协同开采技术，指导锰矿矿山极度难采矿体进行单体设计，根据褶皱构造的实际变化情况，把一个整体矿块划分为若干个小区块，灵活布置矿房，打破了传统矿块的布置思维，使难以回采的矿体变得容易回采，并且保证了极度难采矿体进行回采的可行性、可操作性以及安全性。

虽然存在采切工程量增大的缺陷问题，但是在总体锰矿资源越来越紧缺、国际锰矿资源售价震荡提升、难采锰矿资源比例相对增大的背景下，亦能保证矿石回采的利润空间。

利用分区协同开采技术进行矿块回采设计，提高了矿块回采率，并且安全性得到很大地提高，提高了资源利用率，避免资源浪费，同时大大提高了矿石回采的风险管控，使得作业人员的安全更有保障。

4 结论

总而言之，在产状复杂、倾角多变的矿区锰矿开采作业过程当中，合理运用分区协同开采技术，实现采矿方法、采矿分区与矿体结构的高度匹配，能显著提高锰矿开采的安全性、高效性，并降低采矿活动对自然环境的影响，整体上符合我国绿色化、科学化的采矿工业发展要求。