分层崩落法在松软破碎铀矿体的应用

2021-08-13张德存丁福龙高宗保

铀矿冶 2021年3期

张德存，丁福龙，高宗保

(1.中国铀业有限公司，北京，100013；2.中核北方铀业有限公司，辽宁葫芦岛，125000)

某沉积变质热液型铀矿床属于国内硬岩铀矿山的高品位铀矿床，采用地下开采、斜井开拓方式，设计的采矿方法为上向水平分层干式充填法，运用无轨回采工艺，即采用凿岩台车落矿和铲运机运矿。2000年以前，主要对该矿床Ⅰ号、Ⅲ号矿体进行回采，损失率和贫化率均高于计划指标，矿山采矿生产成本较高。这主要是由于开采过程受构造裂隙发育影响，加之充填法采场暴露面积大、暴露时间长，采场上部石英云母片岩受力冒落，矿岩混合，矿石丢失频繁；而且矿体规模小，矿岩交错，难以实现分采分爆和分装分运。

为从根本上解决采场顶板极不稳定、采场发生冒顶等问题，自2001年开始改为采用分层崩落法进行开采。分层崩落法采矿具有作业比较安全、工艺简单灵活、易掌握的优点[1]；该采矿方法对于松软破碎矿石、矿体上盘围岩稳固性差、易自然崩落的矿体，仍可实现高效开采[2]。该采矿方法的主要特点是在矿体下盘布置穿脉、脉内天井、切割联络巷、分层平巷等采准工程，采场分层采用后退式斜交进路，在人工铺设的铁丝网和圆木假顶保护下，自上而下按分层高度逐层回采矿体[3]。

1 矿床地质

1.1 矿床地层

矿床出露地层为下元古界辽河群浪子山组和里尔峪组。浪子山组系陆源碎屑岩为主的地层，属滨海-浅海沉积，从总体看下部为碎屑沉积，中部为泥质沉积，上部为碳酸盐化学沉积，为一完整的海进沉积旋回。里尔峪组系偏碱性的浅海变质火山岩建造，变质岩的变质相一般为绿片岩相，局部达到了低级角山岩相。

浪子山组底部石英岩、云母石英片岩是含矿层位，浪子山组二段以上各层及里尔峪组无矿化。石英岩、云母石英片岩及受混合交代形成的混合质石英岩、混合质云母石英片岩是主要含矿岩石。

1.2 矿床构造

矿床内北西西向断裂为成矿前构造，发育于地表辽河群浪子山组地层中，产状与地层一致，常被北东向断裂切割；北东向、北东东向断裂为成矿期构造，是主要控矿构造，继承了前期韧性变形活动的构造薄弱面而形成，沥青铀矿脉多充填于该组断裂及次级裂隙中，主要发育于背斜两翼辽河群与花岗岩接触带的层间断裂；北北东向断裂为矿后构造，规模小，对矿体没有产生破坏作用。

1.3 矿体地质

矿床中矿体均为隐伏盲矿体，主要赋存于背斜构造断裂中，少量赋存于浪子山组地层中。背斜构造中的矿体主要产于背斜北翼、轴部和转折端，在平面上矿体呈叠瓦式由南东向北西以矿尾压矿尖的形式反多字型排列；在剖面上北翼矿体向北西倾斜，轴部矿体陡立、转折端矿体倾角较缓，南翼矿体不发育。总体上矿体顶部收敛，下部散开，中间直立。产于浪子山组石英岩、云母石英片岩中的矿体呈薄层状层间构造分布。

水文地质条件简单，主要是构造裂隙水，对矿体开采影响不大。

2 采矿方法

以220 m中段Ⅰ号矿体为例，对分层崩落法在松软破碎铀矿体的应用进行系统介绍。

2.1 工程地质

该工程为回采220 m中段冒落区内的Ⅰ号矿体，标高为240～260 m，走向长60 m，矿体呈透镜状，矿体沿倾向平行排列；倾向310°～330°，倾角50°～69°。矿体赋存于混合质石英岩和混合质云母石英片岩中，受构造控矿，片理发育，矿石较松软、破碎，回采和掘进中经常出现坍塌冒落、掉块现象。原充填法采场冒落区处于249 m标高以上，采场冒落区长约50 m，宽约8 m。

2.2 采场结构

Ⅰ号矿体在220 m中段划分2个采场(3404#和3410#)进行回采，采场沿矿体走向布置，采场长为30～40 m，宽为6～12 m，分层高为2.2～2.4 m，分层平巷(切割)宽为2.2 m。在采准天井两翼可同时布置采场，进深控制在15～20 m；采场分层平巷布设在矿体下盘，采用后退式斜交进路进行回采，进路宽控制在2.0～2.4 m，最小不低于1.2 m；采场无底柱、间柱。220 m中段Ⅰ号矿体采准工程平面布置及纵投影如图1、图2所示。

2.3 采准工程布置

在220 m中段3105探矿沿脉4#勘探线附近和3210探矿穿脉10#勘探线附近靠近Ⅰ号矿体下盘，分别布置3404#和3410#采准天井，天井断面为2.4 m×2.4 m，高度分别为32 m和40 m，其中3410#采准天井与上部260 m中段回风巷道相通，作为采场回采的回风系统。采准天井采用木框支护方式，天井结构设置为行人梯子间和出矿漏斗间，确保行人、提升物料、溜矿和通风安全。3105探矿沿脉和3210探矿穿脉为出矿、行人、采场进风的通道。

图1 220 m中段Ⅰ号矿体采准工程平面布置示意图

1—中段运输平巷；2—探矿穿脉；3—采准天井；4—分层平巷；5—采场支护；6—崩落区。图2 220 m中段Ⅰ号矿体采准工程纵投影示意图

2.4 切割工程布置

自第一分层开始，自上而下逐层通过切割联络巷进入矿体，并掘进至矿体端部，切割联络巷主要作为采场矿石运搬、行人、通风的安全通道。切割联络巷为梯形断面，断面尺寸2.2 m×2.4 m，联络巷与采准天井连接处采用“亲口”棚及横撑加强支护，支护圆木直径不小于180 mm，确保联络巷开口爆破作业时的天井安全。

2.5 回采工艺

分层崩落法是在人工假顶的保护下，自上而下逐层进行矿体回采；每一分层内均在切割平巷的两翼掘进斜交进路，向采准天井方向进行后退式回采，其回采工艺为爆破落矿—通风—矿石运搬—采场支护—铺底—放顶[4]。

2.5.1 爆破落矿

采场爆破落矿时，采用YT-28/29型气腿式凿岩机，孔深为1.0～1.4 m，采用直眼掏槽方式掏槽眼；除采场第一分层外，采场的顶眼距离铺设的假底不小于0.5 m。采用人工装药，装药系数为0.3～0.4，装药量控制在0.3 kg/t矿；采用非电导爆管毫秒雷管起爆。为防止爆破崩倒木棚，在爆破前加强前排木棚支护。

2.5.2 通风

采场作业时，采用局扇风机加强通风，将新鲜风流由局扇经风筒压入采场，污风经采准天井返回回风巷道。起爆前，为防止爆破飞石飞入风筒影响通风效果，可暂停通风；但爆破后作业人员应立即开启局扇通风30 min以上方可进入下一环节作业，而且作业人员进入采场前应配备CO监测仪，防止发生炮烟中毒事故。

2.5.3 矿石运搬

采用风动绞车牵引自制手扶耙斗或采用人工手推车，将崩落的矿石运搬到出矿漏斗间存放，经漏斗装入矿车，运至井底车场。此环节重点检查照明、采场顶板和支护及通风安全等情况，发现倒棚、漏顶或炮烟浓度超标时，及时采取相应措施进行处理，在确保安全的前提下进行出渣作业[5]。矿石运搬时，天井漏斗间上口隔筛要保持完好，漏斗间矿石不允许放空。

2.5.4 采场支护

完成矿石运搬后，采用圆松木对采场进行支护，分层平巷采用“亲口棚”支护形式，回采进路采用“鸭嘴棚”支护形式，支护间距为0.8～1.0 m，圆木直径不小于180 mm，采场工作面空顶距不得大于1 m。遇老采空区或冒落区时，采用自制钢管加木棚的支护形式进行超前支护，该方法是对公路隧道施工穿过极软岩石、拱顶易坍塌区域成功采用的小管棚支护技术的改进，且遵循“短进尺，少扰动”的原则[6]。

做好材料、工器具准备后，依次开展木支护、安装钢管、背帮背顶作业。钢管安装是使用风镐在木支护顶部打入一排自制钢管至破碎、松散岩体内，钢管间距为300～400 mm，使其在不稳定的岩层内部形成收缩带，并增加相应的支点和支撑力，降低岩层的挠度和弯曲应力。钢管直径为40～50 mm，长度为1.8～2.0 m，壁厚为3 mm，钢管前端加工制作成锥形。

2.5.5 采场铺底[7]115

在采场铺设人工假底是分层崩落法回采工艺中的一道重要工序，当采场进行回采作业时，视采场顶板压力情况，采完1条或几条进路时，需对采完的进路进行铺底。

铺底前，要做好采场底板整平，并且为做好下一分层的回采工作，铺设的底梁方向应平行于分层进路方向。铺底材料采用圆松木和铁丝网，先铺设圆木底梁再盖铁丝网，圆松木直径不小于140 mm，铁丝直径为3 mm，铁丝网口直径0.1 m×0.1 m，铺底坑木之间、铁丝网之间搭接0.2 m以上并绑扎结实。当第一分层铺底时，在铁丝网上加铺1 m厚的秸秆或柴禾等物，以便增加放顶后覆盖层的厚度，确保人工假顶有足够强的缓冲保护作用。

2.5.6 采场放顶

在人工假底铺设后，采取强制爆破放顶措施进行采场首分层放顶，强制崩落采场顶板和两帮围岩，使假顶缓冲覆盖层厚度达到4 m以上，给后续分层回采和保护假顶创造条件[8]；第二、三分层放顶适当进行削壁和爆破棚腿，逐步增加人工假顶保护层厚度。进入正常回采时，要确保人工假顶保护层厚度不小于7 m，顶板不存在空顶。为保护人工假顶，第二分层及其以后分层回采进路的顶排炮孔与假顶间距至少为0.5 m。

考虑采场地压管理和安全情况，采取“采三放一”或“采四放二”的方式，即采场当前分层采完3条进路放1条进路或采完4条进路放2条进路[7]117。对采完的进路进行后退式放顶，放顶前要架设好切顶柱，并停止其他进路作业。