复杂条件下急倾斜中厚矿体安全高效采矿方法研究

复杂条件下急倾斜中厚矿体安全高效采矿方法研究

李文相

身份证号：532929198707160950

摘要:本项目针对永善金沙矿利用传统开采技术生产能力低、工效低、安全条件差、劳动强度大等问题，以大直径深孔开采技术为研究对象，选取金沙矿区进行现场应用试验。试验结果表明:与分段空场法相比,中直径深孔阶段空场采矿法矿块生产能力翻番、采矿成本下降15.47%、炸药单耗降低11.76%、损失率降低了9.9个百分点,创造了良好的经济效益和社会效益,对中小型矿山具有重要的推广意义。

关键词:急倾斜中厚矿体;采矿方法选择;场采矿法;工业试验

引言:

永善金沙矿业有限责任公司多年来采用分段式矿房法进行大倾角中厚矿体，其机械化程度低，劳动强度大，生产效率低，采场生产能力低，采切工程量大，生产成本高，生产压力大，同时采场多，井下作业人员多，矿山生产安全管理难度大。针对以上问题，永善金沙矿业有限责任公司正积极寻求安全、高效开采的新途径。但是，纵观国内外中、西部大倾角中厚矿体的无底柱崩落法、分段凿岩阶段的空场法以及自上而下的分层充填法，很难在大直径深孔开采中得到推广。本项目基于大口径大直径深孔大倾角大倾角大钻孔过程，通过对大口径深孔钻孔设备和爆破工艺的完善，提出一种新颖的大口径深孔分级空场开采新理念，并在永善金沙矿区开展大倾角中厚矿体的现场工业性实验研究。

一、试验采场的选择与布置

（一）开采技术条件

金沙矿区的水文地质及工程地质条件为一单一型，矿体为云英岩细脉带，含6条矿体，分别为I,l,III,IN,V,VI。矿体总体上呈平行分布，矿体之间的距离在3-20米之间，多为5-10米，倾向50-70，自南向北有逐渐增大的趋势。其中，I号矿脉是最大、含矿性能最好的一条，它是一条重要的工业矿体，它的走向和实际厚度分别为460米、1-18米、水平厚度1-21米、产高程680-820米。

本次试采区在金沙矿区一号矿体进行工业性试验，经过全面论证，最后选定了620米中段12-14线段的采区为试验区。实验采场上部为4.20×104m3采空区，周围和下面都是未采完的矿石和岩石，矿体的横向厚度12m，倾向340°，倾角83.8°，上部分布着一条平均宽约20m的破碎带，总体来说，矿体的赋存情况比较复杂。

（二）采矿方法选择

我国矿业发展历史较长，有许多百年以上的矿山，这些矿井通过对现有的小断面采准工程持续进行技术升级，使矿井的机械化程度逐渐提高，传统开采方式发生了革命性的变化，经济与社会效益得到了极大的改善。以大口径深孔开采为代表的大倾角、厚大矿体，深孔开采为主要手段，通过深孔开采，实现了矿产资源的安全、高效开采。

通过对采矿工艺情况的分析，对国内外同类矿井进行了调查，并根据采矿方法优选和模糊综合评价的原则，选择了以先进凿岩装备为依托的中径深孔分段空场采矿法。通过理论分析和数值仿真，对实验采场的采场进行了长80米、宽14米、高50米的结构设计。本项目拟采取分期采矿法，在矿体内、外联合布设，即实验矿块沿矿体走向80m，工作面两侧各留6米厚的中间支柱，竖向保留12米厚的临时顶支柱，在顶板下面沿矿体轮廓开挖一个深孔钻孔孔眼，洞室宽度超出矿体轮廓0.75m。深孔凿岩硐室中部预留3m厚条状柱柱，以保持同室的稳定性，在矿体下盘脉外侧设置准斜坡，将上中部与凿岩童室连通，巷道西侧设置切天井，下部设置10m高的坑底结构，采用中深孔凿岩爆破，在底板上形成V型受矿底结构，从切开天井起，进行深孔拉槽爆破，作为爆破补偿空间，实现全断面横向崩落，崩落的矿石通过单侧进路由铲运机出矿到中部运送矿车，并通过单侧进路出矿。采场布局见图1。

图1中直径深孔阶段空场采矿法(单位:m)

（三）采切工程布置

试验采场开挖基准工程为中段620m的脉运输巷、出矿平巷、出矿进路；在深孔659m时，采用凿井室、凿岩巷；659m—670m中段为一类具有代表性的“类斜坡”。切割项目包括拉底巷、横巷切割、天井切割、竖井、人行广场等。

采矿工程的施工程序为：在620米中部矿体脉距10m开挖2.8米出矿平巷，沿出矿平巷间隔约10m开一条2.8米×2.8米的出矿进路，与拉底平巷成60°角的相邻12煤层的3个出矿进路向西倾斜；邻14线⒉一条出矿进路，与拉底平巷成45度角，在矿体内沿走向修建2.8米×2.8米的拉底平巷，掘进速度快。在西侧竖向拉底平巷中设置一个2.8米×2.8米的横巷，再往上开挖一个3.0米×1.5米的长方形切天井，一直到659米的水平。自东向上开挖3.0米×1.5米的长方形溜井至659米水平，以保证出渣及回采通风。从670米中部下盘开挖3.0米×2.8米的准斜坡到659米，随后在此基础上，在此基础上，在两个5.5米×2.8米深孔凿岩硐室内，两个铜室之间留3m厚条形矿柱，平行碉室北端上部开挖一条2.8米×2.8米的中深孔凿岩巷，用于顶煤的回采。由于矿体围岩稳定，上述工程可以不采用任何支护。供试采场的采伐量详见表1。

表1试验采场采切工程量

二、回采工艺

（一）凿岩爆破

中深孔钻孔，用YGZ-90型钻机打60mm孔，在掏槽中设置上中深孔，间距0.8米，间隔0.8米。拉底巷采用孔口距0.2-0.4米、孔底距1.5-2.0米的扇形中深孔，第一行和第二行均设加固排，排距0.8米，后排间距1.2米。在孔底起爆、孔内双发毫秒步速导爆管雷管，炮孔用炮泥封堵，炮眼的封孔长度不得少于1.0米。中深孔拉槽是利用切割天井作为补偿空间，通过爆炸产生切削立槽，而中深孔拉底则以切削立槽作为补偿空间，对整个采场进行横向崩落，从而形成V型槽沟。

深孔凿岩时，利用CS100H潜孔钻机向下打90mm孔，孔间距2.0米，孔距2.0米-2.4米，孔斜与矿体倾斜方向相同，孔深25米左右。水孔处填充70毫米的卷装乳化炸药，干燥的孔洞则填充有孔的颗粒状的氨油型炸药。孔底采用钢丝悬挂80mm的堵塞物，然后充填钻渣1.5米，孔内配置两根毫秒延时非导雷管；在持续充填过程中，孔口出现了2.0m的钻渣堵塞现象。深孔拉槽是利用切割天井的方式进行的，它是通过多次爆破来实现的。近采空区一侧应设一道不少于1.2米高的防护栏，以保证铜室内工作人员的人身安全。

（二）采场通风

爆破结束后，巷道工作面的通风时间td大于30分钟，工作面的通风时间ts大于2小时，并且在检查确认没有危险的情况下，才能进行爆破区的施工。实验采场爆破落矿后，采场出矿进路变成了独头巷，为了保证通风质量，必须在出矿平巷和12号巷道中布设一台风机，以增强通风效果。为防止659m水平钻孔孔口发生风流短路，需在670m中部行人井井口加装一块常闭式盖板，以保证新鲜风流由采准斜坡道进入凿岩室室后能冲洗工作面污风，最终由切割天井回风至670m中段专用回风巷。

（三）采场出矿及二次破碎

每次可进行6~10行中深孔或2~3行中深孔的爆破。通过出矿进路和出矿平巷，装上0.75m3矿车，沿着620米中部脉运输巷向地面选矿厂输送，2022年1-12月平均出矿台效89.86t。在出矿时，对不能铲入的矿石采用二次爆破，计算出矿时的大块率及二次粉碎所需的药量。

（四）采场支护

在凿岩桐室及出矿底面的构造中，一般不需要支护，若遇有不稳定处，一般采用锚杆、锚网、锚喷网等来支护，防止因爆破震动造成的冒顶片帮、落石等伤人事故。在实际工程中，如果遇到很大的不稳定，采用常规的支护方式难以确保其稳定，则应根据实际情况，采用钢架、锚杆、砌筑三种支护方式。

三、结语

采用大直径深孔分段空场采矿法进行试采，具有安全、高效、技术可靠、生产能力大、机械化程度高、劳动强度小、单耗低、矿石损失率低、贫化率低等特点，可为平钨矿山安全、高效开采提供参考。

参考文献：

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