中厚近水平矿体采矿技术探讨

金宇松　黎文斐

摘要:开磷集团牛赶冲矿段E65～E66S+120在970m水平由于受F41大断层及其派生断层的作用,矿体在倾向上变缓,厚度叠加,形成中厚近水平矿体。由于以前的矿体都是倾斜矿体,矿体发生变化,就决定了采矿方法也要发生一定的变化。文章针对中厚近水平矿体采矿方法进行探讨,可供相赋存相近的矿体开采参考。

关键词:中厚近水平矿体;开磷集团;牛赶冲;人工砼矿柱;采矿技术

中图分类号:TD853

文献标识码:A

文章编号:1009-2374(2009)19-0176-02

贵州开磷集团是集科研、采矿、化工、经贸、建筑安装于一体的大型国有化工企业,是我国三大磷矿石生产基地之一,有“三阳开泰”之称,开磷集中了全国70%以上的优质磷矿石。开磷集团牛赶冲矿段E65～E66S+120在970m水平由于受F41大断层及其派生断层的作用,矿体在倾向上变缓,厚度叠加,形成中厚近水平矿体。由于以前的矿体都是倾斜矿体,矿体发生变化,就决定了采矿方法也要发生一定的变化。本文针对中厚近水平矿体采矿方法进行探讨,可供赋存相近的矿体开采参考。

一、矿床开采技术条件

(一)地质条件

牛赶冲矿段下盘矿磷矿床属浅海～滨海相大沉积磷块岩矿床,矿体产于陡山沱组上部,呈较稳定层状,中等稳固,厚度3～5m,体重2.9t/m3,节理发育,凿爆性好,与上覆灯影组白云岩(直接顶)呈平行不整合接触。

矿体走向南北,倾向为东西向,倾角30°左右。牛赶冲下盘矿在E65到E66S+120之间在970m水平由于受F41大断层的影响,属于下盘矿体的尾部,矿体在倾向向变缓,倾角为0～10°,在倾向上长90～100m,矿体厚度增厚,达9～12m,属厚近水平矿体。

(二)矿床开采岩石力学条件

矿层底板为灰绿色细砂岩,局部属中粒砂岩,呈中厚层状产出,致密坚硬,普氏系数f=7.3～15.9。

磷矿层由呈粒状结构,致密块状,条带状构造的磷块岩构成。磷块岩菱形节理发育,沿节理面有泥质充填,易冒落,不稳固,f=6.2～22.2。

矿层的直接顶板为含锰硅质白云岩,中等稳固。

二、课题开展前的采矿方法

由于在牛赶冲矿段近二十年的采矿史上,遇到的矿体一直都是倾斜矿体,且矿体厚度不大,遇到厚水平矿体还是第一次,在采矿方法上还是采用老采矿方法房柱法,在采矿过程中出现了如下问题:(1)由于只沿顶板掘进了一条采准巷道,切割过长,达90～100m,影响矿房的形成时间;(2)回采形成的空场大,对人员作业和设备出矿形成较大的安全隐患;(3)由于矿体厚度增加,留设矿柱造成矿石损失,回收率没有相应的提高;(4)形成单一的采场,矿石生产力低,每班只有300～400t,没有很好地发挥设备应有的效率;(5)由于底板矿石没有很好地进行回收,也造成了矿石的损失。

针对以上问题,成立了课题组进行了采矿方法的探讨。采矿方法选择时要遵循以下原则:(1)确保人员和设备的安全,这是任何矿山企业生产的主题,有了安全才有效益;(2)采矿技术简单,开采工艺易于掌握,采矿方法适应性强,生产机动灵活,能为相同或相近条件下的矿体引用;(3)采场生产能力大,效率高,能满足矿山生产扩建的需要,作业安全,成本低、矿山经济效益好;(4)资源是不可再生的,要尽量多回收资源,矿石回收率有提高;(5)充分利用矿山现有设备与设施,尽量不增添新的设备,不改变原有系统与开采方式。

三、课题开展后的采矿方法

矿区经过方案优选和现场实际,对采矿方法做了一定的修改,采用切顶进路房柱空场法:在盘区开拓巷道掘到矿体后,沿矿体倾向先掘一条切割通矿体边界,再沿倾向上每隔20m沿走向布置采准巷道(布置4条),采准施工到位后,沿走向每隔10m布置切割(切顶进路)把各条采准巷道联通。

(一)工程布置

根据矿体赋存,开拓巷道布置在E65s+150处,开拓巷道掘到矿体后沿矿体倾向先掘一巷道到达边界,沿倾向上每隔20m向S、N掘进采准巷道,采准巷道掘进到位后,沿采准巷道在走向上每隔10m巷倾向上拉切割。通过以上采准和切割工程的实施,就把整个矿体分成了若干小矿块,使采空区变小,且能形成多个矿房同时进行回采,提高了采场生产能力。

(二)采准及切割断面形状

根据矿体赋存采准及切割都设计成上宽下窄的梯形,上宽5.5m,下宽4.5m。

采场结构尺寸与采准顺序如图1所示:

(三)采准及切割支护

为了保证作业人员和设备的安全,开磷矿业总公司安全管理规定:作业人员必须在有支护的顶板条件下进行施工,禁止在无支护顶板条件下作业。采准及切割采用锚杆挂金属网支护,局部地段采用钢筋网。锚杆支护间排距为0.8～1.0m×1.0～1.2m。比较破碎地段采用还加打锚索进行支护。临时支护空顶距不能大于2m。

开磷所用的锚杆种类有:管缝式锚杆、砂浆锚杆和树脂锚杆三种,管缝式锚杆长度有1.5m、1.8m两种,砂浆锚杆和树脂锚杆长度为2～3m。采用1.8m的开缝式锚杆。

金属网采用8#的铁丝,钢筋网为直径6mm的钢筋。网格为100mm×100mm,钢筋每张网大小为2000mm×2000mm。

砂浆锚杆和树脂锚杆杆体采用￠18的螺纹钢。

锚索为￠14的钢绞绳,长度有5.3m、7.3m、8.3m。具体根据矿体顶板假顶层厚度进行确定。

(四)回采顺序

1.对切割进行起底。

2.切割起底到位后,施工人工砼矿柱对顶板进行支护。

3.砼矿柱保养期到后,对豆腐块进行回收。回收小矿块时先回收上部,对顶板进行支护,回收下部,起底回收底部。

(五)回采工艺

1.采场凿岩。采准切割工作完成后即可开始采场凿岩。采用浅孔和中深孔配合进行落矿,浅孔凿眼设备采用7655机进行,钎杆长5m,孔径38mm,炮眼排距1000mm,间距70mm。中深凿眼采用SIMBA凿岩台车进行,眼深根据实际进行确定,孔径51mm。采用浅孔和中深孔配合落矿,既对顶板很好地进行了支护,由使采场能力得到了提高。

2.采场爆破。采用装药器或装药台车进行装药,2号岩石炸药,以切割作为自由面,沿采场全断面拉开,第一次切采爆破时,切割前端2.5～3m的矿石与切采同时爆破。采场全断面拉开后即可进行分次爆破,每次爆破3～4排,后退式回采。

采用非电毫秒导爆管,同排同段,各排分段加导爆索并联网络一次起爆。非电毫秒导爆管药包,装在距孔口2.5～3m处,各排导爆管脚线分别用胶布固定绑紧在20m的起爆索上,再将起爆索与专用起爆器的电源线进行连接,用专用起爆器进行起爆。

3.采场出矿。采用TORO400E电动铲运机或ST-6C柴油铲运机出矿,倒入出矿溜井,由142汽车拉到指定卸矿点。

4.顶板管理。采准和切割采用锚杆加金属网(钢筋网)进行支护,局部地段还加打5.3m长的锚索进行支护,永久支护采用人工砼矿柱进行支护。

(六)采场通风

新鲜风流由下中段平巷经脉外出矿横巷,进入斜坡道,经分段出矿横巷至凿岩出矿巷道,进入采场。

采场污风由通风井排入上分段采准平巷排入斜坡道经中段大巷由中段大巷两翼的抽出式风机抽出地表。

(七)采矿主要技术经济指标

采矿主要技术经济指标见表1:

四、结语

经过现场实践可知切顶进路房柱采矿法的优点为:(1)安全;(2)形成多各矿房进行回采,生产能力大;(3)矿石回收率高;(4)可用废石进行施工人工砼矿柱,减少了废石的排放量和运输废用。该方案适合在中厚及厚近水平矿山应用与推广。

参考文献

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[2]古德生,李夕兵.现代金属矿床开采科学技术[M].冶金工业出版社,2006.

[3]钟义旒.金属矿床开采[M].北京:冶金工业出版社,1998.

[4]解世俊.金属矿床地下开采[M].北京:冶金工业出版社,1994.

基金项目:国家科技支撑计划课题《复杂矿体高效无废开采关键技术研究》(基金编号:2007BA08B01)。

作者简介:金宇松(1973-),男,贵州贵阳人,贵州开磷集团矿业总公司采矿部安全生产技术室主任,研究方向:巷道掘进和采矿管理、设计。