0 前言

某锡矿是一座小型矿山, 生产能力为50t/d, 技术力量薄弱, 未进行正规的开采设计, 一直采用“巷道式”见矿采矿的方式进行采矿。1981年V₁矿体50m中段以上近万t矿石因采区大崩塌被充填物压死, 这些矿石品位高, 质量好, 但地质条件复杂, 矿体松软, 有些边角矿体无地质资料, 边界不清, 难以进行二次圈定; 且开采技术条件差, 回采时只能边采边探, 工效低, 经过两年多时间的回采, 仍有5 000t左右矿石未采出。为了更好地回收矿产资源, 提高矿山的经济效益, 该矿与赣州有色冶金研究所合作, 根据矿体赋存状况以及地表允许陷落等诸多因素, 开展了刚柔性假底结合的分层崩落采矿法试验研究, 并选定V₂矿体503采场作为试验采场。通过三年的试验应用已采出矿石18 740t, 实现产值272万元, 试验获得了成功。目前, 矿山已熟悉和掌握了这种采矿方法的工艺和技术要领, 已成为该矿难采矿体的基本采矿方法, 并取得了较好的经济效益。

1 地质概况及开采技术条件

V₂矿体赋存于矿区东部, 走向N30°E, 走向长度: 80m中段16m、50m中段34m;平均厚度7.4m, 倾向S50~ 60°E, 倾角80°。矿体受后期构造破碎带控制, 呈不规则状, 头部较肥大与V₁₁号矿体尾部相接, 尾部较小尖灭于破碎带之中。矿石主要是氧化矿, 湿度大, 易粘结, 部分可塑, 呈矿泥状产出, 极不稳固。矿泥中夹有块度几厘米至一米不等的砾石。

矿体上盘围岩是厚达20m以上的张扭性破碎带, 极不稳固、易片帮冒顶。与矿体接触部分的黑色粘土夹大块石灰石砾石, 破碎带大部分是黑褐色的含砂粘土。下盘围岩为大理岩, 较稳固。50~ 80m中段矿石品位:锡0.898%、铅2.3%、锌1.146%、银107.5 g/t。

2 分层崩落采矿法试验 2.1 采场结构

采场高为阶段高度30m, 长度34m, 分层高度2.3m, 采场结构如图 1所示。

2.2 采切工程布置

采切工程, 有采准天井、分层联络道和分层平巷。

采准天井规格为2.0m×1.8m, 天井分两格, 天井上段行人, 运送材料, 下段出矿。由于受工程地质条件所限, 难以选择合适的天井位置, 经实地考察, 在矿体南端上盘和下盘各布置一条天井(见图 2)。南天井是利用相邻原生矿采场5023的顺路天井, 此井下段22m三面临空区, 空区为废石充填体, 天井用混凝土支护, 天井北面围岩较稳固。在此特定条件下联络道只能沿北边开掘。北天井是新掘的。

分层联络道规格为2.1m×2.3m, 将天井与矿体相联。

分层平巷规格为2.1m×2.3m。具体位置由每分层设计时确定。

2.3 回采工艺

分层崩落法的特点由上而下逐层回采, 每一分层回采以进路方式进行。进路高度为分层高度2.3m, 宽2.1m。进路的规格主要是依据装矿设备和坑木的外型尺寸来确定。在分层设计和工程布置时要结合上分层承载绳的方向进行, 使放顶后承载的一端压在底板上, 另一端压在顶板上。回采顺序均为向天井后退式回采, 在联络道附近收层。回采工艺由凿岩、爆破、通风、支护、出矿等工序组成。

2.3.1 凿岩爆破

V₂矿体的矿石呈泥状, 极不稳固, 凿岩爆破作业较简单。当不含夹石时, 用手工打3~ 4个眼进行松动爆破; 遇大夹石时, 用YT-25型凿岩机凿岩。炮眼距假顶控制在0. 4m。采用2^#岩石炸药, 人工装药, 非电起爆, 装药系数0.3~ 0.4。

2.3.2 通风

因分层崩落法的工作面是独头的, 无法形成贯穿风流, 通风条件差, 为保证工作面的通风, 在天井口安装局扇向工作面压入式通风。

2.3.3 采场支护

通风除烟后, 立即进行支护, 以防止悬顶时间过长造成漏顶。支护形式有两种, 一为木棚子, 二为立柱。当分层平巷或进路与上分层的地梁呈对应位置时, 采用立柱支护, 有时由于矿体变化等原因, 上、下分层位置不对应时, 只能用棚子支护。支柱脚下应垫入300mm×200mm×50mm的木板或半圆木, 以增加承压面积, 防止支柱插入底板内, 造成回柱困难, 支柱间距为0.5m。支柱架设要求整齐, 棚子间需用横撑木联接, 以增加其整体性和稳定性。

2.3.4 出矿

用小型轨道车人工装运出矿。

2.4 铺底

本分层的假底是下一分层的假顶。假底质量的好坏不仅直接影响下一分层回采安全, 且关系到分层崩落法应用的成败。采完一条进路即可进行铺底。铺底前先将进路中的矿石、杂物清理干净, 拆除轨道, 保持底板平整。试验采场第一分层为混凝土刚性假底, 其他分层为柔性假底。

刚性假底采用钢筋砼结构。具体制作为:长筋为纵筋沿进路方向摆放, 短筋为横筋垂直进路摆放。按20cm×20cm的网格用铁丝扎好, 钢筋直径为6~ 12mm, 纵、横筋使用相同规格的钢筋。钢筋搭接长度为20~ 30cm, 混凝土浇注厚度25cm, 设计标号为150号, 水泥B砂子B碎石配比为1：2.53：4.66, 水灰比0.72, 混凝土浇注前必须将钢筋架离地面8cm, 以防止露筋出现。注入混凝土时须进行捣实。

柔性假底由松木、钢丝绳构成。具体制作方法为:当进路清理平整后, 按1m间距挖地梁沟, 宽20~25cm, 深18~20cm, 把木地梁安置于沟内, 用碎石填平。地梁起固定承载绳和下分层支柱顶梁的作用, 在地梁上沿进路铺设间距为1.0~ 1.5m的承载钢绳。承载绳起假顶整体连接作用和稳定作用, 增加假顶承载能力。用ï13~16mm的废旧钢丝绳做成。钢绳取进路的长度或略长一些。承载绳用5^#铁钉固定在地梁上, 沿进路铺设辅助承载的钢绳网片, 网片间相互搭接, 搭接长度25~30cm, 钢绳网片用ï4~ 6mm废钢绳编织, 规格为长2.0~ 3.0m, 宽1.0~ 1.5m, 网格为20cm×25cm, 在绳网上铺隔离废石的竹帘, 竹帘和绳网用铁丝捆扎在承载绳上, 使四结构假底形成一个整体。见图 3。

2.5 回柱放顶

回柱与放顶是同时进行的。其实质是将采场内的支柱撤出, 让假顶崩落下来达到回收坑木和采区卸压的目的。回柱放顶采用JH-8型绞车, 当回柱困难时需进行破柱放顶。回柱的具体操作原则如下。

(1) 回柱绞车安置在放顶区外的分层平巷内; 采空区内要保证足够的照明, 以操作工能看清采空区为原则。

(2) 放顶前必须仔细检查分层平巷支柱受力状况, 若发现支柱断裂应及时更换或加密支柱, 以保证施工人员后撤的安全。

(3) 回柱之前必须在切顶位置加密支柱, 以达到切顶目的。

(4) 清理通道内的障碍物, 保证通道畅通。

(5) 由远到近, 由里到外逐根逐架地按顺序进行回柱。

(6) 放顶时, 先撬除支柱上的马钉, 再用回柱绞车将支柱拉倒。拉倒的支柱用ï8~ 10mm钢筋制的铁钩拖至安全地点后再运出堆存, 禁止回柱人员直接搬运刚拉倒的支柱。

(7) 放顶时, 要随时观察采场内的安全状况, 发现顶板有冒落现象时, 人员立即撤至安全地点。

2.6 采场压力观测与顶板管理

采用ADJ型支柱测力计对采场压力进行了连续观测, 具体方法为:在采场回采进路内设置观测点, 测点间距5~ 6m, 测点随切采、回采工作面推进而逐步设置。观测时, 将测力计安放在支柱下, 一天观测一次, 并对数据作统计, 随时掌握采场的压力情况, 以指导下一步的生产施工。据统计, 最大压力为93.1kPa, 最小为7.84kPa; 顶板下沉量最大为8.2mm/d, 最小为4.3mm/d。随着回采分层的下降(即回采深度的增加), 分层的压力也明显增大, 如第五分层支柱的最大下沉量达0. 5m, 这与顶板暴露时间过长有关。

顶板管理是保证分层崩落法正常生产极为重要的一项工作, 其主要内容是根据顶板压力来确定合理的悬顶距, 并制定相应的放顶制度。为维持采场正常持续生产, 顶板暴露面积应控制在40m²左右, 暴露时间控制在一个月之内。放顶制度实行过采三放二留一和采二放一留一两种, 通过几个分层的放顶实践比较, 采用采二放一留一的放顶制度更有利于回柱。

2.7 主要技术经济指标

主要技术经济指标见表 1。

3 结语

(1) 分层崩落法在某锡矿的试验应用是成功的, 对于地质条件复杂, 矿体变化大, 矿岩极不稳固, 矿体小, 矿石价值高, 需边探边回采的开采条件, 分层崩落法是一种安全有效的采矿方法。

(2) 试验采场采用脉外双天井的工程布置形式; 采用带承载绳的柔性假底结构, 在一个采场内采用刚、柔混合假底等技术是一种较好的技术, 是分层崩落法应用的一种新类型。

(3) 分层的回采作业应尽量控制各工序的作业时间, 防止出现空顶时间过长, 增大回柱难度。