破碎礦體優(yōu)化和研究

1、松散破碎礦體采礦方法的優(yōu)化和研究前言西北河礦區(qū)自2010年采用點柱式上向分層膠結(jié)充填采礦法以來，布局安排和盤區(qū)規(guī)劃延此思路進(jìn)行，原礦產(chǎn)量得到了初步的保障。通過3年應(yīng)用實踐，點柱式上向分層充填采礦法成為礦區(qū)主要采礦方法。由于西北河礦區(qū)礦體穩(wěn)定性的多樣化，使得點柱式上向分層膠結(jié)充填采礦法針對不同穩(wěn)定性礦體其開采效果各異。在礦體中等穩(wěn)固區(qū)域應(yīng)用較好，如在150m中段02線盤區(qū)、100m水平21.5線盤區(qū)、50m中段3.59.5線盤區(qū)；但在以松散破碎礦體為開采對象時，普遍出現(xiàn)應(yīng)力變化大、礦巖軟弱破碎允許暴露空間小、頂板片幫冒落、作業(yè)安全性差、礦石損失率大、可供同時作業(yè)的礦房數(shù)量少、生產(chǎn)能力低等問題。為

2、更好的利用松散破碎礦體資源，減少損失、貧化，實現(xiàn)安全高效回采就成為當(dāng)前公司采礦工作的重點。同時鑒于點柱式上向分層膠結(jié)充填采礦法在我礦應(yīng)用的布局基礎(chǔ)和積累的經(jīng)驗，我們針對點柱式上向分層膠結(jié)充填采礦法在應(yīng)用中存在的局限性開展技術(shù)攻關(guān)，優(yōu)化采礦方法，結(jié)合20 世紀(jì)80 年代以來國際礦業(yè)界對實現(xiàn)無間柱連續(xù)強化開采問題的關(guān)注，并把它視為發(fā)展礦山生產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)效益最有效的途徑。我國在“九五”發(fā)展規(guī)劃中將“無間柱連續(xù)采礦”作為國家重點科技攻關(guān)項目，并在鳳凰山銅礦進(jìn)行現(xiàn)場試驗，取得了重要成果等，提出我礦采礦方法優(yōu)化發(fā)展方向既采用盤區(qū)階梯式無間柱連續(xù)充填采礦法和盤區(qū)無間柱連續(xù)充填采礦法。通過進(jìn)路無間柱連續(xù)開采和

3、盤區(qū)上下盤階梯式布置，實現(xiàn)中厚破碎礦體安全、高效、低貧化、低損失的開采。1、 開采的技術(shù)條件 依據(jù)地質(zhì)資料，西北河采區(qū)號礦體及其幾條從屬礦體大部分為盲礦體，只有少數(shù)礦脈出露地表，礦體走向近南北，傾向東，傾角64°88°，礦體平均厚度7.26 m14.63 m；礦體均產(chǎn)于接觸構(gòu)造成礦帶的內(nèi)外接觸帶中或?qū)娱g構(gòu)造破碎帶內(nèi)。西北河礦區(qū)為一套淺海相的二疊系沉積地層，受海西晚期造山運動的影響，花崗巖體的侵入作用，形成大理巖、角巖、粉砂巖及矽卡巖，礦體形成于花崗閃長巖與大理巖的斷裂接觸構(gòu)造帶中或其附近。巖性描述如下：大理巖（Ma）：白色、灰白色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為方解石。

4、產(chǎn)于礦體上盤或被花崗閃長巖體所捕擄。矽卡巖（SK）：以暗綠色為主，細(xì)中粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分有透輝石、石榴石。產(chǎn)于花崗閃長巖與大理巖接觸帶上，呈斷續(xù)條帶分布?；◢忛W長巖（r）：灰、淺灰或肉紅色，不等粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分有斜長石、鉀長石、石英、黑云母、角閃石。礦區(qū)由于斷裂作用，使巖、礦層破碎，片理化現(xiàn)象、斷層擦痕、斷層泥和滑動面普遍發(fā)育，對采礦作業(yè)的安全構(gòu)成影響。就整個礦區(qū)而言，不同地段、不同區(qū)域其巖性破碎程度有所區(qū)別，甚至差異較大。其中0線以北和913線區(qū)段礦巖破碎程度較高，穩(wěn)固性較差。0線以北巖性破碎原因是由于斷裂作用，層理發(fā)育，節(jié)理面及斷層面光滑易垮塌。913線巖石松

5、散破碎是由于礦體形成于矽卡巖化階段，矽卡巖化圍巖蝕變強烈，后期層理、裂隙的膠結(jié)作用不強，使巖礦層處于不穩(wěn)固狀態(tài)。目前具體的幾個開采中段而言，在+150M中段，0線以北至12線鐵礦體礦層及頂?shù)装鍘r層較破碎，穩(wěn)固性較差。+100M中段，0線往北主要至10線附近和913線區(qū)段穩(wěn)固性較差，特別是24線、48線礦體及頂?shù)装咫x層、破碎程度高，穩(wěn)固性極差。+50M中段與+100M中段相似，0線往北不穩(wěn)固區(qū)域延伸至12線甚至可能至16線附近；913線由于矽卡巖化蝕變強烈導(dǎo)致礦巖不穩(wěn)固，而且有向深部延伸的趨勢。二、 點柱式上向分層膠結(jié)充填采礦法點柱上向水平分層膠結(jié)充填采礦法在階段上將礦體分成幾個規(guī)則的盤區(qū)，以盤

6、區(qū)為采礦單元。采礦工藝類似于全面采礦法，自盤區(qū)巷道一側(cè)開始垂直盤區(qū)巷道向另一側(cè)全面回采，回采作業(yè)在暴露的頂板下進(jìn)行，為了支撐回采空間的頂板，空場內(nèi)按一定的間距留有不能回收的規(guī)則的點式礦柱。工作面向上分層推進(jìn)，每層又以采、出、充形式循環(huán)作業(yè)。以盤區(qū)為單元，整體回采，采切工程量小，并且整個盤區(qū)一步驟回采，能利用無軌出礦設(shè)備，生產(chǎn)效率高，但點柱永久損失，損失率略高。點柱上向水平分層充填采礦法分層回采，分層充填，工序復(fù)雜（尤其在溜井和人行井轉(zhuǎn)層等節(jié)點工程）。若利用礦山已有的脈外溜礦井，聯(lián)絡(luò)巷必須穿過上下盤廢石，施工困難。2.1、針對中等穩(wěn)固礦體為開采對象時，存在的問題2010年5月，點柱式上向分層采礦

7、法在西北河礦區(qū)02線和24盤區(qū)開始應(yīng)用，通過3年多來的推廣，點柱式上向分層充填采礦法在西北河礦區(qū)的150m中段02線、24線、100m中段的41線、911線、50m中段的810線以及3.59.5線盤區(qū)的應(yīng)用情況來看，此種采礦在礦巖中等穩(wěn)固的區(qū)域運用較好，如150m中等的02線，由于礦巖屬中等穩(wěn)固，礦房成型較好，礦柱留取規(guī)范，礦石的貧化率在5%左右，回采率在80%以上，礦柱基本保持完好，礦房回采時頂板片幫處理的難度小，安全性好等特點。但如何進(jìn)一步降低損失、貧化，實現(xiàn)安全高效回采仍然是點柱式上向分層膠結(jié)充填采礦法在我礦實際應(yīng)用中有待完善的技術(shù)難題。2.2、針對松散破碎礦體為開采對象時，存在的問題在

8、以松散破碎礦體為開采對象時，我們采取噴漿支護(hù)、錨桿鋼筋網(wǎng)支護(hù)、放大點柱為條形柱，礦房內(nèi)局部木支護(hù)等方式進(jìn)行控制，但是礦房的冒頂、頂板片幫冒落等現(xiàn)象仍時有發(fā)生，如150m中段24線盤區(qū)28川礦房在2012年5月出現(xiàn)礦房跨頂現(xiàn)象，雖采取多種補救措施，冒落高度仍發(fā)展到15m高，損失礦量1.8萬噸左右，至11月份才處理結(jié)束；100m的24線盤區(qū)，針對礦巖不穩(wěn)固采取變點柱為條形柱（損失率為40%），并采取出礦前礦房素噴支護(hù)。由于安全管控不力仍發(fā)生礦房頂部冒落造成工亡事故；50m中段的810線礦房在回采前期采取注漿固頂和噴漿支護(hù)措施，但礦體較為松散和破碎，使得原設(shè)計回采率由76%下降到50%左右。在以松散

9、破碎礦體為開采對象時，普遍出現(xiàn)應(yīng)力變化大、礦巖軟弱破碎允許暴露空間小、頂板片幫冒落嚴(yán)重、作業(yè)安全性差、礦石損失率大、可供同時作業(yè)的礦房數(shù)量少、生產(chǎn)能力低等問題，嚴(yán)重威脅了礦山的安全發(fā)展。三、采礦方法構(gòu)思的突破和方案的優(yōu)選如何能夠減少損失、貧化，實現(xiàn)安全、高效的回采松散破碎礦體，成為我礦發(fā)展的重要瓶頸。同時鑒于點柱式上向分層膠結(jié)充填采礦法在我礦應(yīng)用的布局基礎(chǔ)和積累的開采經(jīng)驗，我們針對點柱式上向分層膠結(jié)充填采礦法在應(yīng)用中存在的局限性開展技術(shù)研究，優(yōu)化采礦方法，吸取點柱式上向分層充填的優(yōu)點（不存在大面積的垮冒風(fēng)險），摒棄其安全施工風(fēng)險大、損失率高等缺點，根據(jù)松散破碎礦體開采技術(shù)條件與礦山開采方法選擇

10、原則，對國內(nèi)外與之相適應(yīng)的采礦方法進(jìn)行了認(rèn)真分析研究，初步確定采用四種充填采礦方法為優(yōu)化候選方案分別為：方案1、淺孔留礦嗣后充填采礦法。方案2、盤區(qū)階梯式無間柱連續(xù)充填采礦法。方案3、下向分層膠結(jié)充填采礦法。方案4盤區(qū)無間柱連續(xù)充填采礦法。經(jīng)過認(rèn)真詳細(xì)的方案設(shè)計后，確定出4個方案的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及優(yōu)缺點，如表l所示。表1 4個方案的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及優(yōu)缺點項目優(yōu) 點缺 點盤區(qū)能力t/d損失率%貧化率%采準(zhǔn)比Kt/m方案1生產(chǎn)簡單、適應(yīng)多種厚度礦體、充填工藝簡單，生產(chǎn)組織靈活。對松散礦體不能實現(xiàn)大面積開采，大量出礦時易引起礦房跨頂、貧化率高、損失率大、機(jī)械化作業(yè)程度低等。250151568方案

11、2生產(chǎn)簡單、技術(shù)可靠；安全性稍好；礦房多，生產(chǎn)能力大；機(jī)動性強，適宜無軌機(jī)械化程度高設(shè)備。 施工組織稍復(fù)雜，節(jié)點轉(zhuǎn)層困難20046668方案3適用于任何礦體、安全性較好、損失率貧化率低施工組織復(fù)雜，對充填體強度要求較高、生產(chǎn)能力低、機(jī)械化程度低、工人勞動強度大、采礦成本大604662540方案4施工組織簡單、礦房多、生產(chǎn)能力大、適宜機(jī)械化生產(chǎn)安全性低、對充填體強度要求稍高、相互影響大、采準(zhǔn)工作量大。2304661012考慮到方案選擇受多種因素的影響，而這些因素又帶有極大的模糊性、隨機(jī)性和未知性，采用模糊數(shù)學(xué)優(yōu)選法確定優(yōu)選方案，為此，將4個方案的評價指標(biāo)量化，如表2所示，評價指標(biāo)由6個定量指標(biāo)和

12、3個定性指標(biāo)組成，6個定量指標(biāo)分別為盤區(qū)生產(chǎn)能力、采礦工效、采切比、損失率、貧化率及采礦成本，3個定性指標(biāo)分別為安全性、對礦體適用程度、實施難易程度。模糊數(shù)學(xué)優(yōu)選結(jié)果表明：在以松散破碎礦體為開采對象時，盤區(qū)階梯式無間柱連續(xù)充填采礦法(方案)為最佳采礦方案，方案4盤區(qū)無間柱連續(xù)充填采礦法為備用采礦方法。采礦方案的比較項目安全性適應(yīng)礦體程度實施難度生產(chǎn)能力t/d采礦功效t/人采切比Kt/m損失率%貧化率%采礦成本t/元方案1差一般容易25012561515300方案2一般一般一般20060555450方案3較好較好難60303055600方案4一般一般一般22065755450四、盤區(qū)階梯式無間柱

13、連續(xù)充填采礦法的特點適用于礦體厚度15m不穩(wěn)固礦體，以礦體上下盤為界，分上盤區(qū)(靠礦體上盤)與下盤區(qū)(靠礦體下盤)，上下盤區(qū)在垂高上呈階梯式回采，上盤區(qū)超前下盤區(qū)三分層(約10m)回采，上下盤區(qū)的主要出礦通道與人員設(shè)備進(jìn)出不相互影響，且回采工作面數(shù)量成倍增加。針對礦巖破碎，采用進(jìn)路回采方式，進(jìn)路交錯布置，分二步驟回采，隔一采一。上盤區(qū)進(jìn)路以未采的下盤區(qū)進(jìn)路作為安全礦柱，下盤區(qū)進(jìn)路依托膠結(jié)充填并超高(10m)的上盤區(qū)進(jìn)路充填體作為支柱，且進(jìn)路垂直礦體走向布置。進(jìn)路寬度控制在56m，高度視穩(wěn)定性控制在35m，長度為礦體的厚度。充填：上、下盤運輸巷按照現(xiàn)有工藝要求進(jìn)行，要求簡單；上盤區(qū)進(jìn)路充填采用1

14、：68尾沙膠結(jié)；下盤區(qū)進(jìn)路可采取干式充填，或者除澆面采用高度50cm的1：6尾沙膠結(jié)外，下部采用全尾無膠結(jié)或低配比尾沙膠結(jié)充填。簡述盤區(qū)無間柱連續(xù)充填采礦法的特點適用于礦體厚度8m極不穩(wěn)固礦體，根據(jù)礦體上、下盤礦巖穩(wěn)定性，選擇運輸通道在上盤(靠礦體上盤)或者在下盤(靠礦體下盤)，以盤區(qū)為單元，整體回采。針對礦巖破碎，采用進(jìn)路回采方式，進(jìn)路交錯布置，分二步驟回采，隔一采一。一步進(jìn)路以未采的二步進(jìn)路作為安全礦柱，二步進(jìn)路依托膠結(jié)充填并接頂?shù)囊徊竭M(jìn)路充填體作為支柱，且進(jìn)路垂直礦體走向布置。一步進(jìn)路和二步進(jìn)路寬度控制在56m，高度視穩(wěn)定性控制在34m，長度為礦體的厚度。充填：一、二步進(jìn)路充填都采用1：

15、68尾沙膠結(jié)并接頂。五、盤區(qū)階梯式無間柱連續(xù)充填采礦法現(xiàn)場的運用5.1、盤區(qū)的劃分根據(jù)礦區(qū)開采條件代表性和資源充分利用等綜合因素決定，在西北河礦區(qū)100m水平41線展開試驗工作，以礦體上下盤為界，分上盤區(qū)與下盤區(qū)，上下盤區(qū)在垂高上呈階梯式布置。上盤區(qū)利用現(xiàn)有的工程并計劃超前下盤區(qū)三分層(約10m)高度，同時利用下盤貧礦開采的采準(zhǔn)工程進(jìn)行下盤區(qū)規(guī)劃。從時間、空間和生產(chǎn)效率看試驗改造都不影響當(dāng)前安全生產(chǎn)。下盤區(qū)溜井可利用原3#、5#溜井，但需完善人行、通風(fēng)系統(tǒng)。5.2、采場結(jié)構(gòu)和采準(zhǔn)布置盤區(qū)采用上、下盤脈外斜坡道和集中出礦溜井的無軌采準(zhǔn)方式。在盤區(qū)兩翼平行礦體上、下盤邊界各布置脈外斜坡道，隨著盤區(qū)

16、回采高度上升脈外斜坡道將折返布置；盤區(qū)的分層聯(lián)絡(luò)道將脈外斜坡道與采場連接；盤區(qū)脈外斜坡道為人行通風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分，由于盤區(qū)沿走向長度150m，可考慮在中部補充人行通風(fēng)系統(tǒng)工程；上下盤區(qū)內(nèi)運輸巷大部布置在脈內(nèi)，溜井布置礦體南北兩翼位置，從而構(gòu)成盤區(qū)無軌采準(zhǔn)系統(tǒng)。5.3、盤區(qū)回采方案先采上盤區(qū)，后采下盤區(qū)，待上盤區(qū)回采三分層后，就開始下盤區(qū)回采；上、下盤區(qū)內(nèi)均按進(jìn)路分層回采，待分層所有進(jìn)路回采結(jié)束并充填后，轉(zhuǎn)入下分層回采，直至整個礦段內(nèi)盤區(qū)回采結(jié)束。5.4、進(jìn)路回采、充填工藝為了施工管理及安全考慮，上盤區(qū)進(jìn)路、下盤區(qū)進(jìn)路都從原10m寬度統(tǒng)一調(diào)整為56m，回采控頂高度視穩(wěn)定性控制在35m，長度為

17、礦體的厚度，同一盤區(qū)采取隔二采一施工順序。通過以上技術(shù)參數(shù)調(diào)整和施工工藝規(guī)范，減小爆破的震動影響，大大的提升礦房頂板的安全。礦房回采時要求從安全區(qū)域向不安全區(qū)域進(jìn)行推進(jìn)，采用控制爆破技術(shù)進(jìn)行壓頂，形成光面層，落礦結(jié)束在確認(rèn)頂板安全后（不穩(wěn)固采用支護(hù)）進(jìn)行一次性出礦，出礦結(jié)束后及時進(jìn)行充填或封閉工作，既采用快采快出的方式進(jìn)行回采。礦房回采結(jié)束后，將區(qū)域的運輸巷進(jìn)行一次挑頂至5.5m，進(jìn)行封閉充填，充填3.0m（低強度），充填養(yǎng)護(hù)結(jié)束后可直接進(jìn)入下一循環(huán)的礦房作業(yè)。下盤區(qū)回采類似于上盤區(qū)回采，同時為降低上盤區(qū)回采爆破對下盤區(qū)礦房頂板的影響，要求在垂直對應(yīng)區(qū)域不得同時進(jìn)行回采；同時根據(jù)礦巖的穩(wěn)固程度

18、將留取少量的礦柱加以支撐，以確?；夭傻陌踩?。上盤區(qū)和下盤區(qū)回采階梯式高度是整個技術(shù)的核心問題，通過查閱資料，我們發(fā)現(xiàn)，在兩步回采高差達(dá)到10m以上時，一步回采的應(yīng)力大部分被充填體所承載，因此我們研究決定，兩步回采的高差為10m，這個參數(shù)可以再實際運用中予以調(diào)整。5.5、采場支護(hù)因礦體破碎，為保證巷道頂板及側(cè)幫安全，采用管縫式和18#錨桿進(jìn)行支護(hù)，錨桿長度2.50m；進(jìn)路頂部和兩幫錨桿的間排距均為1.0m，護(hù)網(wǎng)選用鋼筋網(wǎng)，材質(zhì)選用A3鋼，鋼筋直徑為6 mm，網(wǎng)度為100 mm×100 mm。在礦房回采過程中，出現(xiàn)孤石和懸石時，采用木支撐或管縫錨桿加固，在較為破碎和松散的區(qū)域時，采用錨桿

19、結(jié)合鋼筋網(wǎng)支護(hù)。同時對現(xiàn)有的鏟裝設(shè)備采用10cm的弧形鋼板進(jìn)行頂棚加固，防止在礦房作業(yè)中發(fā)生頂板浮石傷人事故。通過近3年的實踐發(fā)現(xiàn)，風(fēng)險較大的主要是鉆工在作業(yè)時，由于較大的結(jié)構(gòu)面發(fā)生垮冒造成的人身傷害事故，因此防范此類事故的發(fā)生，是當(dāng)前和今后安全生產(chǎn)工作的重點。5.6、采場安全管控的關(guān)鍵措施 1、針對礦區(qū)軟弱巖層穩(wěn)定性實施危險源點分級管控。根據(jù)危險源等級確定進(jìn)路式礦房作業(yè)參數(shù)和支護(hù)等級，并明確安全管控重點。2、堅持實行一日三班六次現(xiàn)場確認(rèn)、現(xiàn)場管理實行“雙包五聯(lián)”機(jī)制，“雙包”就是包專業(yè)、包采區(qū)。即管理人員在負(fù)責(zé)專業(yè)安全質(zhì)量的同時要包一個采區(qū)；“五聯(lián)”就是聯(lián)責(zé)專業(yè)及所包采區(qū)內(nèi)的安全、質(zhì)量、任務(wù)

20、、環(huán)境面貌和安全設(shè)施五個方面制度，做到了評估信息及時上報、責(zé)任及時落實、隱患及時整改、效果及時復(fù)查，促進(jìn)了隱患的有效整改。3、學(xué)習(xí)和推廣新礦集團(tuán)鄂莊煤礦安全“閉環(huán)管理”模式等經(jīng)驗做法。4、安全會診。施工過程中，工程隊遇到吃不準(zhǔn)的問題、處理不了的情況、重大險情，立即停止施工，提出安全會診申請。采礦場接到申請后，立即組織相關(guān)人員至現(xiàn)場會診，明確施工方案，形成會診紀(jì)要，嚴(yán)格按紀(jì)要施工。5、提高工程隊安全自主管理能力，要求工程隊自主開展安全檢查、整改、處罰、激勵等工作，營造安全管理氛圍，提高安全管理力度。6、實行雙連帶處罰機(jī)制，現(xiàn)場施工過程中執(zhí)行確定下來的方案不力，責(zé)任心不強，出現(xiàn)技術(shù)失誤。管理不到位

21、，確認(rèn)制執(zhí)行走過場，發(fā)現(xiàn)違章不制止，不處罰，下屬單位員工屢次出現(xiàn)違章行為，采礦場管理骨干和工程隊隊長承擔(dān)連帶責(zé)任，進(jìn)行連帶處罰。7、聯(lián)合兩個礦區(qū)工程隊實施夜班安全生產(chǎn)值班制度， 5.7、機(jī)械、設(shè)備管理現(xiàn)狀 當(dāng)前礦區(qū)采掘裝備水平落后，為手持式風(fēng)動鑿巖機(jī)，出礦設(shè)備為電耙和柴油鏟運機(jī)（國內(nèi)淘汰落后產(chǎn)品，故障率高）；工程隊管理水平仍為傳統(tǒng)家族式管理；傳統(tǒng)的被動支護(hù)方式嚴(yán)重影響了回采作業(yè)的正常進(jìn)行等因素造成難以發(fā)揮采礦方法優(yōu)化、變革帶來的生產(chǎn)力。因此加大采掘裝備的投入提高采掘裝備水平，降低施工風(fēng)險和難度，提升工作效率是今后發(fā)展方向。力求的發(fā)展方向：1向無軌機(jī)械化，回采連續(xù)化發(fā)展現(xiàn)代充填采礦技術(shù)已將低效率的充填工藝改造成為大規(guī)模高效率的先進(jìn)的采礦工藝。斜坡道與各種類型無軌采掘設(shè)備的應(yīng)用，使井下作業(yè)面貌發(fā)生巨大變化。井下工人勞動條件得到很大改善，采場生產(chǎn)能力和勞動生產(chǎn)率大幅度提高。2使用具有主動支護(hù)能力的可壓縮金屬支柱為臨時支護(hù)設(shè)備，保證了工作面的安全，為落礦、運搬和充填提供了良好的作業(yè)環(huán)境；3新型充填材料、化學(xué)添加劑逐步擴(kuò)大應(yīng)用4充填設(shè)施、機(jī)械、監(jiān)測儀表將不斷更新5充填模式向生態(tài)化、無公害化發(fā)展六、評價以西北河礦區(qū)松散破碎礦體為研究對象，針對點柱上向水平分層膠結(jié)充填采礦法在松散