对贵州省遵义锰矿区(急倾斜部分矿体)采矿方法的探讨

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  [摘 要]贵州省遵义锰矿区急倾斜部分矿体属于难采矿体,矿体的主要特征为薄矿体、急倾斜,顶板有一层不稳定的粘土页岩,暴露时间稍长容易冒顶,从二十世纪五十年代初进行开采以来,一直沒有探索出一种较好的采矿方法,生产安全事故频频发生,为了安全高效的生产,改变目前的采矿方法已成当务之急。本文对目前采用的采矿方法进行了全面的分析,找出其存在的优缺点,结合目前开采技术及装备的发展,特别是中深孔多段微差爆破技术的运用,还有各种新型锚杆、锚索技术的出现,特别推荐了锚杆护顶浅孔留矿法和中深孔分段崩落法给各位专家、学者探讨,如有不当之处,敬请各位专家、学者批评正,最终为该矿体探讨到一种较好的采矿方法,彻底改变目前的现状,做到安全高效生产。
  [关键词]薄矿体 急倾斜 顶板不稳定 中深孔爆破 采矿方法
  中图分类号:TD76 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)11-0119-02
  1、遵义锰矿区的概况
  贵州省遵义锰矿区主要位于贵州省遵义市红花岗区境内,包括铜锣井矿区、冯家湾矿区、共青湖矿区、团溪矿区等,其中铜锣井矿区储量最大,约占整个遵义锰矿区储量的75%,质量最好,赋存较稳定。铜锣井矿区又包括铜锣井矿段、沙坝矿段、长沟矿段、深溪沟矿段、黄土坎矿段、石榴沟矿段等六个矿段。
  2、含矿地层
  该碳酸菱锰矿赋存于二叠系上统龙潭组底部。
  3、矿体特征
  矿体走向东西,倾向南,倾角为20°~70°平均55°,矿区内大部分为急倾斜矿体,少部分为倾斜矿体。呈单层层状产出,层位基本稳定,矿层走向延长数公里以上,倾向延深达一公里以上,矿层厚度0.5~4.5m,平均1.98m,浅部氧化矿已开采完毕,主要为碳酸菱锰矿,呈致密块状,节理裂隙不发育,稳固性好。
  矿物组合特征
  主要矿石矿物成分为菱锰矿和次钙菱锰矿、粘土矿物及炭质有机物,其它矿物有方解石、石英、白云石、绿泥石。
  4、矿体顶底板
  矿层顶板多数情况下有一层质软的粘土页岩,稳固性差,一般0.5~2.0m厚,其上为矽质灰岩,岩性坚硬,节理裂隙一般不发育,稳固性好。矿层底板一般有0.1~0.2m厚的软质粘土页岩,其下则为坚硬稳固的矽质灰岩或礈石层。
  5、水文地质条件
  1、地表水、地下水特征
  湘江河为主要河流,自西向东流经矿区。流量最大为25.048m3/s,最小为1.407m3/s;水位标高最高为811.90m,最低为805.00m。
  2、主要含水层、隔水层的分布
  锰矿床绝大部分埋藏于当地侵蚀基准面以下,充水岩层以基岩裂隙水为主,主要含水层有两组:
  1)上二叠系龙潭组中、下部裂隙水层,为矿层顶板。岩性以矽质灰岩为主,节理发育,含水层厚度80m。地下水位标高809.56~907.7m,水力性质为承压水。
  2)下二叠系阳新统上部灰岩裂隙含水层,为矿层底板。岩性为矽质灰岩,含水层厚度60m。地下水位标高830.90~968.20m,水力性质为层间承压水。
  含水层出露地表,利于接受大气降水补给,地下水动态变化受气象因素控制。含水层之间地下水与湘江河之间无水力联系。矿床水文地质条件属简单到中等复杂类型。
  6、目前采矿方法的现状及存在的问题
  根据目前的情况,现在采用和已经采用过的方法主要有以下一些方法。
  一、浅孔落矿房柱法
  1)矿房布置及构成要素
  矿房沿走向布置,走向长度为7m左右,中段高30m左右,倾向斜长40~50m。
  2)采准切割
  在中段运输大巷内每隔15m左右掘一放矿漏斗揭穿矿体,再沿矿体的走向布置拉底顺槽,同理在中段回风大巷内每隔15m左右掘一回风联络巷揭穿矿体,再沿矿体的走向布置采场回风顺槽,再在运输顺槽内每隔7m左右掘切割上山与回风顺槽相连完成矿块采准切割工程。
  3)回采工作
  回采切割上山形成后,暂时还不能回采,将下一条切割上山(超前切割上山)掘完后,方可进行后退式回采。
  4)工作面推进方式
  同时向切割上山的两侧进行推进,每侧推进2—3m即可,退回进行第二个采点的推进,直到留设的底柱为此。
  5)落矿
  采用7655型凿岩机打眼、爆破落矿的方式进行回采,设计采矿贫化率控制在10%以下。
  6)矿石搬运
  采场采用电耙或自溜,运输顺槽内采用采用电耙将矿石耙入放矿漏斗,在中段运输平巷内装车。
  7)采场维护:
  采场留较规则顶柱、底柱和间柱,严格控制采场跨度,顶板不稳定时采用木支护,特殊情况采用采用其他支护方式进行支护。
  8)采空区处理
  全部垮落法处理采空区。
  9)优点
  由于该方法使用时间较长,工人使用较熟悉,拉底平巷、切割上山、采场基本不用支护。
  9)缺点
  ①易冒落发生顶板事故。由于顶板不稳定,特别是暴露的时间越长,就越容易冒落,
  ②支护的难度大,成本高。如果对采场、上山局部破碎顶板进行支护难度较大,对拉底局部破碎顶板进行支护,易被电耙损坏,恢复难度较大,成本高。
  ③个人要进入采场、上山进行作业,安全隐患较大,容易发生冒顶和坠落事故。
  ④材料运输难度大,主要靠人工搬运。
  ⑤采场的安全出口不畅通,并且行人很不安全。
  ⑥生产能力较低,一个采场的年生产能力不足万吨。
  此方法属于空场法的一种,适用于顶板较好的倾斜及缓倾斜矿体,使用在顶板不稳定的急倾斜矿体很不安全,故经常发生片帮冒顶和坠落事故。   二、浅孔落矿进路式单层崩落法
  1)矿块布置及构成要素
  矿块沿走向布置,走向长度为60m左右,根据拉底巷道支护的难易程度确定,分段高10m左右,分段倾向斜长12~15m。
  2)采准切割
  在中段运输大巷内每隔60m左右掘一联络石门揭穿矿体,再沿矿体的走向布置拉底顺槽,同理在中段回风大巷内每隔60m左右掘一回风联络石门揭穿矿体,再沿矿体的走向布置采场回风顺槽,再在运输顺槽端部沿矿体倾斜方向掘切割槽连通上下两巷完成矿块采准切割工程。
  3)回采工作
  从切割槽下端运输顺槽的端部2-3m地方采用垂直上行浅孔由下向上进行爆破回采,直至采到顶柱位置,一般要进行3—4次打眼爆破后方能采到顶柱位置,直接在拉底巷道的端部装矿外运。
  4)工作面推进方式
  采用后退式回采,从切割槽开始沿矿体走向由里向外推进。
  5)落矿
  采用7655型凿岩机打眼、浅孔爆破落矿的方式进行回采,设计采矿贫化率控制在10%以下。
  6)矿石搬运
  采场通过自溜到拉底平巷内装车外运。
  7)采场维护:
  采场留较规则顶柱、底柱和间柱,顶板破碎时采用采用临时支护方式进行支护。
  8)采空区处理
  全部垮落法处理采空区。
  9)优点
  由于该方法采准切割较简单,采场基本不用支护。
  9)缺点
  ①易冒落发生顶板事故。由于顶板不稳定,特别是暴露的时间越长,就容易冒落,
  ②支护的难度大,成本高。如果对采场进行临时支护难度较大。
  ③工人进入采场、安全隐患较大,容易发生冒顶和坠落事故。
  ④通风经常受阻,通风不畅,经常使用局部通风机进行通风,风筒容易受损。
  ⑤采场的安全出口不畅通,并且行人很不安全。
  ⑥生产能力较低,一个采场的年生产能力不足万吨。
  故此方法主要适应于倾斜和缓倾斜矿体,便于支护,用于急倾斜矿体不便进行支护,故很不安全,经常发生片帮冒顶和坠落事故。
  7、推荐的采矿方法
  一、中深孔落矿分段崩落法
  1)矿块布置及构成要素
  矿块沿走向布置,走向长度为50m左右,根据拉底巷道支护的难易程度确定,分段高8m左右,分段倾向斜长10m左右,一般每个中段(阶段)设置2-4个分段。
  2)采准切割
  在中段运输大巷内每隔50m左右掘一联络石门揭穿矿体,沿矿体的倾向在矿层内布置通风行人天井,沿矿体的走向布置拉底巷道,在中段运输大巷内距通风行人天井联络石门约3m的地方设置漏斗与在矿层底板布置的运输天井相连,运输天井在每个分段标高的位置均布置一个联络石门与分段巷道相连,同理在中段回风大巷内每隔50m左右掘一回风联络石门揭穿矿体与通风行人天井,再沿矿体的走向布置采场回风巷,再在拉底运输巷端部沿矿体倾斜方向掘切割槽连通上下两巷完成矿块采准切割工程。
  3)回采工作
  以切割槽为自由面在拉底运输巷或分段巷道的端部布置垂直上行中深孔一次爆破到顶柱位置或者上分段位置,直接在拉底运输巷道或分段巷道的端部采用小型挖掘式装载机装矿至矿车运输到运输天井,再在运输天井底部装矿外运。
  4)工作面推进方式
  采用回退式回采,从切割槽开始沿矿体走向由里向外推进,上分段超前下分段。
  5)落矿
  采用轻型中深孔凿岩机打眼、采用多段微差爆破技术落矿进行回采,降低爆破对顶板的破坏,设计采矿贫化率控制在8%以下。
  6)矿石搬运
  采场通过爆力和自溜到拉底平巷或分段平巷内装车外运。
  7)采场维护:
  采场留较规则顶柱、底柱和间柱,对拉底巷道应该进行支护。
  8)采空区处理
  全部垮落法处理采空区。
  9)优点
  由于该方法采准切割较简单,采场基本不用支护,一个分段一次爆破到位,不要进入采场进行二爆破作业,不易发生片帮冒顶事故。
  9)缺点
  ①通风经常受阻,通风不畅,经常使用局部通风机进行通风,风筒容易受损;
  ②采场的安全出口不畅通,并且行人不安全;
  故此方法主要适应于急倾斜的厚矿体和极厚的倾斜矿体,采用中深孔多段微差爆破技术,使得该方法在急倾斜的薄矿体中得以运用。
  二、锚杆护顶浅孔留矿法
  1)矿房布置及构成要素
  矿房沿走向布置,走向长度为50m左右,中段高30m左右,倾向斜长40m左右。
  2)采准切割
  先掘先进天井(作为行人、通风之用)、联络道,在中段运输大巷内每隔7m左右掘一放矿石门(联络巷)揭穿矿体,在矿房底部沿走向布置切割槽(拉底),并采用锚杆护顶,在中段回风大巷内掘回风联络石门与天井相连完成矿块采准切割工程。
  3)回采工作
  回采工作自下而上分層进行,分层高度一般为2m左右,采场的最小工作宽度应为矿体的厚度。采用浅孔进行爆破,第一轮爆破完成后,及时进行局部放矿,放矿至作业空间高度时,及时进行锚杆支护,又进行第二轮爆破,直至第一分层采完,再经过天井联络巷进行第二分层采矿,依次循环到最上一个分层。最后进行集中大量的放矿。
  4)工作面推进方式
  回采工作自下而上分层进行。
  5)落矿
  采用7655型凿岩机打眼、爆破落矿的方式进行回采,设计采矿贫化率控制在10%以下。
  6)矿石搬运
  采场自溜至矿房底部,通过小型装载机在底部装矿石门内装车外运。
  7)采场维护:
  顶柱5m,底柱5m,间柱5m,采场内顶板采用锚杆支护,如果顶板较厚时采用锚索支护。
  8)采空区处理
  主要采用充填法处理采空区。井下的废石废渣优先充填采空区,废石废渣不足充填时采用人工强制放顶管理顶板。
  9)优点
  采矿功效较高,安全出口畅通,通风效果较好,采矿作业较安全。
  9)缺点
  ①支护的成本高,矿体厚度较小时由于作业空间有限,支护的难度较大。
  ②矿体直接顶板超过了2m,锚杆支护的效果较差,必须采用锚索支护,否则容易造成贫化率高,堵塞矿房造成自然溜矿困难。
  此方法仍属于空场法的一种,适用于顶板和矿石均稳定的急倾斜矿体,此方法通过锚杆或锚索支护控制顶板,该区的深部矿体均为碳酸菱锰矿,矿石较稳定,故基本可以适用。
  1、中深孔分段崩落法;
  2、锚杆护顶浅孔留矿法。
  参考文献
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