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安全控制上盘破碎层的采矿工艺技术研究 李正灿， 于向波， 李国光， 徐善程 （ 山东黄金矿业（ 鑫汇） 有限公司， 山东 青岛市 ２ ６ ６ ７ １ ５） 摘 要 鑫汇金矿井下深部中厚型矿体发育在构造破碎层（ 或蚀变带） 内， 矿化蚀变带岩体 严格受断裂带控制， 整个蚀变带岩体为节理裂隙非常发育的碎裂岩组成， 特别是上盘近矿 位置发育有一层不稳固的含碳碎裂岩， 厚度１～２ｍ， 揭露即垮， 增大贫化的同时严重影响 采场内回采作业安全。为安全顺利回采， 首先对岩体稳定性进行分级， 而后分析其稳定状 况， 通过工程实践， 采用在上盘预留矿壁层， 而后加锚杆联合控顶的办法取得了较好的效 果， 实现了回采期间的采场安全稳定， 降低了４个百分点的贫化率。 关键词 上向分层充填采矿法； 构造破碎层； 蚀变带； 预留矿壁； 锚杆联合控顶 ０ 前 言 鑫汇金矿深部矿体赋存于１号蚀变带中， 而１ 号蚀变带的产状严格受断裂带控制， 矿体形态变化 复杂， 矿化不均匀。矿体为断裂形成的硅质碎裂岩， 其厚度较大， 一般为数米至十数米不等， 围岩主要是 斜长角闪岩、 花岗片麻岩、 角闪斜长片麻岩， 矿体和 上、 下盘围岩稳固性中等， 上盘近矿位置局部现厚度 １～２ｍ不等的不稳固含碳碎裂岩， 上盘破碎加矿体 产状复杂， 造成的开采技术难度主要体现在如下几 方面 （ １）矿体空间形态变化复杂。由于矿体严格受 破碎蚀变带控制， 在蚀变带内矿体边界完全由取样 分析品位确定， 且蚀变带岩体的含矿品位变化极不 稳定， 导致圈定矿体边界、 矿体内夹石的复杂多变， 造成开采边界的掌控难度大增， 采矿损失和贫化控 制较难把握。 （ ２）矿体和围岩稳固性较差。矿化蚀变带岩体 严格受Ⅰ号断裂带控制， 整个蚀变带岩体为节理裂 隙非常发育的碎裂岩组成， 矿体根据矿化强弱不同 而发育其中， 特别是越接近上盘， 岩体稳固性越差， 局部还发育有不稳固的含碳质泥岩， 严重影响采场 暴露岩壁的安全性和回采作业的顺利进行。 （ ３）深部矿岩体地压增高， 采场应力环境复杂。 随着开采深度的增加， 地应力有明显增大的趋势， 可 确定为处于正常应力区向岩爆区发展的过渡地带， 应力环境变得复杂， 采动地压和冒落风险增大， 大大 增加采场地压管理与控制的难度。 由此， 采场内的安全保障、 地压控制和贫化损失 问题的解决关键是控制上盘破碎岩层的垮落， 必须 采用合适的联合控顶的预加固技术。 １ 矿体开采技术条件及岩体分级 深部复杂矿位于矿床深部标高－５ ０ ０ｍ 以下， 矿体呈层状和似层状产出， 顶板围岩大都为黑云变 粒岩， 斜长角闪片麻岩等， 岩体整体性较好， 裂隙不 发育， 其坚固程度较好。矿岩硬度系数ｆ＝８～１ ０， 其整体性一般较好。矿脉受构造控制， 其下盘倾向 为１ ０ １ ， 倾角１ ６ ， 上盘倾向为８ ７ ， 倾角１ ９ 。矿体 厚度２～１ ４ｍ， 平均水平厚度４．５ｍ， 矿体平均品位 ２．７ １ｇ／ｔ， 矿石体重２．５ ６ｇ／ｔ。 岩体力学测试结果和岩心Ｒ Ｑ Ｄ值统计结果显 示 从钻孔地质编录资料来看， 矿体顶底板的岩石质 量指 标Ｒ Ｑ Ｄ值 平 均 为 ８ ５％， 矿 体Ｒ Ｑ Ｄ值 多 为 １ ０ ０％。矿体顶板发育花岗质、 大理岩质碎裂岩， 局 部见碳质断层泥， 总体看矿体顶底板工程地质条件 较好， 适合开挖。直接近矿围岩和矿体局部较破碎， 力学性质较差， 特别是１～２ｍ 的近矿石墨化碎裂 岩极其破碎， 完全没有自稳能力。综上所述， 矿区属 工程地质条件中等类型， 矿体水文地质条件简单类 型。岩体物理力学参数和初步分级结果见表１。 ２ 采矿工艺技术研究 采矿方法为上向分层充填采矿法， 沿走向每３ ０ ～４ ０ｍ 划分矿块， 矿块高为中段高度， 宽为矿体水 平厚度。沿矿体倾斜方向划分分段（ 分层） ， 分段高 Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ １ ６ ７ １－２ ９ ０ ０ Ｃ Ｎ ４ ３－１ ３ ４ ７／Ｔ Ｄ 采矿技术 第１ ９卷 第１期 Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｖ ｏ ｌ ． １ ９，Ｎ ｏ ．１ ２ ０ １ ９年１月 Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ９ ChaoXing 度内的矿体实行分层回采和充填， 采用浅孔分层爆 破落矿， 铲运机分层出矿， 回采后采用分层尾砂充 填， 相邻采场间采用钢构包土工布成墙隔离。由于 上盘破碎， 所以关键点是上盘留厚度１～１．５ｍ 临时 矿壁和加树脂锚杆进行联合控顶护顶， 采场内依据顶 板暴露面积和顶板稳固程度考虑留设部分小型矿柱 用以控制顶板和确保采场回采期间安全， 自下而上分 层回采分层充填直至全矿块回采和充填完毕。分段 （ 分层） 间联系由采区斜坡道和脉内充填回风井承担。 表１ 采场内各岩组的物理力学参数 岩性 单轴抗压强度 ／ＭＰ ａ 单轴抗拉强度 ／ＭＰ ａ Ｒ ＱＤ岩体 分级 下盘斜长角 闪片麻岩 ５ ６． ５ ５．３ ４Ⅲ级好岩体 矿体 （ 硅质碎裂岩） １ ３ ４． ７ ６．６ ２Ⅳ级好岩体 近矿围岩 （ 含碳碎裂岩） ４ ３． ３ ３．７Ⅴ级差岩体 上盘斜长角闪岩 ４ ６． ５ ５．０ ７Ⅲ级良岩体 ２．１ 采准工程布置 采准工程有下盘斜坡道、 穿脉联巷、 ５个分层联 络巷、 脉内通风充填天井和拉底切割平巷。施工步 骤为先在－５ ７ １ｍ水平穿脉内紧贴矿体下盘脉内向 南北两侧施工拉底巷道。二是北拉底巷端部， 且在 矿体下盘脉内向上施工一条断面为１．８ｍ１．８ｍ、 倾角为１ ６ 的通风行人充填天井， 上至该采场最上 一分层联络巷道并与现有采场斜坡道贯通。天井贯 通后试验采场可开始采矿作业， 每分层高度为３ｍ。 在采场单分层回采暴露面积达到一定程度后预 留矿柱用于支撑顶板， 该采场内在第一分层穿脉巷 道南北各预留一个３ｍ３ｍ 的点柱。在上盘设计 边界处采用钻机垂直方向钻探护顶层的厚度， 以确 定在矿体上盘留设１～１．５ｍ 厚的矿壁， 后采用４ｍ 长的树脂锚杆进行支护， 实现对上盘破碎岩体的联 合支护控制。待该分层全部回采结束后， 一次性爆 破崩落整个１．５ｍ 的护顶层， 崩落护顶层高度有控 制要求， 后迅速出矿、 清理工作面、 架设充填挡墙， 而 后胶结充填第一层， 充填至顶板留０．５ｍ 空间位置 处。待充填体胶结后即可开始第二分层巷道的施工 和回采， 以上分层充填采用尾砂非胶结充填， 每分层 必须靠上盘留设１． ５ｍ的护顶层。 ２．２ 支护方式及支护参数 依据矿山目前常用的支护方式， 主要采用树脂 锚杆进行支护， 在前期该类型支护方式取得了比较 好的效果， 所以此次采场内上盘支护继续采用该类 型支护方式， 关键问题就是合理确定支护参数。 ２．２．１ 支护参数确定 根据初步岩体系统分级的结果， 无支护的最大 跨度Ｄ与岩体质量Ｑ有如下关系Ｄ＝２Ｅ Ｓ Ｒ Ｑ０． ４， Ｅ Ｓ Ｒ为开挖体的“ 支护比” ， 矿山巷道的支护比 可取Ｅ Ｓ Ｒ＝１．６～２， 而对于临时性的矿山巷道， 如 采场， 可取Ｅ Ｓ Ｒ＝３～５， 根据矿岩的分类结果， 取 Ｅ Ｓ Ｒ＝３， 得出矿岩的无支护最大跨度为Ｄ＝１ ５．０ ｍ。采场顶板的最大暴露面积推荐控制在４ ０ ０～ ６ ０ ０ｍ ２以内。采用经验公式计算得出矿体顶板的 支护参数为 锚杆长度必须大于２．１ ｍ， 锚杆间距 １．０ ５ｍ， 锚杆直径为１ ９ｍｍ。以此为参考进行采场 支护设计和确定施工参数， 实际工作中可以依据工 作上的便利选择比计算参数稍大一点的锚杆。对于 矿体上盘的树脂锚杆参数则以此为参考进行计算， 上盘有２ｍ厚的不稳定层， 留１． ５ｍ厚的护壁， 锚杆 打入基岩０． ５ｍ， 则计算上盘锚杆长度为４ｍ。其余 参数一致。锚杆布置形式见图１。 图１ 锚杆支护布置形式 ２．２．２ 施工工艺作业要求 （ １）设计上盘支护采用现有加长树脂锚杆， 锚 杆单长２ｍ， 直径１ ８ｍｍ， 锚杆施工孔深３． ５～４ｍ， 要求单孔内安装２根锚杆， 锚杆间采用现场焊接或 增加连接套筒相连。锚杆必须确保质量， 安装时要 求应尽可能与岩体构造面垂直布置， 锚杆孔与构造 面的夹角不得小于６ ０ ， 锚杆不得沿构造面布置， 要 求确保锚杆底部穿透碎裂岩栓紧在上盘的稳固岩体 内。锚杆网度根据现场情况确定， 支护网度不大于 １．２ｍ１．２ｍ。如有特别破碎锚杆间距应缩减至 ０．８ｍ， 并增加钢带加固支护， 锚杆一定要安装垫片 并紧贴岩壁拧紧。 （ ２）树脂锚杆规格 直径２ ２ｍｍ螺旋钢， 长２．２ ｍ； 托盘规格 厚度６ｍｍ，１ ５ｃ ｍ１ ５ｃ ｍ； 螺母为卡 锚杆螺纹螺母， 无需盘丝； 金属网钢筋直径不小于６ ｍｍ， 钢带钢筋直径不小于１ ２ｍｍ。 （ 下转第１ ４页） １１ 李正灿， 等 安全控制上盘破碎层的采矿工艺技术研究 ChaoXing 人由１ ０人减少为６人， 降低了人工成本， 提高了劳 动生产效率。 （ ４）综合经济效益提高 由于优化后的采矿方 法能够有效提高矿块生产能力， 减少设备数量， 减少 劳动定员数量， 经核算， 采矿成本可降低６．２ ５％， 提 高了综合经济效益。 ３ 结 论 矿山变更采矿方法一年多的实践表明， 优化后 的采矿方法能够很好适应矿山地质现状， 在保证安 全生产的前提下， 提高了矿块的生产能力， 减少了设 备数量， 减少了劳动定员数量， 有效降低了生产管理 难度， 提高了生产效率， 降低采矿成本６． ２ ５％。 参考文献 ［１］国土资发［２ ０ １ ４］１ ７ ６号．国土资源部．矿产资源节约与综合利 用鼓励、 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２％降低至６％～８％， 出矿 品位有原来的２．１ｇ提高至２．４ ３ｇ； 损失率由原来的 １ ２％～１ ４％降低至８％～１ ０％。 （ ３）大大提高了采场的安全出矿效率。 参考文献 ［１］何满朝， 孙晓明． 中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指 南［Ｍ］． 北京 科学出版社， ２ ０ ０ ４． ［２］王卫军， 李树清， 欧阳广斌．深井煤层巷道围岩控制技术及试 验研究［Ｊ］． 岩石力学与工程学报， ２ ０ １ ６，２ ５（１ ０） ２ ０ １ ２－２ ０ １ ７． ［３］康红普， 林 健， 杨景贺， 等． 松软破碎硐室群围岩应力分布 及综合加固技术［Ｊ］．岩土工程学报， ２ ０ １ １，３ ３（５） ８ ０ ８－８ １ ４． ［４］王来军， 薛田喜， 陈 涛， 等． 缓倾斜薄矿体采矿方法的研究 ［Ｊ］．黄金科学技术，２ ０ １ ３，１ １（３） ［５］张 见， 等．破碎复杂矿体回采工艺优化研究［Ｊ］．采矿技术， ２ ０ １ ５，１ ５（４） ７－８． ［６］焦文宇， 等．复杂空区群下倾斜中厚难采矿体的开采及空区 处理技术研究［Ｊ］． 采矿技术， ２ ０ １ ５，１ ５（２） ８－９． ［７］蔡 斌， 喻 勇． 工程岩体分级标准 与Ｑ分类法、ＲＭＲ分 类法的关 系 及 变 形 参 数 估 算 ［Ｊ］．岩 石 力 学 与 工 程 学 报， ２ ０ １ １，１ ０（８） １ ６ ７ ７－１ ６ ７ ９． ［８］李学华， 杨宏敏， 等．动压软岩巷道锚注加固机理与应用研究 ［Ｊ］．采矿与安全工程学报，２ ０ １ ２（４） ２ ３ ４－２ ３ ８． （ 收稿日期 ２ ０ １ ８－０ ８－１ ７） 作者简介 李正灿（１ ９ ８ ６－） ， 男， 甘肃金昌人， 助理工程师， 从 事采矿生产及技术管理工作，Ｅｍ ａ ｉ ｌ ３ ７ １ ３ ８ ５ ８ １ ２＠ｑ ｑ ．ｃ ｏ ｍ。 ４１ 采矿技术 ２ ０ １ ９，１ ９（１） ChaoXing
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