地下开采石灰石矿山设计优化分析

2016-07-17袁昌洪

大科技 2016年21期

关键词：矿柱石灰石中段

袁昌洪

（华润水泥（南宁）有限公司广西南宁 530028）

地下开采石灰石矿山设计优化分析

袁昌洪

（华润水泥（南宁）有限公司广西南宁 530028）

优良环境是现代人所追求的，作者在安全与环保基础上提出如何开采石灰石矿。最初的开采方式不能适应特定项目的需要，开始对矿石灰石矿开采方式进行探究，本文就针对这一工程进行讨论。

矿山地质；地下开采；优化设计

1 前言

部分地区石灰石的赋存条件埋藏较深，在矿山剥离量大大增加的过程中，需要加大土地征用力度，同时征用土地的成本在逐年上升，这就给项目建设与生产带来了巨大的经济压力。综合分析考虑后，必须采取新的石灰石矿开采方式来代替原来的露天开采方式，而石灰石矿的地下开采方式就是一种优良的选择，这种地下开采方式正在逐步被投资者纳入试用范围。

2 工程概况

福建省漳平市石坂坑石灰石矿区位于漳平市城区西南2250方向，直距约9km的石坂坑一带。矿区距漳平市区约16km。本区属博平岭山脉北端，整体地势东高西低。区内最高标高海拔约930m，最低标高海拔约195m，最大相对高差约735m。

2.1 设计方案

初期露天开采，时限约2～3年。露天开采的同时进行地下开采的基建工作。地下开采用平硐开拓，平底结构的分段采矿法开采，装载机铲装，白卸汽车直接进硐运输出矿。机械抽出式通风，主通风机设于南东侧520m水平通风平巷硐口，辅助通风机设于南西侧390m水平。空压机站建于地表丁业场地内。总供风能力约215m3/min。敷设供风管道向井下各中段供风。

2.2 矿山地质

石坂坑矿段主要组成了石灰岩矿床，其矿层地表出露标高416～563m，矿层大部分埋藏于地下，倾角20～55°，而岩高矿段的矿层出露标高就在450m左右，矿层产状与石坂坑矿段相似，矿体岩溶率约8.5%。

2.3 矿山开采

（1）开采范围内资源量：设计开采界限范围内总资源量为7381.5×104t占资源总利用率为79.1%。

（2）作业制度，生产规模及服务年限。作业制度：进行开采就必须制定严格的作业制度，这很大程度上影响工作量的完成。矿山开采工作量大，分为露天开采和地下开采，从而决定开采时间不同，每班分为8h，地下开采时每天工作三班，而露天开采每天工作两班。年工作300d。设计生产能力：矿山建设规模为年产石灰石120×104t。

（3）决定矿山开采方法：在进行矿山开采时，不难发现一些矿体适合地下开采，有些地段的矿体会露出地表，有些延生到地下较多，就造成了比较厚的上部覆盖层，并且由于陡峭的产状，这些现象就会决定这种地段适合地下开采。

（4）开采顺序制定：开采分为露天开采和地下开采，开采时需要提前安排好开采顺序，以使工作可以顺利高效进行。比如地下开采工作安排的同时进行露天开采，底下开采分为掘进，采准，井巷开拓等工作，这些工作也是地下开采的基础工作。

（5）地下开采可采矿量：根据矿体赋存特征及拟采用的采矿方法.估算可采纯矿石量约为3247×l04t。计人10%开采贫化率后的实际开采出矿量约为3572t。全矿综合回采率约为45%。

（6）地下开采生产能力验证：确定矿山采用2个中段同时开采。根据初期开采中段（450m及390m）的矿体分布及矿块布置，2个中段共可同时布置30个生产矿块。取矿块生产能力为600t。矿块利用系数为0.4。地质影响系数为0.7，掘进、采准作业矿石附产率为10%.验算得本矿地下开采最大生产能力约为168×104ta大于实际所需的120×104t/a生产规模。

2.4 地下开采矿井开拓

（1）中段高度：设计中一般采用中段为70～55m的高度，可以尽量的减少开拓工程量，使用以上中段高度可以有效地减少中段数量。开采中上部中段采用中段高度同样有要求，需要根据矿体产状来确定，一般会采用70～60m的高度。本矿开采范围内的矿体赋存高度超过300m，开采时下部中段的高度一般采用55m。不论是上部中段还是下部中段，目的都在于使矿山开采的经济效益和整体效益得到最大程度提高。

（2）运输方案：根据现场相关条件。可采用的运输方案拟主要有自卸汽车运输及架线电机车牵引轨道式矿车运输。采用白卸汽车直接进硐运输方案。可简化生产及运输环节，降低设备投入。

（3）开拓工程布置：本矿设计共布置5个开采中段。各中段均为平硐开拓，主平硐纵坡取为5‰。各中段主平硐硐口均布置在易于内外联系、巷道长度相对最短的位置。

2.5 通风系统布置

（1）主通风系统：设计确定在该处矿体下盘脉外约10m处的520m标高布置矿区的主回风巷道（主回风巷道设于开采塌陷区之外）。520m水平主回风巷道长度约580m。

（2）辅助通风系统：辅助通风巷道拟设在390m中段主平硐北侧约40m的390m标高处。辅助通风巷为矿井的另一安全出口。

3 地下开采采矿方法

3.1 初期设计采用分段房柱采矿法实际生产中面临的主要问题

石坂坑石灰石矿450中段以上开拓掘进建设工程完成后一年时间里实际采矿生产能力较低，随着矿山生产展开，井下陆续发现一些地质异常现象，450主运输巷局部冒顶、片帮，穿脉巷道大块掉落两次堵塞通道，巷道交叉处两侧压裂厚度约50cm，部分矿房附近巷道底板出现下沉，上、下盘两边墙均出现断裂破碎。出现这些情况对矿山生产安全产生严重影响，原设计的大部分矿房无法生产，没有稳固的矿柱，更不用说矿柱的回采。

3.2 采矿方案设计优化思路

原设计的房柱采矿方法不能适应该矿山条件，需研究改变采矿设计方案。根据原设计参数，研究国内外先进的采矿设备，可以把原有的矿柱回采凿岩巷道作为采矿凿岩巷道，在局部试用井下中深孔钻机穿孔，把原来设计的矿房与矿柱采用中深孔崩落法采矿。经过试验采用崩落方法开采，可以克服不良地质条件的影响，采矿作业较安全，出现地表部分塌陷可控。采用“无底柱分段崩落法”在510m老采空区附近开始放顶后形成一定厚度的覆盖层，作为放矿垫层，下一分段试用崩落法采矿形成了“无底柱分段崩落法”采矿效果。经过试验后，矿山在已经完成开拓采准工作450中段逐步采用“无底柱分段崩落法”生产，维持了矿山的持续生产，找到了优化采矿方法新途径。

3.3 无底柱分段崩落法的优点

（1）提高回采率

空场法开采时需要预留矿柱。但矿柱回采的回采率很低。空场法开采将损失相当多的“三角矿柱”。华润漳平石灰石矿是厚大的缓倾斜矿体，按原设计采用空场法开采，采场需要布置成方方正正的立方体。矿体顶板、底板的“三角矿柱”无法开采，进一步降低了回采率。采用“无底柱分段崩落法”后，矿体内不需要留矿柱，也不存在“三角矿柱”，回采率必然会提高。

（2）降低采切比

原设计方案的采切比为23m/kt（标准米，折合为92m3/kt）。按目前漳平矿实际结算的平巷掘进结算价格210元/m3，折合到矿石的采切掘进成本就达到了19.32元/t。采用“无底柱分段崩落法”后，采切比将下降到30m3/kt以下，仅此一项就可以降低成本13.02元/kt。

底柱分段崩落法，采切比降低，减少掘进工作量。不再设矿柱、不再有采场塌陷的隐患，彻底消除采空区对矿山安全生产的威胁。分步投资、分步扩大规模。提高回采率、降低采切比，降低成本。

4 矿井通风

为了可以保证井下通风需要，在设计全矿主通风系统的基础上，需要在采场的附近设计辅助通风系统。通风机装于地表井口，在此基础上根据工程采掘的情况在进行设计。最后需要确定矿井通风系统的实际构成来确定最终设计。新鲜风流从各中段平硐口进入。经冲洗采掘工作面后。从矿井主回风巷道排出地表。

5 采空区处理

对于采用浅孔房柱法、预切顶中深孔房柱法地段，当采空区体积不大，顶低板较为稳固，下部不再进行回采工作。可选择采用封闭采空区的办法。当采空区面积较大或空区下需进行回采工作时，选择崩落法处理采空区。用崩落围岩处理采空区时，在生产区上部形成15～20m的保护垫层，以防上部围岩大量冒落时，冲击气浪和机械冲击对采准巷道、采掘设备和人员的危害。在崩落围岩时，为减少冲击气浪的危害，对于离地表的空区或与地表贯通的相邻空区，提前与上述空区崩透，形成“天窗”。对开采后会形成的大面积采空区，若不能自行冒落，应考虑予以强制放顶处理。强制放顶工作一般与矿柱回采同段进行，且要求矿柱超前爆破。对于采用浅孔房柱法、预切顶中深孔房柱法开采时，由于不回采矿柱，则要崩落所有支撑矿（岩）柱，以保证较好强制崩落围岩的效果。放顶工作应高度重视，应根据现场相关情况编制相应计划及具体实施方案，并制定专门的安全措施。放顶后原进入采空区的一切通道均应予以封闭，防止人员误入。应切实做好巷道和采空区排水工作，避免巷道和采空区积水对岩石浸泡所导致的基岩的力学性质的变化，而引起巷道和采空区顶底板失稳。封闭进入采空区的通道，并设立明显的警示标志，防止人员误入。