下向分層壁式充填采礦法在某滑石礦的應(yīng)用

下向分層壁式充填采礦法在某滑石礦的應(yīng)用

0我國(guó)充填采礦法的研究滑動(dòng)性穩(wěn)定，工作效率好，潤(rùn)滑性好，穩(wěn)定性好。廣泛應(yīng)用于工業(yè)填充、造紙、陶瓷、醫(yī)藥等行業(yè)。世界滑機(jī)粉含量約為8億噸，中國(guó)滑機(jī)粉含量約為2.5億噸，年產(chǎn)量約占世界產(chǎn)量的40%。在金屬礦領(lǐng)域，對(duì)于極其破碎的礦體開(kāi)采，其充填采礦方法多為分層進(jìn)路充填采礦法在進(jìn)行滑石礦等極其軟弱破碎的、高價(jià)值不可被污染的、非金屬礦充填采礦工藝研究應(yīng)用時(shí)，不僅要保證回采作業(yè)安全，還應(yīng)考量采出礦石的銷售價(jià)值，保護(hù)礦石的白度，避免支護(hù)材料、充填料漿等對(duì)礦石造成污染。1采礦工藝研究某滑石礦現(xiàn)采用分層崩落法開(kāi)采，回采已造成地表多處塌陷，若繼續(xù)采用崩落法還將嚴(yán)重威脅東部露天采區(qū)的邊坡穩(wěn)定，礦山已不適合繼續(xù)使用崩落法，結(jié)合政府政策要求和自身情況綜合考慮，特此開(kāi)展崩落法轉(zhuǎn)充填法的采礦工藝研究。礦體呈層狀，傾向南，傾角為40°～45°，傾向延深140m～430m，平均為260m，走向長(zhǎng)度平均為450m，礦體厚度為7m～74m，平均厚度為35m，其間有2～6層夾石，均呈夾層狀。礦石品級(jí)越高穩(wěn)定性越差，高品級(jí)的滑石礦主要呈塊狀、片狀及粉沫狀，f系數(shù)為0～2，礦石極為軟弱破碎，低品級(jí)的滑石礦f系數(shù)為2～4，不穩(wěn)固-中等穩(wěn)固。圍巖和夾石多為滑石化菱鎂礦、菱鎂巖、白云石大理巖，滑石化的圍巖和夾石多呈碎裂狀，穩(wěn)定性為不穩(wěn)固-中等穩(wěn)固，菱鎂大理巖和白云石大理巖為堅(jiān)硬巖石，不含滑石的圍巖巖體穩(wěn)定性為中等穩(wěn)固-穩(wěn)固。2層墻式開(kāi)采法2.1設(shè)置充填擋墻下向分層壁式充填采礦法以進(jìn)路形式進(jìn)行回采，類似于煤礦的水平短壁式充填開(kāi)采，進(jìn)路不同回采狀態(tài)如圖1所示。該采礦方法與傳統(tǒng)下向進(jìn)路充填采礦法的區(qū)別如下。(1）壁式回采，始終單向連續(xù)回采相鄰進(jìn)路。單個(gè)采場(chǎng)內(nèi)始終只有一條進(jìn)路在進(jìn)行回采，無(wú)一步驟和二步驟回采之分，進(jìn)路沿走向布置時(shí)，一直由上盤(pán)往下盤(pán)回采，進(jìn)路垂直走向布置時(shí)，由采場(chǎng)一端往另一端回采。(2）架設(shè)側(cè)部充填擋墻，創(chuàng)造隔離空間。進(jìn)路回采結(jié)束后，進(jìn)行充填準(zhǔn)備時(shí)，沿著進(jìn)路采空區(qū)長(zhǎng)度方向，與相鄰待采進(jìn)路礦壁相隔一定距離架設(shè)充填擋墻，充填作業(yè)進(jìn)行時(shí)，可將充填料漿與相鄰待采礦體進(jìn)行隔離，保證下一步回采進(jìn)路的一側(cè)為具有良好自穩(wěn)性的充填體，創(chuàng)造的隔離空間可作為下一步回采的崩礦自由面，還可作為輔助通風(fēng)通道。(3）鋪設(shè)防水布，防止充填料漿滲漏污染滑石。充填進(jìn)路采空區(qū)之前，在進(jìn)路底部和充填擋墻內(nèi)側(cè)鋪設(shè)兩層防水尼龍布，在物理上隔絕充填料漿與底部和相鄰礦體的接觸，可防止充填料漿滲漏至待采礦體而污染滑石。2.2鄰分層進(jìn)路及回采回采沿礦體走向劃分盤(pán)區(qū)，盤(pán)區(qū)長(zhǎng)度為60m～80m，中段高度為60m，進(jìn)路長(zhǎng)度為20m。在高度方向上每隔12m劃分一個(gè)分段，每個(gè)分段有4個(gè)分層。為了避免下分層開(kāi)采時(shí)假頂承受的彎矩過(guò)大，保證下向充填法開(kāi)采時(shí)假頂?shù)陌踩舷孪噜彿謱拥倪M(jìn)路以垂直交叉形式呈“十”字形布置。進(jìn)路斷面規(guī)格為3m×3m，每分層首采進(jìn)路回采完畢后充填2m，留下1m寬度作為相鄰進(jìn)路隔離空間和崩礦自由面。余下進(jìn)路均按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)路的規(guī)格和工藝進(jìn)行回采，即后續(xù)采礦、充填寬度均為3m，側(cè)向隔離空間寬度為1m，直至回采完畢整個(gè)分層。采場(chǎng)內(nèi)自上而下進(jìn)行回采，不留頂?shù)字伴g柱。采礦方法如圖2所示。2.3采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道布置采用脈外下盤(pán)斜坡道聯(lián)合采準(zhǔn)，采切工程主要包括采區(qū)斜坡道、分段平巷、采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道、切割進(jìn)路、充填回風(fēng)井、溜井、溜井聯(lián)絡(luò)道，詳述如下。(1）采區(qū)斜坡道。采區(qū)斜坡道是各分段人員、設(shè)備、材料轉(zhuǎn)運(yùn)的主要通道，采區(qū)斜坡道的斷面規(guī)格為3.0m×3.0m，坡度為15%。(2）分段平巷。分段平巷連接斜坡道，負(fù)責(zé)分段內(nèi)采場(chǎng)的設(shè)備和礦石運(yùn)輸。設(shè)計(jì)分段平巷位于距離礦體下盤(pán)邊界30m～40m，斷面規(guī)格為3.0m×3.0m。采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道與分段平巷的連接口需要保證其轉(zhuǎn)彎半徑不小于7m，并且盡量在礦體下盤(pán)邊界設(shè)有一段水平鏟裝道，使得鏟運(yùn)機(jī)在初次鏟礦時(shí)可水平鏟運(yùn)礦石。(3）采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道。采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道從分段平巷通達(dá)礦體，連通分段平巷和分層采場(chǎng)，采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道斷面規(guī)格設(shè)計(jì)為3.0m×3.0m，采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道坡度最大為15%左右。進(jìn)路垂直礦體走向布置時(shí)，采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道布置在盤(pán)區(qū)中部；進(jìn)路沿走向布置時(shí)，采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道布置在盤(pán)區(qū)兩端。(4）切割進(jìn)路。切割進(jìn)路位于采場(chǎng)端部，由于切割進(jìn)路同樣可以產(chǎn)出礦石，可視為首采進(jìn)路。切割進(jìn)路斷面規(guī)格為3.0m×3.0m，出完礦后寬度方向充填2m，留下1m作為隔離空間和自由面。(5）充填回風(fēng)井。充填回風(fēng)井?dāng)嗝鏋閳A形，斷面規(guī)格為Φ1.5m，因?yàn)榛夭蓵r(shí)序?yàn)閺纳贤拢瑹o(wú)須專門(mén)施工充填回風(fēng)井，只需在充填作業(yè)開(kāi)始前預(yù)先架設(shè)鋼筒，與上一分層留設(shè)的鋼筒搭接形成順路充填回風(fēng)井，鋼筒厚度為10mm，每節(jié)鋼筒長(zhǎng)度為1.0m。(6）溜井。溜井設(shè)置在脈外，空間關(guān)系上在脈外與盤(pán)區(qū)端部對(duì)齊，溜井?dāng)嗝鏋閳A形，直徑為Φ2m。由于采場(chǎng)礦石有一、二、三級(jí)品之分，礦山的銷售產(chǎn)品主要為滑石原礦，在采場(chǎng)出礦時(shí)就要做好礦石的初步篩分，因此設(shè)置3條溜井，分別作為一級(jí)品、二級(jí)品、三級(jí)品溜井，每組溜井間隔80m左右，不同品級(jí)的溜井間隔10m左右。(7）溜井聯(lián)絡(luò)道。連通分段平巷與溜井的巷道稱之為溜井聯(lián)絡(luò)道，斷面規(guī)格設(shè)計(jì)為3.0m×3.0m。2.4機(jī)械研磨法(1）落礦。使用YT-28鉆鑿水平孔，炮孔直徑為40mm，釬桿長(zhǎng)2.5m，孔深2.2m，孔距1.0m～1.2m，排距0.8m～1.0m。人工裝填2號(hào)巖石炸藥，導(dǎo)爆管雷管起爆。該礦山滑石礦體極為破碎，也可考慮使用機(jī)械設(shè)備落礦，如破碎挖掘一體機(jī)。(2）通風(fēng)。新鮮風(fēng)流經(jīng)中段運(yùn)輸巷、斜坡道、分段平巷、采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道流至回采工作面，污風(fēng)由充填回風(fēng)井回至上中段運(yùn)輸巷，最后由主回風(fēng)井排至地表。側(cè)部留出的隔離空間也可作為工作面的通風(fēng)通道進(jìn)行輔助通風(fēng)，改善通風(fēng)質(zhì)量。(3）支護(hù)。頂板和位于隔離空間一側(cè)的側(cè)幫均為充填體，無(wú)需支護(hù)，由于礦體極為軟破，相鄰進(jìn)路回采時(shí)，與側(cè)部充填體相對(duì)的另一側(cè)幫需要支護(hù)。采用液壓支柱+鋼結(jié)構(gòu)擋板進(jìn)行支護(hù)，具體可如圖3所示，先沿著礦壁支起液壓支柱排架，支柱間距為0.5m～0.8m，每支起2m的支柱排架就在排架內(nèi)側(cè)楔入鋼板，鋼結(jié)構(gòu)擋板厚度為6mm。相鄰進(jìn)路回采時(shí)后退式撤出液壓支柱和鋼板可將之回收再利用。(4）出礦。礦石落下后，檢撬工作面松石，然后用1m2.5制作柔性擋墻(1）進(jìn)路平場(chǎng)和預(yù)留墊層。在人工假頂施工前，需進(jìn)行進(jìn)路采場(chǎng)底板整平，使進(jìn)路底板盡量平整，然后在底板上預(yù)留厚度為100mm～200mm的碎礦墊層。(2）采場(chǎng)封堵。充填擋墻如圖4所示。進(jìn)路端口和進(jìn)路側(cè)部要架設(shè)端部的充填擋墻和側(cè)部的充填隔離墻，采用鋼骨架和鋼筋網(wǎng)制作柔性擋墻，用30mm的鋼筋錨桿作擋墻立柱和橫撐，鋼骨架網(wǎng)度為750mm×750mm。之后在鋼骨架上捆扎或焊接搭建鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)使用Φ6mm的鋼筋制作，網(wǎng)度為100mm×100mm，鋼筋網(wǎng)深入至底槽中全斷面鋪滿，然后在鋼筋網(wǎng)層內(nèi)側(cè)鋪設(shè)木板，單塊木板長(zhǎng)×寬×高為3000mm×300mm×40mm，全斷面鋪滿，最后在木板內(nèi)側(cè)鋪設(shè)防水尼龍布。下一步相鄰進(jìn)路回采時(shí)充填體已具備良好自穩(wěn)能力，后退式撤出并回收柔性充填擋墻材料。(3）防水尼龍布鋪設(shè)。為了避免充填料漿滲漏至底板和側(cè)幫的待采礦體，在碎礦墊層表面和充填擋墻內(nèi)側(cè)鋪上兩層防水尼龍布，要保證覆蓋整個(gè)底板和充填隔離墻，并往外各延伸出300mm。(4）底部鋪筋。主筋直徑為12mm，間排距為600mm×600mm，縱橫筋交錯(cuò)處用242.6主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下向分層壁式充填采礦法的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。3本方法的特點(diǎn)(1）針對(duì)滑石礦極軟弱破碎的力學(xué)性質(zhì)和原礦白度不可被污染的特別要求，提出的下向分層壁式充填采礦法是一種能實(shí)現(xiàn)安全、貧化損失小、無(wú)污染的采礦方法，該方法類似于煤礦領(lǐng)域的水平短壁式開(kāi)采，單向連續(xù)回采相鄰進(jìn)路。(2）該采礦工藝通過(guò)構(gòu)筑人工假頂保證了頂板的安全，采用液壓支柱+鋼結(jié)構(gòu)擋板的支護(hù)措施防止采場(chǎng)片幫，實(shí)現(xiàn)了極軟破礦體的安全回采，又采取架設(shè)柔性充填擋墻和鋪設(shè)防水尼龍布的措施，有效隔離了充填