急傾斜薄礦脈安全高效開采方法的選擇

楊勃　陳慶凱　張姝敏

摘 要：針對上下盤圍巖不穩固急傾斜破碎薄礦脈，提出分段礦房嗣后充填法、分段鑿巖階段出礦嗣后充填法、無底柱分段崩落法等三種可行的采礦方法。通過技術指標、效率、優缺點等多方面比較和分析，最終選擇采用無底柱分段崩落法開采該礦脈。

關鍵詞：急傾斜薄礦脈 無底柱分段崩落法 中深孔落礦

中圖分類號：TD853 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0095-02

急傾斜薄礦脈安全高效開采歷來是個難題，很多采礦工程師和學者對此問題進行了研究，提出一些具體的方案，但多數方案的礦體及圍巖的賦存條件比較好，礦巖的穩固性均在中等以上。當急傾斜薄礦脈的上下盤不穩固時，如何實現安全高效開采則是個更難的問題。

1 礦體開采條件

某礦山6#礦體呈脈狀產于斷裂構造中，礦脈控制長180 m，水平厚度0.8～3.0 m，傾角60°～75°，品位1～3 g/t，脈壁光滑呈舒緩波狀。礦石類型為含金黃鐵礦構造蝕變巖型，礦石較破碎，有一定的粘結性，主要由破碎蝕變巖組成，金屬硫化物呈浸染狀、團塊狀、細脈狀分布于破碎蝕變巖中，沿脈探礦巷道穩定性差，掘進7～10 m，無支護條件下，出現塌方。圍巖為斜長角閃片麻巖，節理裂隙發育，上下盤整體穩固性較差。礦區地表主要為荒山，允許崩落。

目前，礦山主要采用削壁充填法和淺孔留礦法采礦。由于6#礦體變厚且破碎，圍巖穩固性較差，繼續采用傳統采礦方法，工人在頂板下作業，極不安全，而且生產效率低下。因此，根據礦體賦存條件，研發安全高效的采礦方法，勢在必行。

2 可行的開采技術方案

2.1 分段礦房嗣后充填法

分段礦房嗣后充填采礦法是國際上廣泛應用的一種采礦方法，該方法的機械化程度較高，生產效率高，適用于開采礦體厚度大于1 m、頂底板穩定性好的礦體。

（1）采場結構參數。

階段高度40 m，將階段劃分為三個分段，分段高度13.3 m，采場長50 m，寬度為礦體厚度。不留頂住、不設底柱，平底結構出礦，出礦進路間距5～6 m。

（2）采切工程。

下盤脈外布置設備井，間距150 m，聯通每個分段運輸巷，下盤布置脈外溜井，間隔100 m，中段內部回采順序自下而上，從最下分段開始回采，沿脈布置鑿巖巷道，在采場中央布置切割天井。平巷的規格為（寬×高）2.0 m×2.3 m。

（3）回采工藝。

在脈內鑿巖巷道中，沿礦體傾斜方向鉆鑿上向平行中深孔，排距1.2～1.5 m，孔距0.8～1.2 m，以切割天井為自由面進行落礦，自切割井向兩側退采，每次爆破2～6排炮孔，采用鏟運機或扒渣機出礦，礦車運礦。采場礦石運出后，進行空場嗣后廢石充填。

2.2 分段鑿巖階段出礦嗣后充填采礦法

分段鑿巖階段出礦嗣后充填法適用于礦體較規則，可用重力放礦，礦巖較穩固的急傾斜薄礦脈。

（1）采場結構參數。

采場長度為60 m，寬度為礦體厚度，階段高40 m，分段高13 m。留頂住3 m，不留底柱，平底結構出礦。

（2）采切工程。

采準工作主要包括下盤人行通風井、間距6～8m的階段出礦穿脈。切割工程包括下盤脈外0.5m處靠近切割巷道布置的切割井，分段鑿巖巷，以及分段鑿巖巷道與人行通風井之間的聯絡巷道。

（3）回采工藝。

在鑿巖巷中打上向平行中深孔，孔深11 m左右，抵抗線1.2～1.5 m，炮孔排面角前傾80°。鑿巖時，孔底至各井巷邊界保留0.5 m，不鑿穿，以免影響圍巖的穩定性。回采時，以切割井為自由面，拉開切割槽，自中央的切割槽向兩側退采。回采工作順序在中段內自上而下進行，上分段超前下分段6～8 m，形成梯段式回采。

2.3 無底柱分段崩落法

在開采急傾斜薄礦脈方面，無底柱分段崩落法是近年發展起來的一種高效采礦方法，在國外一些礦山得到了成功的應用。

（1）采場結構參數。

采場沿礦體走向布置，長50 m，寬為礦體水平厚度，階段高40 m，將階段劃分為三個分段，分段高13.3 m。不留頂底柱，不留間柱，平底結構出礦。

（2）采切工程。

沿脈布置鑿巖巷道，在礦體下盤布置脈外分段運輸巷道。在分段運輸巷中每隔25 m掘進出礦穿脈與鑿巖巷道聯通。每100 m布置一條設備井，聯通各個分段。在礦體下盤每隔50 m布置一條溜井，傾角65°。在采場中部每隔50 m布置一條切割井。

（3）回采工藝。

從最上分段開始回采，在鑿巖巷道中沿礦體傾斜方向布置上向平行中深孔，以采場中部切割槽為自由面，沿走向方向按步距分次爆破，后退式開采。排距1.2～1.5 m，孔距0.8～1.2 m。崩落的礦石在上部和側部崩落覆蓋巖石下從回采巷道底部放出，采用鏟運機出礦。

在回采過程中，采取多分段同時回采的方式。上部分段要超前下部分段進行回采，其超前距離為20～30 m。第一分段采取控制放礦，僅放出崩落礦量的25%～30%，為下一分段創造覆蓋層。方案如圖1所示。

（4）方案技術要點。

①覆蓋層的形成與維護。

分段崩落法的基本特征之一是在覆巖下放礦，回采時必須保證一定厚度的覆蓋層。對于急傾斜薄礦脈，一般要求最上部分段要有一個分段高度的崩落巖層，就能滿足正常崩礦回采的條件。因此，本方案回采時第一分段控制出礦25%～30%，第二分段視采空區上下盤圍巖自然冒落情況，控制出礦50%～80%。

②放礦控制。

對于急傾斜薄礦脈礦體采用無底柱分段崩落法，屬于受上下盤邊壁約束條件下的單漏口放礦，其散體的流動受到上下盤的約束，放出體發生變異，因此在該條件下如何確定采場的結構參數（分段高度、崩礦步距），采取何種放礦方式（無/低貧化放礦、截止品位放礦）是本方案成功的關鍵問題之一。

③中深孔控制爆破技術。

薄礦脈窄幅采場中深孔爆破時，受自由面限制，爆破將受到較大的夾制作用，因此開展該條件下的中深孔控制爆破技術，優化采場回采爆破參數，控制爆破塊度，降低炸藥單耗，減少爆破的超欠挖等，也是本方案成功的關鍵問題之一。

3 采礦方案的比較及優選

調查國內外急傾斜薄礦脈礦山的采礦方法，可以發現以上三種采礦方案均有不同程度的推廣應用。澳大利亞的Daisy Milano金礦與Long Shaft鎳礦采用分段空場嗣后充填采礦法；加拿大的多姆金礦和澳大利亞的Bullen金礦采用中深孔落礦分段鑿巖階段出礦的分段空場采礦法。德國的累德里希鉛鋅礦和法國的薩爾西尼金礦采用無底柱分段崩落法開采急傾斜薄礦脈。因此通過對國內外相似礦山的類比分析，在急傾斜薄礦脈條件下，以上三種待選方案技術上都是可行的，但其各自的優缺點不同，匯總比較如表1所示。

對比三個方案的技術指標及優缺點可以看出，分段鑿巖階段出礦嗣后充填法的千噸采切比最小，分段崩落法其次，分段礦房法最大。但是由于分段崩落法無需嗣后處理采空區，崩礦及出礦以每個步距為最小單位，因此其不受礦體邊界、厚度變化的影響，可以采用無軌設備出礦，生產靈活，生產能力較大，同時礦區位于山區，周圍無村落人家，地表允許崩落，因此其具有空場法無法比擬的優勢。針對圍巖整體穩固性較差，崩落礦石具有一定的粘結性，要求“快崩快出”，空場采礦法的綜合優勢不如崩落法，綜合分析比較，推薦采用無底柱分段崩落法進行6#礦脈的開采。

4 結論

（1）基于礦巖不穩固急傾斜薄礦脈開采條件，通過方案比較分析，提出了無底柱分段崩落法。

（2）采用無底柱分段崩落法開采急傾斜薄礦脈具有安全高效的特點。

（3）中深孔控制爆破技術和損失貧化控制方法是采用無底柱分段崩落法進行薄礦脈開采的關鍵技術。

參考文獻

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