緩傾斜破碎薄礦體盤區機械化進路充填采礦方法研究

熊有為

(1.長沙有色冶金設計研究院有限公司，　湖南 長沙　410000；2.深井礦山安全高效開采技術湖南省工程研究中心，　湖南 長沙　410000)

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緩傾斜破碎薄礦體盤區機械化進路充填采礦方法研究

熊有為1，2

(1.長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙410000；2.深井礦山安全高效開采技術湖南省工程研究中心，湖南 長沙410000)

針對金屬礦山緩傾斜破碎薄礦體開采難的技術現狀，結合某銀礦的開采技術條件，開展采礦方法研究，提出盤區機械化進路充填采礦法技術方案。采用臺車淺孔鑿巖，鏟運機出礦，坑內卡車直接運出地表，嗣后尾砂膠結充填。生產實踐表明，該采礦方法使得盤區綜合生產能力達到600～800 t/d，盤區損失率5%～7%，貧化率8%～10%，具有較好的技術經濟效益。

緩傾斜；薄礦體；盤區機械化進路采礦；尾砂膠結充填

緩傾斜破碎薄礦體的回采一直以來是國內外公認的一大技術難題。由于礦體傾角緩，采場底板的水平傾角小于礦堆自然安息角，礦石無法自溜，不能在底部結構中集中出礦；礦體厚度薄，不適宜中深孔高效爆破，且礦石貧化率較高；礦體和圍巖破碎，允許暴露面積較小，安全性較差，礦柱回收困難，礦量損失較大[1]。針對這種礦體的回采，主要采用水壓支柱護頂的全面法和房柱法[2￣3]，偽傾斜單采尾砂膠結充填法[4]，以及在采場內采取控制爆破等技術措施[5]。以上采礦方法雖然一定程度改善了采場安全性，適應礦體產狀，但生產能力較低，勞動強度較大。

本文根據廣東某銀礦典型緩傾斜破碎薄礦體的賦存特征，進行采礦方法研究，形成技術可靠、經濟可行的采礦方法技術方案，為緩傾斜破碎薄礦體安全高效回采提供參考。

1　開采技術條件

礦區位于廣東省佛山市與肇慶市交界處，離城市較近，靠近西江，周邊有密集村落、大學城等，地表環保要求高。礦床為中—低溫熱液型隱伏銀礦床，礦體呈似層狀，多層平行產出。主礦體Ⅰ號礦體賦存于上三疊統小坪組與下石炭統界面間的Fx1滑脫斷裂帶內，含礦巖石為硅化巖、硅化角礫巖、硅化灰巖等。結構面以Ⅱ級為主，巖體結構類型為層狀結構(Ⅱ1)、層狀碎裂結構(Ⅲ2)，巖石呈多角形塊體。巖石天然抗壓強度24.40～115.50 MPa，平均值為62.05 MPa。工程穩定性中等。裂隙發育，巖石較破碎，巖芯多呈塊狀，少量短柱狀，局部破碎成碎屑狀，RQD多在25%～68%之間，平均值為43%，巖石質量屬劣～中等，巖石質量多為Ⅳ級，局部為Ⅲ級。巖體質量等級極壞，巖體質量差，屬Ⅳ類巖體。礦體頂板為上三疊統碎屑巖，主要巖性為長石石英砂巖、泥質粉砂巖、含礫砂巖等，受構造活動影響，頂板圍巖完整性和穩固性差。礦體底板圍巖以灰巖為主，部分為角礫狀灰巖，完整性和穩固性好，工程性質佳。礦體連續性較好，局部存在膨大縮小、分枝復合及尖滅再現的現象。礦體總體走向40°左右，總長2318 m，水平投影寬100～670 m，平均寬373 m，厚0.28～32.2 m，平均厚度4.72 m，賦礦標高一般在-54～-220 m 之間。產狀與斷裂帶產狀基本一致，形如向斜，剖面上呈“碟狀”，不同部位產狀有所變化，礦體傾角10°～20°，平均傾角12°。銀礦石平均品位Ag 225.93 g/t，同時伴生Au 0.19 g/t、Pb 0.20%，Zn 0.65%。礦體中空洞發育，規模從數十厘米到十幾米不等，多數空洞上下皆為礦(化)體，空洞的存在可能會增加開采難度。礦石工業類型為原生銀礦石，自然類型主要為硅質銀礦石，其次為鈣硅質銀礦石，礦石平均體重為2.65 t/m3。

2　開拓運輸系統布置

根據礦體的賦存狀態、擬定的采礦方法，以方便開采、減少投入、提高產出為原則，確定中段高度為30 m。開拓系統為雙無軌斜坡道開拓方式，滿足礦山6000 t/d生產規模。中段的礦石通過采場溜井下部的振動放礦機裝入井下卡車后，再由井下卡車通過中段運輸巷道、斜坡道和地表公路運至地表礦石堆場或選廠礦倉。中段的廢石由井下卡車通過中段運輸巷道、斜坡道和地表公路運至廢石場。由此形成井下和地表全無軌運輸模式。

3　采礦方法

3.1采礦方法選擇

根據礦區地表環境及礦體賦存特征，主要從以下幾方面進行采礦方法選擇：

(1) 考慮礦區附近有珠江水系、村落、大學城等，周邊環境復雜，對環保、水保和安全要求較高，地表不允許塌陷，同時銀礦石品位較高，銀礦體只宜采用充填法進行回采。

(2) 礦體傾角緩，具備鑿巖臺車、鏟運機等無軌設備進入采場的作業條件；采用無軌機械化設備能更好適應礦體底板起伏和增大采場生產能力。

(3) 礦體走向較長，連續性好，具備盤區開采條件，有利于減少采準切割工程量，提高生產效率。

(4) 礦體頂板不穩固，礦石穩固性中等，且礦體中空洞發育，工作面暴露面積不宜太大，采場宜以進路形式布置。

因此，綜合以上因素，提出適用于緩傾斜破碎薄礦體開采的盤區機械化進路充填采礦法。

3.2采礦方法簡述

(1) 盤區結構參數。盤區沿礦體走向布置，長度100～120 m，沿傾向方向盤區斜長100～120 m，寬度為礦體水平厚度，留底柱3 m，頂柱3 m。盤區內布置進路分條開采，進路斷面寬×高為4 m×4 m，礦山在實際生產過程中可根據礦體厚度和礦巖穩固性進行適當調整。

(2) 采準、切割工程。主要包括無軌設備聯絡道、切割橫巷、盤區斜坡道、盤區溜井等。由中段無軌運輸巷道向礦體掘進坡度≤15%的無軌設備聯絡道，作為無軌設備進出盤區的通道；聯絡道抵達礦體后沿礦體走向掘進切割橫巷，再從切割橫巷往上沿礦體傾向掘進盤區斜坡道，坡度≤15% (礦體傾角≥8.5°時，采用折返式布置；礦體傾角<8.5°時，沿礦體傾向直線布置)，與上中段切割橫巷連通；在盤區內布置兩條Φ=3.0 m盤區溜井，從中段運輸巷道掘進穿脈運輸巷道與溜井連通，作為卡車裝運礦石的通道，溜井底部安裝振動放礦機。盤區機械化進路充填采礦法見圖1。

圖1 盤區機械化進路充填采礦法

(3) 礦石回采。在盤區內進行進路式回采，自盤區斜坡道沿礦體走向布置回采進路。為方便無軌設備行走，進路底板水平布置。根據礦體及頂板圍巖穩固性，采用“隔一采一”或“隔三采一”的進路回采布置方式，進路采完后立即進行充填。

鑿巖主要采用Boomer 281進口液壓鑿巖臺車，鑿巖效率為150～180 t/臺班。炮孔直徑45 mm，孔深3～3.5 m，孔底距1.5～2.0 m，排間距1.5～1.8 m，采用銨油或乳化炸藥、非電毫秒雷管及導爆管爆破。

出礦主要采用ST-3.5型3.0 m3柴油鏟運機。工作面爆破后進行通風，頂板浮石處理，然后爆落礦石由鏟運機鏟裝卸入采場溜井。鏟運機出礦效率為250～300 t/臺班。

礦石從溜井底板振動放礦機放至MT-436B型30 t卡車，通過中段運輸平巷和主斜坡道運出地表。

(4) 采場通風。采場主要依靠貫穿風流通風，新鮮風流從斜坡道、專用進風井等進入中段，經穿脈巷道、脈內聯絡平巷及盤區進入采場，進路掘進時為獨頭巷道，爆破后采用局扇加強通風，將污風匯入上部回風中段，最終通過主回風道、回風豎井等排出地表。

(5) 頂板管理。通風結束后，工人進入工作面檢查爆破效果，查看有無啞炮和頂板安全狀況，撬掉浮石和松動巖石，同時向爆堆進行噴霧灑水。如頂板局部不穩定，可用錨桿支護。

(6) 采場充填。進路回采結束后采用尾砂膠結充填。充填管道由鉆孔下到井下鉆孔硐室，通過中段運輸平巷、無軌設備聯絡道和盤區斜坡道進入采場。平巷充填管道為Φ146 mm×6 mm的無縫鋼管，采場充填支管為Φ140 mm×6 mm PVC復合管。

待充填進路先砌筑鋼筋混凝土擋墻，鋪設泄水管，然后進行充填。盤區一步驟回采進路采用灰砂比為1∶8的尾砂膠結料進行充填，二步驟回采進路可采用廢石和灰砂比1∶20的尾砂膠結料進行充填。

(7) 盤區生產能力。工作面鑿巖、出礦均為機械化作業，單條進路生產能力為150～200 t/d，每個盤區平均組織4條進路同時進行生產，盤區綜合生產能力為600～800 t/d。礦山正常生產時期2～3個中段同時生產，同時工作盤區數為12～14個，能夠滿足礦山6000 t/d生產規模。

3.3主要技術指標

盤區機械化進路充填采礦法主要技術指標見表1。

表1　盤區機械化進路充填采礦法主要技術指標

盤區機械化進路充填采礦法的噸礦回采材料消耗見表2。

表2　盤區機械化進路充填采礦法材料消耗

4　結　論

(1) 根據某礦礦體賦存條件及開拓運輸系統布置，對采礦方法進行研究，形成適用于緩傾斜破碎薄礦體的盤區機械化進路充填采礦方法技術方案。

(2) 礦塊采用盤區布置，進路回采，盤區綜合生產能力為600～800 t/d，盤區損失率5%～7%，貧化率8%～10%。

(3) 采用充填法對緩傾斜破碎薄礦體進行回采，既提高了礦石回采率，也有利于控制地壓活動和巖石移動，保護井下人員、設備和地表建筑、設施的安全。

[1]甯瑜琳，胡建華.緩傾斜薄礦體采場極限暴露面積與參數優化[J].礦冶工程,2014,34(1):14￣17.[2]周科平，翟建波，高峰，等.緩傾斜薄礦體采場偽傾斜布置及參數優化研究[J].廣西大學學報(自然科學版),2012,37(2):376￣378.[3]王貽明，姚高輝，夏紅春，等.緩傾斜破碎薄礦體采礦方法選擇與采場參數優化[J].現代礦業,2010(5):15￣18.[4]梁乃躍，楊鵬，呂文生，等.偽傾斜單采尾砂膠結充填采礦法在緩傾斜薄礦體開采中的應用[J].有色金屬(礦山部分),2012,64(4):6￣9.[5]柯錦福，吳愛祥，王貽明.破碎礦巖采場控制爆破技術[J].現代礦業,2015(7):36￣38.

2016￣02￣17)

熊有為(1987-)，男，湖南汨羅人，工程師，碩士，研究方向為金屬礦山安全高效開采。