凡口鉛鋅礦機械化分段鑿巖分段充填法試驗研究

盧 霞，周益龍，江飛飛，李 強

(1.深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東 韶關市 512325； 2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012； 3.國家金屬采礦工程技術研究中心， 湖南 長沙 410012)

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凡口鉛鋅礦機械化分段鑿巖分段充填法試驗研究

盧 霞1，周益龍2,3，江飛飛2,3，李 強2,3

(1.深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東 韶關市 512325； 2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012； 3.國家金屬采礦工程技術研究中心， 湖南 長沙 410012)

為解決凡口鉛鋅礦獅嶺南緩傾斜至傾斜中厚礦體開采所面臨的礦石貧化率高、部分礦石出礦困難等問題，通過對礦體結構面調查和開采技術條件分析，提出了適合獅嶺南緩傾斜至傾斜中厚礦體開采的機械化分段鑿巖分段充填采礦法，并在shn-500 m209#(西條)南段采場進行了工業試驗。試驗結果表明，此方法能夠在保證安全的前提條件下，取得了良好的技術指標，在礦山類似條件采場適合推廣應用。

緩傾斜至傾斜中厚礦體；機械化分段鑿巖；分段充填法；工業試驗

0 引 言

凡口鉛鋅礦位于韶關市仁化縣境內，董塘盆地北緣，目前是我國乃至亞洲最大的鉛鋅生產基地，現隸屬深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司。礦山始建于1965年，1968年正式投產，原設計規模為日處理鉛鋅礦石量3000 t，經過多年的技術改造，現已具備日處理鉛鋅礦石量5000～5500 t，年產鉛鋅金屬量18萬t的綜合生產能力。礦山目前的采選技術與工藝和裝備均屬國內先進水平，其中采礦工藝主要包括全尾砂膠結充填、盤區機械化充填法和VCR法等，地下采礦裝備主要包括自動化程度較高和安全性較好的鑿巖、裝藥和出礦等設備[1-3]。

緩傾斜至傾斜中厚礦體開采一直作為國內外眾多礦山面臨的共同問題，如何在保證安全的前提條件下降低礦石的貧化和損失是礦山面臨的主要技術難題。凡口鉛鋅礦前期開采此部分礦體的采礦方法主要為普通上向水平分層充填采礦法。在開采過程中，由于礦體形態變化較大，礦體上盤1～2 m范圍內的頂板圍巖松散易垮落而造成礦石貧化，且因礦體較緩部分礦石在爆破后無法依靠自重溜出而造成出礦困難和一定的損失；礦巖結構面較發育，在回采過程中空頂高度較高、頂板暴露時間較長，給設備和正常的井下生產等造成一定的安全威脅；另外獅嶺南部分的年產礦石量需達到40～50萬t，約占全礦年產量的1/3，現有采礦工藝達到產能需求存在一定的困難。為了有效解決凡口鉛鋅礦獅嶺南緩傾斜礦體開采過程中所存在的技術難題，切實提高礦山技術指標和經濟效益，有必要針對獅嶺南緩傾斜至傾斜中厚礦體開展開采方法和工藝試驗研究。

1 礦體結構面調查及開采技術條件分析

為了對凡口鉛鋅礦獅嶺南研究范圍內礦體的開采技術條件有著更加深入的認識，首先開展了礦體結構面調查，調查地點選擇在凡口鉛鋅礦獅嶺南賦存有(緩)傾斜礦體的-320，-360 m和-400 m中段的出礦穿脈巷以及各分段的回采進路中，針對礦巖體揭露良好的部位。

由調查結果可知，礦體中主要發育有3組優勢結構面，其結構面產狀分別為59°∠68°、14°∠70°和292°∠60°。根據結構面等密度圖及原始調查數據分析可知，各優勢結構面分別占調查結構面總量的22.09%、16.28%和24.42%，結構面平均間距為0.26 m，平均線密度為3.83條/m，總體而言，礦體結構面一般發育，根據RMR法和Q系統法的評價結果可知礦體所對應的巖體級別為Ⅱ～Ⅲ級，礦體質量總體中等至良好。同時，根據現場調查情況可知，礦體中的結構面大多為閉合狀態，結構面跡線長度一般大于1 m，其表面大多為平坦的、少部分為粗糙的，大多結構面之間無充填物，少數結構面之間存在5～30 cm的石英充填物，滲水性狀況大多數為潮濕，局部區域出現滲水現象，風化程度一般未風化，局部區域為輕微-中等風化，因而結構面特點明顯、整體特性較好。

凡口礦床為超大型隱伏鉛鋅礦床，礦區面積約5 km2，礦床工業類型屬產出于碳酸鹽類巖石中成分簡單的似層狀、透鏡狀熱液交代礦床。該礦床具有規模大、品位高、綜合經濟價值高等突出的總體特征。礦山井下采礦范圍包括水草坪區域內的金星嶺北翼和獅嶺兩地段，井下作業區域主要有富含硫鐵金星嶺低品位區、獅嶺主礦區、獅嶺頂板礦體高品位區、獅嶺南礦體區及深部礦體區。其中，獅嶺南礦體區于1987年進行開拓探礦，其緩傾斜礦體儲量約為380萬t，占全礦已探明可采儲量的約20%，此部分礦體平均傾角35°～40°，礦體平均厚度6～8 m，屬緩傾斜至傾斜中厚礦體。另外，根據礦體工程地質調查結果和已有的巷道與采場揭露情況可知，礦體穩固性較好，井下工程一般不需要支護，礦山水文地質條件為復雜～中等復雜類型，地表不允許崩落，總體而言礦床開采技術條件屬中等類型。

2 機械化分段鑿巖分段充填法采礦方案

目前國內針對此類型礦體的采礦方法主要有分段空場法、底盤漏斗采礦法、分層充填法及分段崩落法等；而國外開采此類型礦體則主要是以房柱法、充填法和爆力運搬采礦法為主[4-6]。結合凡口礦獅嶺南礦體賦存情況及礦山開采現狀，針對普通上向水平分層充填法開采此類型礦體過程中所存在的問題，提出了機械化分段鑿巖分段充填采礦法、分段鑿巖分段充填采礦法、機械化上向高分層充填采礦法和機械化水平鑿巖分層充填采礦法4種采礦方法方案。經過對各方案定性優缺點及定量模糊綜合評判分析，得出機械化分段鑿巖分段充填采礦法為4個方案中的最優方案，其標準方案如圖1所示。

圖1 機械化分段鑿巖分段充填采礦法方案

(1) 礦塊布置及采場結構參數。沿礦體走向布置采場，采場長100 m，寬為礦體厚度，中段高度為50 m，分段高度為8 m，留設8 m的底柱。

(2) 采準切割工程。采切工程主要包括采準斜坡道、分段平巷、分段出礦聯絡巷、溜礦井、切割聯絡巷、切割巷、順路脫水井等。從下盤運輸巷道掘進采準斜坡道，在各分段水平離礦體一定的距離并沿礦體走向掘進分段沿脈巷，在采場端部垂直礦體走向掘進分段出礦巷至礦體上盤，并與分段巷道和溜礦井連通，第一分段在礦體中掘進沿脈拉底巷，在拉底巷進行擴幫回采，擴幫至礦體上下盤邊界。從分段平巷采場中部掘進分段切割聯絡巷至礦體上盤。在第一分段的分段切割巷開始向上采用留礦法回采至上一中段，形成3 m寬的采場切割槽。在分段切割聯絡巷出凈切割槽內的礦石后形成了分段落礦的自由面空間和采場通風通道。

(3) 回采工藝。首先在采場拉底水平用鑿巖臺車向上鉆鑿扇形平行中深孔，分段中深孔鑿巖完后，以切割槽為自由面，分段爆破回采，從中間向兩端依次爆破回采。通過分段平巷到分段出礦聯絡進入采場，采用遙控鏟運機出礦，并倒入采場礦石溜井。分段回采完畢后，進行分段膠結充填，充填至上分段底板標高，待充填體質量達到要求后即可進行下一工序作業，撬毛臺車從分段出礦聯絡巷進入采場，從采場兩端向中間進行頂板檢查，撬下采場直接頂板的浮石和松動。然后進行采場上盤頂板支護，上盤頂板支護采用中空注漿錨桿與金屬網及頂板注漿聯合支護。采場上盤頂板支護完畢后，切割下盤的三角體，作為上一分段鑿巖臺車鉆鑿扇形中深孔的作業空間，爆破下盤三角體廢石運至采場上盤三角體內，減少礦體回采二次損失。在膠結充填體上靠下盤空間內采用鑿巖臺車進行上一分段中深孔鑿巖，分段鑿巖完成后回采上一分段。

(4) 采場通風。新鮮風流通過下盤運輸巷，經采準斜坡道進入各分段巷道、分段出礦巷到采場，污風經采場切割槽進入上一中段的回風平巷。

(5) 充填。一分段回采完畢后，進行膠結充填且充填高度為8 m，然后進行膠面作業；后續各分段回采結束后進行分段充填，充填高度均為8 m。在充填前應在采場兩端做好充填擋墻和架設好順路脫水井，充填時通管道從采場端部將料漿輸至采場，并通過順路脫水井進行脫水作業。

3 采礦工藝工業試驗

根據機械化分段鑿巖分段充填采礦方法與工藝，以及獅嶺南緩傾斜至傾斜中厚礦體賦存條件和井下實際情況，決定在獅嶺南-500 m中段209#采場開展采礦工藝工業試驗，試驗采場長60 m左右，試驗地點礦體近南北走向，南部礦體稍薄北部稍厚，礦體平均傾角40°左右，礦體水平厚度約為5 m。試驗采場圍巖地層層間裂隙較發育，回采過程中除需注意礦體和圍巖中的斷裂構造外，還需注意圍巖中的層間裂隙面；采場頂板結構較差，節理裂隙發育，礦體上下盤圍巖均較為破碎，層間構造發育，易發生層間剝落。

3.1 shn-500 m209#南段采場回采總體布置

采場由shn-500 m一分段平坡進入，在礦體南端部布有切割天井，由于南部礦體較薄，若以天井為自由面進行逐排炮破，中深孔側向崩礦時可能因拉槽區較窄，后面炮孔礦體逐排變寬，爆破造成礦石的貧化和損失或爆破效果變差。因此在采場中部布置掏槽區，進人工對角掏槽，布置4個空孔，掏槽區孔網參數為1.2 m×1.2 m。采場南端部礦體較薄，采取人工上挑進行回采。試驗采場回采布置見圖2。

3.2 shn-500 m209#(西條)南段采場回采爆破

在試驗采場炮孔施工完畢后，需要對礦界進行修訂以及對炮孔進行驗收，驗收合格后方可開始拉槽爆破作業。拉槽區范圍布置在第13排到第15排之間，采用9眼掏槽，布置4個空孔，4個裝藥孔，中間一個裝藥孔，以9眼掏槽孔為中心布置3圈孔進行爆破拉掏，形成拉掏空間，礦體下盤布置2～3個斜孔，上盤礦體根據現場情況布置直孔以拉槽空間為自由面進行側爆，最終形成采場拉槽區，采場拉槽區布孔方式如圖3所示。

采用裝藥臺車裝藥，炮孔裝藥長度按0.85的裝藥系數計算確定，裝藥后其余部分為堵塞長度，對于較短炮孔，堵塞長度不小于0.4 m。采用非電導爆管起爆系統；起爆導爆管雷管安裝在孔底；采用微差起爆方式，以側向為自由面和補償空間，同排中間孔先響，上下盤邊孔后響，逐排起爆。在采場進路口安裝局扇，新鮮風流清洗爆破工作面，經過回風聯絡道回到回風巷；使用遙控鏟運機出礦，并于附近溜井卸礦。

本采場各分段均一次性爆破，以拉槽區為自由面兩側逐排分段向拉槽區進行微差一次性爆破，采場南端部采用人工挑高進行回采，柱子孔以采場窿形空間和人工挑高的空間為自由面進行側向爆破，整個回采過程的爆破作業需嚴格按照相應的作業規程執行。

圖2 shn-500 m209#(西條)南段采場回采布置平面圖

圖3 試驗采場拉槽區炮孔布置

4 結果及結論

經過約半年的機械化分段鑿巖分段充填法工業回采試驗，根據現場回采統計結果可知，試驗期間共采出礦量約4.5萬t，礦石損失率約為3%，礦石貧化率約為10%。另外，在試驗采場中還采用了中空注漿錨桿與金屬網及頂板注漿聯合支護的方式，用于支護采場上盤頂板，現場支護效果總體良好，能夠較好的滿足回采期間的設備等安全需要。現場試驗結果表明，機械化分段鑿巖分段充填法機械化程度高、適應性較強，適合開采形態變化較大的礦體，且取得了良好的技術指標，為礦山安全高效開采緩傾斜至傾斜中厚礦體積累了一定的經驗，在礦山類似條件采場適合推廣應用。

[1]李向東,周益龍,李 強,等.凡口礦緩傾斜礦體開采技術研究結題報告[R].長沙:長沙礦山研究院有限責任公司凡口鉛鋅礦,2015.

[2]黃沛生.凡口鉛鋅礦采礦工藝現狀與淺析[J].礦冶,2001,10(4):1-5.

[3]張木毅.凡口鉛鋅礦采礦技術的創新與發展[J].采礦技術,2010,10(3):6-9.

[4]修 蕾,喬 木,李志軍,等.緩傾斜中厚礦體開采方法研究[J].有色金屬(礦山部分),2011,63(2): 8-10,63.

[5]任建平,陽雨平,鄧 良,等.國內外傾斜中厚礦體的開采現狀和發展趨勢[J].現代礦業,2009(6):1-4.

[6]尹升華,吳愛祥.緩傾斜中厚礦體采礦方法現狀及發展趨勢[J].金屬礦山,2007(12):10-13.(收稿日期：2016-01-28)

盧 霞(1965-)，男，廣東興寧人，工程師，長期從事采礦技術管理工作。