無礦柱上向水平分層連續采礦法在中厚礦體開采中的應用

黃明發

(廈門紫金工程設計有限公司， 福建廈門市 361006)

無礦柱上向水平分層連續采礦法在中厚礦體開采中的應用

黃明發

(廈門紫金工程設計有限公司， 福建廈門市 361006)

石湖金礦101采區的金品位相對較高，原有高損失貧化率的留礦采礦法嚴重制約了公司經濟效益的提高和可持續發展，因此，必須尋求低損失貧化的開采方法。為此，提出了3種采礦方法，通過綜合對比分析，選擇無礦柱上向水平分層全尾砂膠結充填采礦法進行開采，通過現場試驗，結果表明，采用該方法后采場貧化率為5%，損失率為3%，取得非常好的經濟效益和社會效益。

上向水平分層；全尾砂充填；連續采礦

石湖金礦101采區原為薄礦體，采用淺孔留礦采礦法回采。由于礦體上盤圍巖穩固性差，在留礦法后期大量出礦時，上盤圍巖容易坍塌從而導致貧化損失指標過大，經相關部門統計，采礦貧化率將近50%，采下損失達20%。101采區的金品位相對較高，根據地質部門提供的數據，180 m中段的平均金品位為6.5 g/t，高損失貧化率的留礦采礦法嚴重制約了公司經濟效益的提高和公司可持續發展。隨著開采深度的向下延伸，采區上部薄礦體即將回采結束，180 m中段及以下中段的礦體以中厚礦體為主；由于礦體厚度的變化及開采技術條件的限制，留礦采礦法已不適宜101采區中厚礦體的開采。因此，必須尋求低損失貧化的開采方法。

1 開采技術條件

180 m中段的礦體主要賦存在19～31勘探線之間。礦體走向長約315 m，傾角73°。礦體平均厚度6.3 m，最大厚度10 m以上，平均品位6.5 g/t。礦體巖性為硅化巖、綠泥石化硅化巖，礦體RQD一般為70%～90%；f系數5～7，裂隙不發育，平均抗壓強度為58.44 MPa，抗剪強度為13.3 MPa，抗拉強度為1.72 MPa，穩定性良好。礦體下盤為黑云斜長片麻巖，巖石穩固；上盤巖石為鉀化黑云斜長片麻巖，中等穩固～不穩固，局部存在高嶺土化現象，采場面積過大時在出礦過程中容易片幫垮落。礦石體重2.85 t/m3，礦巖松散系數1.54。

2 采礦方法選擇

根據礦體的開采技術條件以及結合礦山開采現狀，針對該類型礦體，提出了幾種可行的采礦方法方案:無礦柱上向水平分層全尾砂膠結充填連續采礦法、留礦法嗣后充填與上向分層充填聯合采礦法、分段中深孔嗣后充填與上向分層充填聯合采礦法。通過對3種采礦方法綜合對比分析，最終選擇無礦柱上向水平分層全尾砂膠結充填連續采礦法進行開采，采礦方法見圖1。

3 無礦柱上向水平分層全尾砂膠結充填連續采礦法

3.1 采準工程布置

采場沿礦體走向方向布置，采場長度為60 m，寬為礦體厚度，中段高度40 m，采場與采場之間不留間柱和頂底柱。

3.2 采準與切割

在180 m中段共布置了5個采場，主要采準工程包括斜坡道、分段平巷、溜井、采場聯絡道、溜井聯絡道等。分段高度10 m，180 m中段以上為220 m中段，因此，2中段之間再布置190，200，210 m三個分段水平，均布置分段平巷。從180 m中段水平的運輸大巷開始向上掘斜坡道連接190 m分段平巷，從190 m分段平巷掘斜坡道連接200 m分段平巷、210 m分段平巷，為了節省采切工程量，210 m分段與220 m中段水平之間不設斜坡道連接。通過各分段平巷施工采場聯絡道，首先從分段巷平巷往下施工，最大坡度為20%。每向上回采、充填一個分層后，在采場聯絡道向上挑頂到上一個分層高度位置，崩落廢石充填采場聯絡道，多余廢石用鏟運機運輸至采場空區，與尾砂膠結充填體一起形成充填體。若盤區生產任務小，盤區采場之間有足夠的剩余周轉時間，可從采場往分段平巷向上掘進采場聯絡道，掘進廢石用電耙耙入采場空區，可降低施工難度，提高作業效率并降低掘進成本，試驗期間各采場聯絡道均按該方法施工。為發揮電動鏟運機最大出礦效率，在每個采場下盤脈外布置一條溜礦井。

圖1 無礦柱上向水平分層全尾砂膠結充填連續采礦法

3.3 采場拉底工作

從采場沿脈巷道開始，采用淺孔鉆機拉底至礦體邊界，拉底高度2.5 m。拉底礦石用人工出礦或裝運機出礦，礦車裝礦后由穿脈巷至中段運輸平巷運出。采場不留頂底柱和間柱，采場對應的下中段仍有礦體需回采時，在完成拉底出礦后，鋪設高強度混凝土假底，厚度0.5 m，如采用高灰砂比充填體替代混凝土，充填厚度1 m，并在底板上增加鋼筋和金屬網片。試驗盤區實際采準切割工程量見表1。

表1 試驗盤區采切工程量

3.4 回 采

(1)鑿巖爆破。底部拉底結束后，開始從下往上分層回采。首先開始第一分層礦體回采，因礦體上盤圍巖不太穩固，為減少上盤圍巖片幫冒落，在回采時，通過壓頂或挑頂回采下盤礦體，上盤預留1.5 m礦體暫不回采，待下盤礦石出完后，開始充填，充填高度不高于上盤礦體底部高度。待充填體強度滿足要求后開始第二分層礦體回采，同樣先回采下盤礦體，礦石出礦結束后，回采上盤預留的1.5 m礦體，采用水平孔進行落礦。該部分礦石量少，出礦速度快，待礦石出盡后進行充填，減少上盤圍巖片幫冒落。依次類推直至回采至上部中段。鑿巖參數:孔距1～1.2 m，排距0.8～1 m，孔深2～2.5 m。梅花型布置炮孔，導爆管雷管起爆孔內炸藥。炸藥單耗0.4 kg/t，加上大塊二次破碎，炸藥綜合單耗0.45 kg/t。

(2)出礦。受主井井筒斷面限制，大型鏟運機無法進入井下；同時，為了降低采切工程量及生產成本，結合采場生產能力要求，出礦設備采用0.75 m3電動鏟運機，鏟運機尾繩有效長度85 m。出礦之前先處理頂板松石，并向礦石堆灑水，減少粉塵。鏟運機出礦采用前進式出礦方式，采場礦石通過鏟運機從采場聯絡道、分段平巷運至礦石溜井。溜井井口設置了400 mm×400 mm格篩，不能通過格篩的大塊通過爆破或大錘砸碎后下放溜井內。

(3)通風。新鮮風流由中段運輸巷、采區斜坡道進入各個分段，再經分段平巷、采場聯絡道到進入采場，沖刷工作面后，污風由通風天井導入上中段運輸巷，進入總回風系統，排出地表。

3.5 全尾砂膠結充填

一分層回采結束后開始進行充填工序，充填開始前，通過挑頂使聯絡道底板與充填高度保持在同一高度，并用擋墻封閉所有出入采場的出入口，從采場上部充填通風天井架設充填管道進行全尾砂膠結充填。充填骨料采用礦山選廠全尾砂，水泥作膠凝劑。根據采場對充填體強度要求，為降低充填成本，先采用低灰砂比充填料進行充填，然后采用高灰砂比充填料進行澆面。根據充填體強度室內試驗，灰砂比為1∶4的充填體7 d強度可達1 MPa以上，滿足鏟運機在充填體上行走的要求，灰砂比為1∶6時的膠結充填體28 d強度可達1 MPa以上。因此設計一般充填采用1∶6的灰砂比，澆面充填高度為0.5 m，澆面膠結充填采用1∶4的灰砂比。

分層充填高度2～2.5 m。當采用壓頂落礦方式，采場頂板向上推進時不采用臺階形式，則充填后的空頂高度為1～1.5 m。若采用挑頂落礦方式，采場頂板向上推進時采用臺階形式，則充填后的空頂高度為2～2.5 m，接近上盤圍巖的臺階礦體部位充填后空頂高度為0.2～0.3 m，該部分礦體用水平炮孔回采。

為了減少回采與充填相互制約，采用2個采場交替作業形式，從而確保生產任務，以提高生產效率。

3.6 主要技術經濟指標

根據現場試驗，采用無礦柱上向水平分層全尾砂膠結充填連續采礦法取得了較好的技術經濟指標:采場生產能力為100～120 t/d；損失率為3%；貧化率為5%；千噸采切比為9.47 m/kt(標準米)。

4 結論及建議

針對101采區中厚礦體開采，通過采用無礦柱上向水平分層全尾砂膠結充填連續采礦法極大地提高了礦山生產能力，大大降低了貧化損失指標。采場之間不留礦柱，有效利用井下礦產資源。現場試驗各項技術經濟指標先進，目前已在石湖礦業有限公司全面推廣，并為其他礦山提供經驗。建議中厚礦體采用無礦柱上向水平分層全尾砂膠結充填連續采礦法，為提高機械化程度和生產效率，應采用鑿巖臺車鑿巖，并采用撬毛臺車、錨桿安裝臺車、服務車等先進設備。

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2016-04-14)

黃明發(1982-)，男，江西鷹潭人，工程師，現任廈門紫金工程設計有限公司采礦室主任，Email:516455287@ qq.com。