北衙鐵金礦區露天轉地下聯合開采技術探析

張 寧

（鶴慶縣鶴慶北衙礦業有限公司，云南 大理 671507）

隨著時代的不斷發展，對于礦區露天轉地下聯合開采技術的要求也在不斷提高，為了能夠更好的分析開采技術，本文以北衙鐵金礦區為例，對具體的開采技術進行分析，希望可以滿足開采的要求。

1 北衙鐵金礦區簡介

北衙鐵金礦區位于滇西北鶴慶縣城南部172°方向，平距47.5km，隸屬大理白族自治州鶴慶縣西邑鎮北衙村公所轄區。地理坐標：東經100°11′15″-100° 13′ 00″，北緯26°07′30″-26°10′30″，礦區交通方便。

2 北衙鐵金礦區露天轉地下聯合開采技術

2.1 礦床開采方式

2.1.1 開采方式的選擇

萬硐山礦段原為露天開采，其圍巖主要為三疊系中統北衙組（T2b）碳酸鹽巖、矽卡巖、石英正長斑巖、三疊系下統青天堡組（T1q）碎屑巖，并見有溶蝕現象；主要礦體賦存于破碎帶中，巖體破碎，穩定性差；礦體頂板厚度不穩定且屬軟弱層[1]。

2.1.2 露天轉坑下過渡方案的確定

露天采場2014年～2016年進行三年技改擴建,2017年～2029年為單一的露天開采，單一露天生產13年（不含3年技改期），2024年露天生產的同時并開始地下工程一期基本建設，地下工程一期建設六年，中段主要建設1350m中段、1700m中段和1500m中段部分工程，于2030年坑下形成可以達到出礦要求和安全要求的采礦系統并可以初步投產。

2.2 采礦方法

2.2.1 采礦方法選擇

（1）礦體賦存特點與影響采礦方法選擇的因素

本礦為金、鐵、銅多金屬礦床，礦石價值高；礦體頂板厚度不穩定且屬軟弱層。礦區工程地質屬以可溶鹽巖類半堅硬巖石為主的、工程地質條件中等偏復雜類型的礦床。礦體及圍巖穩固性極差，穩固性系數f＜5，平均f=3,RQD值極低。經過分析，其結果見表1。

表1 穩固系數值

礦區地下涌水量十分大，開采1350m中段時正常涌水量達到31620m3/d，最大涌水量達到70866m3/d（不含采礦過程中鑿巖防塵及充填溢流水）。

所選擇的采礦方法適應礦山的金產量發展和持續穩產要求；在進行支護、采掘、運輸以及回采的時候，要求做到實用與高效；保持較小的采準切割工作量；勞動生產率較高，成本偏低，能耗較少。針對情況復雜，存在較多夾石的礦體，還需要考慮到適應性和應變性的分析。

（2）采礦方法選擇

對于充填法類型，可選擇的采礦方法方案如下：

空場采礦嗣后充填采礦法：該方法適用于礦石圍巖中等穩固以上的礦體；上向分層充填采礦法：該方法適應于礦石穩固、圍巖不穩固的傾斜或急傾斜礦體；上向點柱式分層充填采礦法：其應用條件和采礦工藝與上向分層充填采礦法基本相同；進路式充填采礦法：該方法適應于礦巖條件極不穩固和不穩固礦體，且礦石價值高。

綜合分析，對于本項目，設計推薦上向進路式分層充填法。本可研設計對萬硐山礦段各標高之間各礦體進行了分析統計，統計計算結果見表2。

表2 礦體產狀統計結果

針對礦體產狀，對于上向進路式充填采礦法，本設計又細分為如下六種類型：傾斜薄礦體上向進路分層充填采礦法：該方法用于礦體厚度小于15m、傾角大于40°的礦體，所占比例10.20%；急傾斜中厚礦體上向進路分層充填采礦法：該方法用于礦體厚度15～30m、傾角大于40°的礦體，所占比例4.52%；傾斜厚礦體上向進路分層充填采礦法：該方法用于礦體厚度大于30m、傾角大于40°的礦體，所占比例5.20%；緩傾斜薄礦體上向進路分層充填采礦法：該方法用于礦體厚度小于15m、傾角小于40°的礦體，所占比例50.06%；緩傾斜中厚礦體上向進路分層充填采礦法：該方法用于礦體厚度小于15m～30m、傾角小于40°的礦體，所占比例24.02%；緩傾斜厚大礦體上向進路分層充填采礦法：該方法用于礦體厚度大于30m、傾角小于40°的礦體，所占比例6.00%。

2.2.2 回采工藝

為了反映采切工程布置和較準確計算采切工程量及采切比，根據礦體產狀將上向進路分層充填法細分，其回采工藝基本相同，本文主要是針對——中厚及厚礦體上向進路分層充填采礦法進行論述

（1）礦塊構成要素。沿著礦體，礦塊實現了連續性的布置，其礦塊本身的長度在80m～100m，其中中段高度為50m，中段直接劃分成為了三個部分進行回采處理，分段的高度在18m和16m，其中三分段為18m，一分段和二分段則為16m。每一個段落包含了四個層次，并且其要求的分層開采的高度為4m，就回采進路而言，主要是按照六邊形的方式進行部分。在同時進行中段開采的時候，需要考慮到上下中段交接位置本身擁有足夠的強度與厚度，確保開采的安全性。同時，在進行第一分層開采的時候，就需要設置好底柱，之后再進行從下到上的分層開采。

（2）采準切割。針對中段沿著運輸平巷以及分段平巷，主要是按照礦體走向來進行上盤和下盤的布置，通過上下盤，選擇采準布置的模式，就可以從礦體的中央開刀，然后朝著上盤與下盤利用后退式的方式進行回采處理，這樣就可以提升一倍的工作面處理，最終滿足生產的需求。同時，利用采準布置，這樣也可以滿足礦體的變化需求，最終提升采礦的適應力。

（3）鑿巖爆破。本項目采用上向進路充填采礦法，每個礦塊沿礦體走向劃分為16～20條進路，每條進路寬度5m，長度為礦體厚度。回采時分一步驟和二步驟間隔回采，一步驟采后膏體膠結充填，待膠結體凝結后再二步驟回采旁邊的條帶，采后進行廢石及尾砂非膠結充填，然后用灰砂比1：(8～10)鋪設500mm厚的底板。

為了提高采場生產能力，同時在礦圍巖不穩固條件下實現“四強”開采（強掘、強采、強出、強充）,縮短礦圍巖的暴露時間和提高人員作業的安全可靠性，回采鑿巖設備擬選用進口液壓鑿巖臺車進行鉆孔爆破落礦。經過研究，擬選用Atlas生產的Boomer281臺車進行采場的回采鑿巖，孔徑Φ45mm或Φ48mm，采用BMH2837推進梁，孔深3400mm。回采工藝為進路式分層回采，其回采方式與大斷面獨頭掘進方式類似。

（4）采場出礦。厚礦體的采場出礦仍選用鏟運機出礦方式。鏟運機出礦具有極大的機動靈活性，無需鋪軌架線，可快速行駛到所需的工作場所進行鏟、裝、運作業，勞動效率高、生產能力大，可適應礦體產狀變化。對于厚礦體開采，采場出礦擬選用國產ACY-3型3m3電動鏟運機。各分段崩落礦石通過3m3電動鏟運機鏟裝，運至脈外分段沿脈運輸平巷旁的采場溜井下放至中段運輸水平，再通過電機車運輸(1336m、1486m水平)和箕斗豎井提升出地表(下部礦體)或卡車運輸出地表(掛幫礦體)。

（5）采場充填。在本次的項目之中，主要是選擇上向進路充填的方式，隨著采礦分層的不斷推進，同時也可以開展逐層的充填處理。在充填之中主要是選擇采掘的廢石或者是隨石，通過膏體膠結進行充填處理。利用井下的采掘廢石以及尾砂的非膠結充填，等待回采完畢之后，就可以通過礦用的卡車，直接將廢石運輸到回采進路來實現充填處理。在完成充填之后，利用1：（8-10）的碎石＋尾砂膠結充填料進行鋪面處理。

尾砂及碎石采用管道輸送，采區充填回風上山和分段干線，充填管選用DN125耐磨復合鋼管；采場內采用DN100超高分子聚乙烯管，用鏈子懸掛在進路頂部，掛鉤間距3m～4m。充填作業時，在進路口架設木擋板，每塊木擋板之間留5mm的空隙，木擋板內襯塑料纖維布濾水，擋墻與礦石間用砂漿抹縫，防止跑沙。

為保證充填接頂，充填可以分兩次進行，第一階段充填完畢，要停一個班，再進行第二階段充填。隨著充填高度的增加 ，開口處釘上木板。充填24小時后，可以拆除擋墻；充填一周后，可以開始相鄰進路的回采。

（6）采場通風。對于采場通風，主要是利用礦井的多級機站通風系統。采場的通風本身是依靠主風流直接形成的風壓，中段新鮮的風流直接進入到人行通風井之中，并且滿足各個分段的要求，然后通過分層的聯絡進入到采場之中。短距離的獨頭進路不需要通過局扇風筒，其長距離的則可以通過局扇以及φ560mm的塑料風筒，從而直接導入新鮮風流進行通風處理。咋經過回風充填斜井之后，污風就會從充填回風頂直接排出。

3 結語

露天轉地下開采不僅僅是將露天采礦技術與地下采礦技術相互的結合，其本身屬于復雜的系統化工程。在我國，無論是基礎理論，還是技術內涵亦或是適應條件，其研究都還不夠成熟，所以還需要進一步的探索。