南非某金礦采礦方法研究

尚曉明， 賀茂坤(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

1 前言

南非金礦有很大一部分礦體的賦存特征為緩傾斜薄礦體，緩傾斜薄礦脈開采主要是勞動密集型的采掘作業型式，直到現在，南非依然有很多礦山在用人工鑿巖，電耙出礦的方式進行開采，采用這種開采方式的礦山在生產能力、工人安全保障和企業盈利能力方面顯現不足[1]。國內工程技術人員也對這類型礦體的采礦方法進行了諸多研究[2-5]。隨著社會發展及礦山裝備水平的提升，在某些礦山，對這種傳統的開采方式進行優化改造，以提升礦山整體技術水平。

2 礦床開采技術條件

某金礦位于南非自由省Welkom鎮東北約20km處，有較好的基礎設施與交通網絡，礦山所在地區地形相對平坦，海拔標高1 305～1 330m。

礦體賦存于石英礫巖中，礦體厚度較薄，沒有夾石，礦巖界線清晰。礦體埋深較深，距地表1 140～2 016m，礦體平均厚度0.33m，傾角平均為12°。

下盤巖石大都為石英巖，巖石結構穩定，直接上盤主要為頁巖。該金礦所在的金礦區在工程地質方面都有一共同點，即礦體層上方都有一頁巖層，頁巖層特性為較軟，易碎。該金礦的頁巖層平均厚度為1.7m，單軸抗壓強度(UCS)60MPa。

3 采礦方法研究

該金礦礦體上方的頁巖層較厚，且為較軟易碎的不穩定巖層，如果不做處理，礦體無法順利采出，故采礦時需把頁巖層采完后再采礦石層。

考慮到礦體與頁巖的總厚度能達到2m，故采礦時可以采用低矮式無軌設備進行回采，以減少井下人員，提高生產效率。在礦體傾角較大的區域，采場布置形式采用偽傾斜布置，以適應無軌設備的運行。

由于頁巖層分布量較大，如果全部采出后提升運輸出地表，運營成本會很高，故考慮用拋擲爆破的方式，將部分頁巖回填到相鄰空區，以減少頁巖的提升運輸量。

3.1 礦塊布置

礦塊尺寸沿走向長200m，沿傾向長250m，礦塊中間布置切割上山，在切割上山兩側沿傾向劃分采場，單個采場寬度20m，工作面梯段式推進。礦塊內布置超前掘進巷道(ASD)，用作采場的鑿巖出礦空間。考慮到采場的穩定性，ASD超前尺寸為4m，作業中采場內留出5m的作業空間。采場之間設置連續膠結礦柱，膠結礦柱邊生產邊構筑，寬度為4m，用于采場的支護。礦塊之間沿走向留10m間柱，間柱不回采。布置形式如圖1所示。

圖1 礦塊布置形式

3.2 回采工藝及設備

1)回采順序

采場沿切割上山向兩翼雙向推進，超前掘進巷道用作采場的鑿巖出礦空間。

2)回采、出礦

回采采用DL230L低矮式中深孔鑿巖臺車對頁巖層及礦體層鉆鑿與礦體傾向平行的炮孔，炮孔直徑64mm。由于頁巖層比較破碎，為防止炮孔堵塞，在頁巖層鉆鑿炮孔后，立即插入塑料導管，導管直徑52mm；礦體層鉆鑿炮孔后，立即插入塑料導管，導管直徑36mm。炸藥采用乳化炸藥，非電導爆系統起爆。

爆破時，先爆破礦體層上方的頁巖層。部分頁巖通過拋擲爆破的方式回填相鄰空區，另一部分通過低矮式XLP推土機將頁巖推出采場，再通過LH208型柴油鏟運機轉運至20t柴油卡車，通過卡車運到集中卸載溜井。

頁巖清理完畢后再對礦石層進行裝藥爆破。由于礦體層較薄，采用間隔裝藥的方式進行爆破，爆破松動后的礦石通過低矮式XLP推土機將礦石推出采場，再通過LH208型柴油鏟運機轉運至采區礦堆，卡車在礦堆裝礦后將礦石運到集中卸載溜井。

回采過程中，由于采用了低矮式中深孔鑿巖臺車及XLP推土機，故采場內無需人員進入，能較好的保障工人的生命安全。

3)采場充填

單個采場生產過程中邊生產，邊修筑寬4m的膠結礦柱，灰砂比為1∶10，礦柱由充填袋的形式組成，具體如圖2所示。充填袋在南非應用比較廣泛，技術成熟，工藝靈活，能夠很好保障生產的連續性。

圖2 充填袋形式

4 結論

隨著厚大易采礦體逐步開采完畢，未來在采礦過程中會遇到更多的難采礦體，尤其是緩傾斜薄礦體的開采。針對該礦礦體上方有頁巖層的特點，利用拋擲爆破技術將部分頁巖回填空區，以減少頁巖的運輸量，有效降低運營成本；采用低矮式無軌設備進行鑿巖、出礦，由充填袋形成連續礦柱，從而形成一種安全高效的采礦方法。