探討急傾斜極薄礦脈機械化開采新技術及應用

葉光祥

（贛州有色冶金研究所有限公司，江西 贛州 341000）

國內的地勢狀況十分繁雜，蘊藏的礦藏非常豐富，隨著經濟高速發展，各種能源的需求量不斷攀升。其中急傾斜極薄礦脈在國內有色和稀貴礦山有相當大的占比資源數量，長久以來受困于開采的難度及其特殊的狀況，此種礦脈的開采工作長期擱置下來。然而，伴隨著礦山技術探究與優化設計，利用科學分配礦塊結構，提升機械化程度，經過嚴格管理制度，強化監督管制，按照規定程序等方式方法，在某種程序上提升了出礦質量，減少了極薄礦脈開采的貧損標準。由于遭受采幅干擾，其減少程度非常有限，因此勢必要探尋新的采礦技術從本質上減低礦石的貧損標準。接下來文章通過急傾斜極薄礦脈的機械化開采進行研討，給出對應的創新技術，同時給予分析。

1 參照案例具體情況闡述

文章以橫斷山脈某處所處極薄礦床當作案例，此地區氣候濕潤，年年陰雨連綿，其類別歸屬于急傾斜的極薄礦脈，極薄位置有1m上下，針對目前礦場挖掘實踐中，重點采取無底柱淺眼留礦方式實施有關挖掘工作，同時應用鑿巖機實施鑿巖有關裝卸機與運送貨車實施裝運。無底柱淺眼留礦方式，呈現出生產能力高，技術施工困難度小，費用相對較少的優勢。然而，相對于礦脈挖掘工作產生的積極效率，目前挖掘過程中集中呈現的礦石難題就是礦石品質問題。

2 急傾斜極薄礦脈開采關鍵疑難問題

2.1 礦石貧化率較大

極薄礦脈實踐中，此種礦床相對儲存情況簡單，而對于礦脈極薄，受制于設施與技術人員作業空間，欠缺機械化設備，同時操作員技術不達標，且能夠采用的采礦方法極少，所以采礦成果極差，技術人員作業時，經常發生超負荷的狀況，操控人員與機械在很大負荷工作情況下，依舊會導致礦石貧化率提升，尤其在開采實踐中運出許多飛石，不僅增加了成本投入，而且浪費了自然資源。

2.2 作業安全性低

在此礦產中，地勢和橫斷山脈相似，連綿起伏，山勢蜿蜒崎嶇，無論設施運送或者施工作業，困難程度極大，尤其在挖掘實踐中，技術人員勢必要進入作業場地，相關安全措施等不確定因素較多，存在較大潛在安全風險。

2.3 選礦困難度較大

礦產不僅挖掘有一定難度，而且礦石篩選類別同樣具有難度，首先需要把控礦石貧化率，務必采取貧化率較小的挖掘方式；此外，畢竟礦脈極薄，其在選礦實踐中，務必針對采場分布方法、參數實施客觀科學解析，確保三級礦量均衡，但是在選礦挖掘實踐中，拓展采準壓力非常大，對于礦山挖掘產生相應干擾，造成生產進程中斷。

2.4 其他主要困難分析

以某金礦為例，該礦體屬于蝕變巖型金礦床和石英脈，同時礦體呈現出透鏡狀和脈狀，其產自于13條礦化碎帶內，受到破碎帶影響較為嚴重。而且在急傾斜極薄礦脈采礦工作中，該礦體的區域內主要包括八條主礦體和十多條的小礦體，其中礦體結構形態十分復雜，其產狀也存在不穩定因素。礦體主要是西北走向，平均礦體長度在80m～120m，其中最長的礦體可達400m，厚度平均值也在0.2m～2.1m之間，大多數都處于0.5m厚左右，而且礦體傾角基本都為50°左右，一般都為急傾斜形態礦體。頂底板的圍巖主要包括粉砂巖、千糜巖和千枚巖，圍巖結構相對穩固。但是在一些裂隙比較嚴重的區域，巖礦結構穩定性比較差，礦區水文地質條件也主要為簡單和中等位置，能夠對急傾斜極薄礦脈開采造成威脅的主要是裂隙較多的破碎區域、民采坑滲漏水和山澗水溝，地下水能夠通過泉水流經途徑滲透到地層表面，具有良好的排水條件，在采礦是只需要重視局部突水以及用水的防護工作，并且不會對回采產生一定的影響。然而急傾斜極薄礦脈開采中也具有一定的困難，具體困難包括以下幾種：①急傾斜極薄礦脈礦床雖然具備賦存簡單的特點，但是礦體本身比較薄，所以在開展礦產資源開采工作中會出現采礦效率低，作業成本高，采礦難度大，損失嚴重等情況；②從礦體賦存狀況來講，其深處位置礦脈表現的特性逐漸變薄，遭受深處地質干擾，采場地質變動激烈，導致巖層把控有極大難度。③急傾斜極薄礦脈，礦體規模不大，階段把控地質儲存數量較少，礦體挖掘時降速非常快，拓展采準壓力較大，造成礦山采掘失調，三級礦量失去均衡，直接影響生產。④畢竟礦脈比較薄，其采場分布方法與參數篩選上遭受制約，無法展現出高效設施與技術的優點，造成挖掘技術標準低，礦山潛在安全風險事件。

針對急傾斜極薄礦脈采礦以上主要問題，跟國內外礦山的采礦損失率高、貧化率大、脈外采準工程量大、機械化程度低、人工強度高、地亞管理有困難、經濟收益低等問題非常類似。基于此，急傾斜極薄礦脈挖掘依然有技術瓶頸需要突破。

3 急傾斜極薄礦脈采礦方法的選擇

在該項目研究中，為了提高急傾斜極薄礦脈采礦效率，在進行急傾斜極薄礦脈采礦方式的選擇中，必須遵循以下思路：首先，一般選擇的采礦方式要能夠有助于該礦體的安全作業，同時采礦效率高，具有一定的便捷性，在開展爆破、鑿巖等施工中要避免在外部環境下，盡量選擇在巷道內來完成；其次對于出礦或者填充一般通過順路天井等自重方式，有效降低作業成本，提高經濟效益。進行鑿巖作業、爆破作業、出礦以及填充作業中，一般要選擇水平采礦方法，有效減輕勞動量，提高開采效率。結合本項目中的礦床地質環境來看，要符合國家對于采礦作業中提出的明確要求，結合以往類似礦體條件的開采技術應用，對急傾斜極薄礦脈開采可以采用削壁充填法或者潛孔留礦法，對于特殊的礦體也可以利用點柱法進行施工。在選擇急傾斜極薄礦脈采礦方法中也要明確每一種采礦技術的具體優勢和缺陷，從而結合實際情況科學選擇。針對削壁充填法和潛孔留礦法的應用優缺點分析具體如下表：

表1 極薄礦脈采礦方法優缺點比較

如上表對比可以看出，淺孔留礦法和削壁充填法都具有不同的優勢，而采礦方法的選擇一般由礦脈厚度所決定，淺孔留礦法和削壁充填法采幅也存在一個合理區間，可以基于經濟進行對比獲取。但是基于留礦法和削壁充填法這兩種采礦方法差別分析，主要在于廢石混入率問題，前者可以與廢石一起運送至選廠，在礦體比較薄的情況下，廢石量摻入較大，由于留礦法的采幅不能過窄，因此最小也要保證3個大塊的尺寸寬度，否則會積極產生夾制現象，從而導致上層和中層的礦石無法放下來。對于削壁充填法的應用問題來看，主要體現在采礦水平較低，工作強度較大，同時廢石填充場對礦體較薄的區域作業時一般可以采用這種方法，能夠降低廢石混入了，從而提高采礦效果。

如果采礦過程中混入的廢石量越大，那么在選礦成本和采選費用上都會相應的提高。如何處理勞動生產率以及采選綜合費用關系也是留礦法和削壁充填法的選擇關鍵。在礦體的薄度達到一定程度時，由于廢石量比較大，不建議選擇留礦法進行采礦作業，這一厚度和采選綜合費用有著直接關聯。具體的礦體厚度和采礦費用關系如下圖所示：

圖1 金屬量采選費用與礦體厚度的關系

通過圖1可以看出，如果礦體厚度越薄，那么相應的采礦成本會越高。如果通過留礦法進行采礦作業，那么廢石混入量也會有所提升，導致選礦的成本也會提升。在礦體厚度處于0.67m時那么削壁充填法的采礦效果要比留礦法表現更好，通過小臂填充法的運用，在單位采礦量中，選礦的成本更低。但是如果在礦體厚度大于0.67m時，那么采用留礦法要比削壁充填法更加理想，能夠提高采礦效率，降低貧化損失。在利用削壁充填法過程中，削下的巖石會留在采場，只爆破不出坑，費用也會比較少。在薄礦體下盤可以運用巷道式削壁，也能夠起到良好的節約成本效果。

結合以上對不同采礦方法的分析可以看出，當礦體的脈厚達到0.67m時，一般可以而結合急傾斜薄礦運用削壁充填法和留礦法的經濟效益銷差無幾，但是要具體結合其他因素進行考慮選擇。通過本項目的研究可以看出，金礦的礦體節后厚度一般都小于0.6m，那么一般會優先選用削壁充填法進行采礦作業，相比之下更具合理性。為了全面提高采礦的機械化水平，有效降低人為采礦作業產生的勞動強度，提高采礦工作效率，還要充分結合本項目中金礦的開采條件進行具體分析，并針對機械化采礦技術進行全面分析。

4 急傾斜極薄礦脈機械化開采新技術應用

4.1 機械化水平分層削壁充填法—采準切割技藝

此技藝工程施工實踐中，率先要在礦體下盤順著傾斜工作面設立折返式斜坡道，整體構造由上至下順序為傾斜工作面，下方采取削壁充填廢石實施填充墊層，并在傾斜面上使用鏟運機，其尾部跟溜井相關聯，要想確保施工安全，溜井需要跟拉低平巷、脈外運送平巷、采場聯絡巷相關聯，巷道尺寸與強度務必符合有關工程指標，而在礦場基礎建造達到相關標準后，方才能實施下一步回采工程施工。

4.2 回采技藝工程

目前礦體賦存狀況，探尋有效性的采礦方法，率先由拉底巷道由下至上實施分層回采，此工程中重點技藝程序為：崩廢巖充填、平場、墊層鋪設、落礦、礦石搬運，經歷過上述反復流程，才可確保此切割技藝的基礎實施。

4.2.1 鑿巖

此礦場鑿巖實踐中，要想貧化率下降，則要采取32mm～35mm小直徑釬頭實施鑿巖，畢竟爆破效果非常明顯，同時操控難度不大，其在極薄礦脈的鑿巖實踐中應用普及率極高。采礦場的工作面通常為承擔臺階實施推進，借助鑿巖機的開鑿，預備出大量炮眼。

4.2.2 爆破

極薄礦脈的回采實踐中，率先要針對炮眼深度實施嚴密的把控，對于不一樣厚度的極薄礦脈，炮眼深度則要把控在1.3m～1.9m區間之內，并且炸藥含量占據整體炮孔深度的2/3空間，采取電導爆管實施預警裝置，等待全部設施裝置完成后，引爆技術員與其他全體工作人員需要有序離開施工場地，在安全范圍內停留，預防爆破形成的石彈射，引起潛在安全事件。

4.2.3 通風

此礦場地勢相對較高，自身通風條件非常優越，新鮮的風流在整體礦產主風壓的影響下，可順利實現整體工作面清潔任務，待到半個小時之后，炮眼全部清理干凈后，隨后便可回到采場工作。

此時需要重點關注的是，在返回采場前，專業技術員務必多加留意爆破效果，是否發生結構性損壞，工作范圍內的炮煙有沒有全部散盡等，上述情況全部達到相關工作標準后，才可回到采場工作。

4.2.4 出礦及其出渣

工作面出礦及其出渣務必使用小型鏟車運送出采場之外，確保有關通道安全通行后，方能檢驗礦石，重點的檢驗項目為礦石的貧化率和礦石純度等相關內容。

4.2.5 平場

要想確保工作順利展開，在爆破工作完成后，則要借用小型鏟運機實施平場，確保整體工作的平整，遭遇大塊碎石，則要實施破碎且填充至低洼位置。

4.2.6 鋪墊

要想提升礦石回采率和減少采礦費用，使用廢舊運送皮帶加工成膠墊，可利用到采場落礦時礦石和廢石填充料間的阻隔層，設置膠墊會極大減少損耗，各膠墊需間隔100m之上的壓茬，同時要按照相應順序，避免氣腿式鑿巖機與爆破沖擊波把膠墊打錯位，膠墊和上、下盤連接位置需有50mm折邊，落礦段向相鄰段鋪設長度不小于3m的過梁膠墊。

4.2.7 安全檢查和支護

安全檢查與支護針對整體施工安全起到極強的保護作用，技術人員務必嚴格貫徹執行施工制度規范實施有關安全問題的篩查，一旦遭遇結構不穩定狀況，立即遵照實踐圍巖狀況實施支護構造篩選，搭建支護結構。

利用植入機械化水平分層削壁充填法，針對有關工程中開展采場施工實踐中，需要對應施工技術員擁有相關專業技術水準，相關單位針對自身狀況采取此方式時，務必針對單位專業技術員水準實施綜合評判，同時務必采取有針對性地訓練，確保采場施工實踐中每項施工任務符合相關施工指標，進一步完成機械化挖掘目標。

5 新技術應用實踐中出現的不足之處及其對應策略

5.1 技術規范設計達不到相關標準

急傾斜極薄礦場施工狀況非常繁雜，有關設計人員在施工設計實踐中，無法針對實際狀況進行勘測，造成施工設計不符合實際情況，畢竟在新技術的施工實踐中，牽涉到爆破任務，技術不符合相關標準，勢必造成潛在的安全風險事故。

基于此，在技術施工實際操作中，有關設計人員務必進入施工場地，針對礦脈厚薄實施實地勘測，明確創新技術使用的可操作性，參照場地實踐狀況，綜合國內外先進的機械化水平分層削壁充填法應用案例，實施科學的規劃，確保技術使用工程的科學性，給施工帶來合理化建議。

5.2 技術施工和材料品質不符合標準

在機械化水平分層消壁充填法使用實踐中，前期經驗不足，施工團隊嚴重缺乏施工經驗，且專業水平技能欠缺，結果勢必造成挖掘基礎設施建造無法達到相關質量標準，更有甚者發生潛在安全事故。然而，施工所用的原材料品質不過關，勢必導致施工實踐中發生潛在安全隱患，從而給施工技術員的人身安全埋下隱患；尤其在巷道開采實踐中，假設有關的支護構造原材料不堅固，其在實施爆破過程中，支護結構會產生開裂現象，篩查技術員進到爆破場地后，巷道有坍塌的危險性，進一步針對整體礦場產生了致命性的損害。

基于此，相關單位施工技術員在整體培訓體系上，率先要大量借鑒國內外有關施工經驗資源，加強技術員工的培訓頻率，增強其整體安全責任觀念。施工技術員不僅要按照標準施工，同時也要確保自身與工程安全；其在原材料管控實踐中，采購員需要綜合場地施工要求，采購達到國家技術標準的原材料，并且重點關注原材料的相關質量檢測報告，保證規格符合施工技術標準。經過施工技術提升與原材料品質管控，通過人為因素的管控確保施工安全與品質，最終才可全方位推動創新技術的使用。

6 總結

總而言之，在國內急傾斜極薄礦脈的儲存量非常廣泛，其實際需求量日益激增。然而，有關礦產的挖掘技術有所欠缺，致使礦石貧化率較高，挖掘難度非常大。文章借助引進機械化水平分層削壁充填法針對某礦產具體投入應用，給予了其他極薄礦場的可執行性思考。