某金礦空場法轉充填采礦法方案研究與實踐

史群輝，羅佳，閆宇，王樹新，韓新志

(1.洛寧吉家洼金礦有限公司， 河南 洛陽市 4717181；2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

0 引言

近年來我國開始大力提倡充填采礦法，從2012年開始相繼出臺了一系列關于環保與安全的法律法規。2018年1月起開始施行的將排污費轉變為環境保護稅，對尾礦排放每噸收取15元，對礦山的實際經濟效益產生較大的影響。從國家近幾年的政策來看，采用充填采礦法將尾礦充填至井下是發展的主要方向。

采用空場采礦法的礦山普遍存在礦石損失嚴重、采空區無法得到有效治理、生產安全問題突出、地表塌陷隱患無法解除、整體和局部地下問題突出的情況，大量空場法開采礦山都逐漸轉換為采用充填采礦法[1]。采用充填法開采不僅可以解決井下空區地壓問題，還具有提高礦產資源回收率、保護井下及地表環境、減少尾廢排放等眾多優勢[2?5]。文章以某金礦的生產實際為背景，針對空場采礦法引發的采礦作業安全問題、礦石損失貧化問題、地壓顯現等問題，開展了空場法轉換為充填采礦法方案研究，并進行了現場實踐。

1 礦山概況

某金礦劃分為一采區共4個金礦體，部分礦體出露地表，傾向延伸約500m左右，走向長度最長520m。礦體總體傾向為95°，傾角為70°～85°，呈近南北向平行延伸。礦體厚度一般為0.4m～1.73m，平均厚度約0.9m。礦體厚度總體上有上部薄、深部漸厚的趨勢，走向上表現出兩端薄，中部厚的特征，局部有夾石存在。該礦段礦體具有“薄而富”的特點，礦石品位和礦體厚度在走向及傾向上均相對穩定。

對礦山開采技術條件進行了調查分析，開采技術條件主要存在以下特征：

（1）礦區內斷裂構造發育，各礦體產出嚴格受斷裂構造控制，一般斷裂構造帶頂底板即為礦體與圍巖接觸界線，礦體形態、產狀與構造帶形態、產狀基本一致；

（2）礦體呈急傾斜透鏡狀，薄脈狀，厚度較小，礦石品位高，開采經濟價值高。

2 采礦方法選擇

2.1 留礦法

礦體屬于急傾斜薄礦體，依據礦體產狀情況，適合采用淺孔留礦法開采。

（1）礦塊沿礦體走向布置，礦塊長40m～50m，寬為礦體厚度，只留頂柱不留間柱，頂柱高3m～5m。

（2）自中段運輸巷沿走向每隔40m～50m在脈外施工人行通風天井，每隔4m～6m開鑿人行聯絡巷通往采場，采場兩端的人行聯絡巷錯開布置；在采場底部每隔7m～8m布置一條出礦穿脈巷，開鑿拉底平巷并擴幫成拉底層，拉底高度為2m～2.5m，拉底寬度不小于1.2m。

（3）自下而上分層回采，分層高度為2m，施工上向炮眼，以梯段工作面從采場一端向另一端回采。放礦分為局部放礦和大量放礦，局部放礦放出每次崩落礦石的30%左右，礦房內暫留礦石，使回采工作面保持2m～2.5m的空間，當礦房回采到位后，再進行大量放礦。

（4）新鮮風流自運輸平巷經礦房一側的人行通風天井和聯絡巷至采場工作面，清洗工作面的污風由采場另一側的回風天井排至回風（運輸）平巷，最后經回風井排出地表。

（5）頂柱不再回收，用來支撐空場。礦房回采結束后，對采空區進行封閉，任其自然崩落上盤圍巖填充采空區。

采用留礦法開采，礦山生產存在一些問題。回采作業過程中，容易引發頂板冒落事故，部分采場一般回采2/3高度即不得不停止回采作業；回采不到位和出礦過程廢石提前混入導致大量礦石損失，礦石損失率達到20%以上；大量放礦期間，由于上盤圍巖提前混入，造成礦石貧化嚴重，據統計，礦石貧化率達到30%以上，嚴重影響礦山的技術經濟指標。

礦山多年生產實踐證明，空場法開采（留礦法）不適合礦山開采技術條件，有必要進行調整優化，采用安全性好、資源回收率高、礦石貧化率低的采礦方法。

2.2 上向水平分層充填采礦法

根據礦山開采技術條件，礦石經濟價值，以及現有采礦方法開采過程中存在的主要問題，推薦采用上向水平分層充填采礦法[6?9]。

2.2.1 方案特征

上向分層充填采礦法是國內外應用最廣泛的充填采礦法之一，其特征是：工作面分層推進，每層又以采、出、充形式循環作業，工藝環節多，礦塊生產能力隨著生產管理水平和機械化程度而異；分層回采并分層充填，采空區高度較小，兩幫維護較容易，能適應礦體的變化，不容易丟邊和超采，還可以進行選別回采，貧損指標容易控制；人在采場內作業，直接頂板需要進行護頂加固，否則安全性差；充填料可以是尾砂、廢石、爐渣、山砂等；可以進行膠結、水砂、干式充填；采準、切割工程量較少。

根據礦巖穩固性情況，可以將上向水平分層充填法開采改為上向進路充填法，靈活采用多種回采方式，壓頂回采或掘進式回采。

2.2.2 采準切割工程布置

上向分層充填采礦法采用水平分層，分層高度2m～3m。礦塊沿礦體走向布置，不留間柱和頂底柱。采場全長40m～50m，寬為礦體的水平厚度，高為中段高度50m。上向水平分層尾砂充填采礦法方案如圖1所示。

圖1 上向水平分層充填采礦方案

采準切割工程包括充填通風井、出礦平巷、泄水平巷、切割拉底平巷、溜礦井和泄水井。溜礦井和泄水井為順路架設。充填通風天井布置在礦塊中央，靠礦體下盤圍巖內，天井傾角與礦體傾角一致，斷面為2.0m×1.5m。在回采過程中，下部隨采礦充填消失，上部兼作行人、下材料和架設管路之用。出礦平巷和泄水平巷利用探礦穿脈。拉底平巷是沿礦脈拉開，拉底平巷高度為2.5m，寬為礦體水平寬度。拉底完成后澆筑600mm厚的鋼筋混凝土假底。

2.2.3 回采工藝

由下而上分層回采礦塊，以充填天井為界將采場分成2個區，分區鑿上向傾斜炮孔。炮孔布置根據礦體厚度而定，當礦厚為0.8m～1.0m，采用“之”字形布孔，當礦厚大于1.0m時，采用“梅花”形布孔。炮孔排距為0.6m～0.8m，孔間距為0.8m～0.9m，孔深為1.2m～1.5m，炮孔傾角為50°～60°。每分層落礦高度為1.0m。爆破采用2#巖石炸藥，炮孔裝藥系數為0.7，分次多排毫秒微差導爆管雷管起爆，一次爆破長度為15m～20m。爆破后，新鮮風流由泄水平巷經人行泄水井進入采場，沖洗作業面后污風由充填通風天井排至上中段回風巷。采場采用電耙出礦，中段運輸采用0.75m3礦車。

2.2.4 充填

充填前須進行加高順路泄水人行井和順路溜井、構筑充填隔墻、吊掛采場水平充填管等充填準備工作，準備工作完成后方可充填。采用分級尾砂膠結充填，料漿濃度在70%以上，分層待充空區底部可以采用低配比膠結充填，待充空區上部澆面層厚度0.5m，充填體強度要求達到1.5 MPa以上。

3 采礦方法對比分析

3.1 經濟技術指標對比分析

留礦法和上向分層充填采礦法主要經濟技術指標見表1。相比于留礦法，上向分層充填采礦法生產能力、貧化率、損失率指標全面占優。留礦法的采礦成本為128元/t；充填法開采的充填成本約為80元/t，采充成本為208元/t，留礦法開采的噸礦成本占優。

表1 采礦方法主要技術經濟指標

采用上向分層充填采礦法開采，雖然采礦單價增加，但是由于技術經濟指標的全面提高，可以抵消采礦單價的影響，并且能夠增加更多盈利。

3.2 優缺點對比分析

表2為2種采礦方法的優缺點對比，從表2中可以看出，與原來的留礦法相比，上向分層充填采礦法不僅能在有效進行回采的同時提高生產能力，降低礦石貧化率與損失率，而且能夠對采空區及時進行充填，保護地表，減少尾礦庫庫容的壓力。但同樣會面臨更復雜的生產管理，以及對技術的更高要求。

表2 采礦方法優缺點對比

4 結論

（1）某金礦山的礦體屬于急傾斜破碎極薄礦體，采用留礦法開采頂板冒落安全隱患突出，礦石損失、貧化大，該采礦方法不適合礦山的開采技術條件，有必要進行調整優化。

（2）研究確定采用上向水平分層充填采礦法方案，礦塊沿礦體走向布置，不留間柱和頂底柱，采場長40m～50m，寬為礦體的水平厚度，高為中段高度50m。分層高度2m～3m，根據礦巖穩固性情況，靈活采用壓頂回采或掘進式回采方式。（3）通過現場實踐應用，采用充填法開采后，礦山生產安全性大幅提高，技術指標得到明顯改善，貧化率降低了近20%，損失率降低了近15%，技術經濟指標大幅提高。