大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法底部結構優化

王冠男，袁 野，高艷鵬，孫銘陽，葛云飛

（赤峰山金紅嶺有色礦業有限責任公司，內蒙古 赤峰 025450）

1 充填采礦技術的優勢

在實際采礦過程中，使用填充采礦技術，首先，利用充填采礦技術，可以對礦區中的采空區進行有效的填充，避免其出現變形和下沉的情況，并且能防止采空區出現大幅度的錯位[1]；其次，降低礦山貧損的概率。在對金屬礦體進行開采的過程中，使用充填技術，不僅能提高礦柱的利用效率，還能優化金屬礦的品質，降低礦山貧損；最后，降低采礦作業成本。充填采礦技術可以有效的保證礦體的穩定性，減少廢石運輸等費用，從而降低作業的成本。

2 充填采礦法底部結構

充填采礦技術能夠很好地滿足保護環境的需求，并且在采礦過程中還可以有效地避免地表下陷。隨著采礦行業的不斷發展，社會對于礦產資源的需求越來越高，保護環境和節約資源成為了采礦的主要內容。充填采礦技術作為高效的采礦方法，具有安全環保、靈活等優點，能最大的限度地減少礦石資源的損失量[2]。另外，礦場的底部結構是采礦過程中的重要組成部分，其結構將會對采場爆的礦巖回收的效率帶來影響。在對礦上底部結構進行設計時，要考慮礦體的產狀、礦巖的穩定性、采礦的技術等，必須要保證和采礦的方式相匹配，才能提高生產的安全性和效率，減少損失和成本投入。在實際開采中，要根據具體的情況，合理地優化礦山的底部結構。目前在礦山采場過程中，進行充填采礦法底部結構優化，由部分礦場的底部結構設計不合理，導致礦山巖石滑落有阻礙，容易殘留大量的礦石，殘留的礦石回收率較低，造成了資源浪費。底部結構在爆破礦巖過程中，容易出現凹陷，阻礙礦巖滑落，并且還會在殘留的礦巖中殘留廢石，加大了礦石的貧化率。由于底部結構設計不合理，會降低采礦企業的經濟效益，因此，要重視底部結構的優化，減少礦石量的殘留。

3 底部結構優化的影響因素

3.1 礦石的黏性

礦石黏性主要是指礦石之間相互粘連的性質。黏性的大小體現在粘結力上，并且有數據實驗證明，粘結力是影響礦石流動的重要因素。粘結力的大小與地質中包含的泥量、濕度、壓實力等因素有關，通常泥質含量較高、濕度合適并且壓實力較大的粘結力比較大，容易出現懸拱和空洞。礦石堆積的時間過長會增加粘結力，因此在優化底部結構設計時，需要將其斜角面增大，確保礦石滑落正常。

3.2 拉底空間

采礦場拉底空間要保證足夠大，才能使爆落的礦巖不會卡住，確保其順著斜面滑落到漏斗或者“V”形槽中。同時，底部結構下的礦巖開采難度比較大，一般會成為永久的礦石損失，因此底部結構不宜過大，斜面角的設計要在合適的范圍內。

3.3 沖擊損傷

礦巖在爆破后會掉落下來，與底部結構發生碰撞，沖擊比較大，作用在瞬間完成，這樣會導致底部結構接受巨大的沖擊，容易出現破壞。大量的礦巖在頻繁的沖擊下會出現累積損傷。在底部結構優化設計時還要考慮施工、運輸、成本等因素。

4 底部結構優化要求和對比

底部結構是采礦過程中的重要組成部分，是采礦場的核心環節。因此，選擇合適的底部結構并對其進行優化，有利于提高采礦技術的經濟效益，確保采礦生產的安全性。對底部結構進行選擇和優化，需要滿足以下幾點要求：第一，整體結構的穩定性要強，能保證安全作業，并可以承受大量崩礦、放礦、二次破碎等不同環節對結構產生的負荷，確保生產過程中人員和設備的安全；第二，礦柱礦量和殘礦的回收量小，礦石損失率以及貧化率低，礦石的回收率高，采礦投入的成本低；第三，合理地使用鏟運機，使其充分發揮自身的作用，從而提高出礦量和開采強度；第四，工程量少，并且結構簡單，施工的環節簡便。

底部結構常見的有兩種，分別是平底式底部結構和塹溝式底部結構，其中塹溝式底部結構的優點是，①采場礦堆數量減少，不會出現礦堆死角；②二次返工和損失較?。虎燮扑榈拇髩K在進出口操作，相對比較安全；④殘礦的產生量比較少，整體地出礦率高；⑤底部結構的穩定性比較高；⑥可以實現雙側進路采礦。但是塹溝式底部結構不利于測量大孔孔底坐標，爆破基礎資料準確性和爆破的效果不能保證。平底式底部結構的優點和缺點與塹溝式底部結構相反，比較適合進行大孔孔底坐標測量，能確保爆破的準確性。但是礦石的出礦率比較低，殘礦數量比較大，底部結構的穩定性差?？偟膩碚f塹溝式底部結構比平底式底部結構更有優勢。

5 實例分析

5.1 礦山概況

大塘礦礦床位于白巖背斜東翼中段，礦體的切斜角與巖層基本一致，一千二百米標高以上為40°～75°左右，一千二百米到九百米之間標高接近于垂直，九百米以下的標高在80°左右。礦段內的地層結構為單斜構造，并且斷裂構造的規模比較小，對礦體空間的完整性帶來了一定的破壞。礦體主要以磷塊巖為主，還存有兩種礦，一種礦的平均厚度為12.47m，另一種礦的平均厚度為18.57m，均屬于中等穩固。在兩層礦之間還有夾層礦，是由淺灰色微粒白云巖和硅質團塊巖組合而成，穩固性比較強。

5.2 采礦方式

該礦段的礦床屬于急性傾斜中厚至厚的礦體，礦房、礦柱按照垂直礦體的走向依次布置，長度和礦體的厚度相同，階段高度為70m。主要方式是在中段為1130m中段、1145m頂板、底板沿著礦體走向布置脈外巷道，使兩條巷道形成平行的狀態，并在頂板沿著礦脈布置溜礦井，每個間隔要在100m左右。在底部的回風巷布置回風天井，將其作為采礦場的回風通道。另外，在采場上部的1200m左右設置“非”字形鑿巖硐室。底部階段設置上裝礦進路、受礦硐室等，受礦硐室的位置可以根據礦體的實際情況、礦巖的穩定程度確定合適的位置，采用塹溝底部結構。深孔臺車在開始工作的過程中，從1200m處開始向下鑿，以鑿巖硐室的位置為準，先下鑿40m至1145m處的受礦硐室頂板。再結合“VCR”拉槽倒梯段側向分段崩礦回采工藝，進行整體爆破，然后收集出礦。使用鏟運機和振動放礦機運送至地表。

5.3 原設計底部結構

底部結構的適應性會影響采礦場的出礦率和安全性，根據礦體底板的工程地質特征，采取雙側雙進路塹溝底部結構，也就是在左右兩側相鄰的礦房垂直走向中心線布置裝礦巷道，然后在朝著會采礦房制定裝礦進路，確保裝礦進路與裝礦巷道成120°的夾角，這樣有利于方便鏟運機出礦。同時回采礦房的中心線要設置上拉底巷道。這種設計的底部結構主要特點就是：井巷工程和充填門硐工程相對比較多，尤其是在進行礦房回采時，部分工程需要進行重新設計，增加了采礦的風險和投入，也會延長操作時間。另外，這種兩側同時出礦的生產模式比較靈活，可以提高生產的產能，減少礦產資源的浪費。

5.4 底部結構優化

采用單側雙進路的模式服務雙礦房塹溝底部結構，也就是在相鄰的礦房邊界線布置裝礦巷道，再設計回采礦房，需要沿著走向布置裝礦進路，需要注意的是靠近礦房另一側安排拉底巷道，這樣能提高出礦的效率。

5.5 對比分析

5.5.1 工程量對比分析

將裝礦巷道布置在礦房與礦柱的交接處，能同時供兩個礦房回采使用，在后期裝礦巷道工作過程中可以將其作為三角礦柱回收，有利于提高使用的效率。單個礦房在投入使用之前就可以節省井下工程29.27m，能減少門硐封堵五個。三角礦柱留設比優化后多578.22t。

5.5.2 安全性對比分析

對礦段的底部結構進行優化后，能減少充填體內掘進帶來的安全風險，并且裝礦進路縮小了原來的一半，這樣能減少裝礦巷道兩側進路較多和暴露面積大的情況，縮減了維護和支護的費用。裝礦巷道布置在三角礦柱下，安全性有多提升，同時將三角礦柱由原來的均等分配調整為一大一小分配，提高了三角礦柱集中回收的效率。

5.5.3 經濟性對比分析

將底部結構進行優化后，每個礦房回采減少投資10萬元左右，推廣使用后可節約300萬元，經濟效益顯著。

6 結語

綜上所述，底部結構是采場結構中關鍵部分，會影響采場的生產能力和技術經濟指標。結合大塘礦礦段進行分析，對其底部結構進行了優化，采取單側雙進路的方式，并注重三角礦柱的回采，提高了礦場的安全性和高效性，為順利采礦提供了保障。