二步破碎殘礦資源回采技術研究

石乃敏

（廣西理工職業技術學院，廣西崇左 532200）

某礦主要開采礦體為105#礦體，礦石品位高，屬于特富礦體。該礦體主要埋藏在標高-79m 以下，并向下深部延伸，該礦體主要生產區域分布在-103～-200m 水平之間，井口標高為+700m，屬于深部開采。礦山經過多年開采以及非法盜采濫挖，導致采空區密集、巷道眾多，加之受地質構造作用影響，礦體出現多個破碎帶，局部礦巖破碎，穩定性較差，因此，迫切需要對采礦方法及采場結構參數進行優化選擇調整[1]。

1 開采現狀及存在問題

某礦105#礦體目前采用的采礦方法主要為機械化上向水平分層膠結充填采礦法，該方法對于礦巖穩固性有一定的要求。由于爆破次數過多而造成圍巖損傷積累，使礦巖內裂隙不斷擴展，作業安全性難以得到保障，因此采場的暴露面積及采場跨度應嚴格控制，否則在礦體本身高應力環境及開采次生應力場的影響下，可能會出現頂板垮落和圍巖失穩現象。在礦山的實際調研中發現，105#礦體在-200m水平以上部分經過長期開采，出現下列問題：

（1）采空區在整個礦段區間范圍賦存，形態各異，并且受到礦山生產的影響，充填滯后；

（2）較厚大部分礦體已經被采動，難以存在完整的厚大礦段，賦存形態為殘留的礦柱形式；

（3）比較完整礦體主要為傾斜急傾斜薄礦體及厚度不大的中厚礦體（厚度為4-7m），還有少量的緩傾斜薄到中厚礦體，礦體厚度變化比較大；

（4）礦巖受到開采擾動的影響，礦巖破碎，穩定性差。

2 采礦方法選擇及其遵循原則

由于105#礦體為特富錫多金屬高價值礦床，考慮礦山地表情況、礦體形態，以及礦山現有開采情況等因素，其采礦方法選擇應遵循以下原則[2]：

（1）資源最大回收利用的原則。105#礦體為特富礦床，礦石價值高，為了最大限度的回收寶貴的不可再生富礦資源，必須提高礦石回采率，減少開采過程中的礦石損失；

（2）采礦生產工藝簡單的原則。選用的采礦方法，要求工藝簡單、可靠、易于掌握，不僅易于使生產管理趨于簡單，有利于提高生產效率，而且容易被礦山生產工人所接受和熟練掌握，生產過程中勞動強度低，機械化水平高，實現預期生產目標；

（3）系統智慧化原則。應充分與智慧礦山建設相適應，提高采掘設備自動化程度，保持采掘設備應先進、易操作、產能高；

（4）采礦方法與礦體形態自適應的原則。105#礦體形態復雜多變，選用的采礦方法和工藝結構參數應具有一定的靈活性和適應性，適應礦體的結構變化；

（5）低貧化損失原則。不可再生的礦產資源應盡可能減少采礦過程中的礦石損失的同時，必須嚴格控制采礦過程中廢石和低品位夾石的混入，以期提高出礦品位，改善和提高礦山的經營效益；

（6）采礦方法安全生產的原則。包括采礦工藝的采準、回采、出礦及空區處理過程的作業環境與空間的安全可靠，同時亦要保證地下采礦生產不會給未來生態、環境遺留安全隱患。

該礦現行主要采礦方法為上向水平分層充填法，此方法不僅能提高礦石回收率，而且能有效控制地壓活動，并且應用技術比較成熟，在礦巖穩定性較好的區域仍可采用該方法。但在破碎礦段區域，采用下向水平分層充填采礦法，下向水平分層充填法是在鋪設鋼筋網充填體的人工假頂下作業，在技術上能夠適用破碎礦段回采。根據礦體厚度可選擇垂直走向與沿走向布置礦塊。

3 采礦設計及工藝

通過對該礦體巖石力學和工程地質條件的分析，對殘礦回采的采場極限暴露面積，以及采場跨度和長度進行了分析計算，確定了礦體南北兩個端部破碎殘留的緩傾斜薄到中厚礦體（厚度為4-7m）采場跨度和采場長度等結構參數。采用機械化下向水平分層膠結充填采礦法。采礦方法如圖1所示。

圖1 機械化下向水平分層膠結充填采礦法

（1）礦塊結構和參數

礦塊沿走向布置，采場長度為15-20m，跨度為4-5m，其中當跨度在4m 左右時，采場長度可達20m，當跨度達到5m 時，采場長度不得超過15m。階段高度為50m，分層高度為4m，不留頂柱、間柱和底柱，出礦時每個中段分為4 個分段，分段高度分別為12m、12m、12m、14m。

（2）采準和切割工作

礦塊開采時采用下盤脈外斜坡道、巖脈運輸巷道及穿脈巷道進行采準。由于該區間礦體處在全面開采過程中，且脈外巷道工程十分完善，故盡量采用礦塊周圍原有的開拓及脈外采準工程。采準工程包括：中段運輸平巷、斜坡道、采區聯絡道、放礦溜井、分段運輸平巷、分層出礦巷道、分段平巷與溜井聯絡道、回風充填濾水井等[3]。

采場頂底部布置中段運輸巷道，作為連接其他采準巷道、出礦、通風的重要通道；在下盤沿脈布置分段運輸平巷，中段平面上穿脈和分段出礦平巷錯開布置，通過礦體底板的中段運輸平巷和斜坡道掘進采區聯絡道、分段平巷、分段出礦平巷、溜礦井，然后靠近礦體底板掘進回風充填井與上中段探礦平巷相通；每條溜礦井分管3 個采場的出礦工作，連接采場下部的中段運輸平巷，采用聯絡道連接分段運輸平巷和溜礦井，從而將礦石運至中段運輸巷道內并運達地表；每個采場布置一條回風充填濾水井，規格為2m×2m。每一分層回采前，垂直礦體走向掘進切割橫巷，以切割橫巷為自由面沿切割平巷進行拉底[4]。

（3）回采

采場間采用隔一采一的方式進行回采，回采一個分層后立即充填，待整個采場充填完畢后且經養護后充填體強度達標時再回采相鄰采場。礦塊在采場內自上而下進行回采，逐層充填，每一分層的回采工作是在上一分層人工假頂的保護下進行。采用淺孔崩礦，鑿巖時應注意礦巖邊界，孔深為1.5-2.5m（礦體薄或者形態變化大，礦巖不穩固處盡量用小值），孔徑30-40mm，采用間隔裝藥，分層高度為4m，回采多采用水平孔崩礦，出礦采用鏟運機裝運礦石，分層出礦斜道隨著分層的回采進行挑頂，逐步由重車下坡變成重車上坡，最上面的分層出礦斜道在平面上要與穿脈巷道錯開布置。出礦完畢后，清理底板上的礦粉，然后采用1:6 的水泥砂漿進行膠結充填，充填前要砌筑充填濾水井，澆灌混凝土隔墻，充填滲水通過預先布設的濾水井導出采場[5]。

（4）采場通風

新鮮風流由中段運輸巷道、濾水井、斜坡道及采區聯絡道進入，經無軌分段平巷、采場聯絡道進入采場，沖刷采場后，污風從回風充填井排入上中段回風充填平巷道。為了改善采場工作面通風條件，可以使用局扇加強通風[6]。

由于105#礦體經過大量開采之后產生了很多已充填的采場，因此該礦體在劃分采場和分層開采時，要防止由于開采礦石致使充填體垮塌導致礦山安全事故發生。此外，如開采導致充填體冒落，可能導致已采礦石中混入廢石，致使礦石損失貧化，要特別注意避開已充填的采場和硐室，必要時可增加輔助工程。

4 協同利用原有工程

由于105#礦體-200m 以上區間已開采多年，區間內的開拓采準工程早已完善。考慮到深部礦巖高應力的特點，以及105#號礦體強度低、不穩固的現狀，應盡量減少新巷道工程的掘進，增加已有工程的利用，在保障深部開采安全性的同時，降低采礦成本，加快工程進度，縮短工期，提高礦山開采效益。

（1）區間內的頂底板中段運輸平巷以及探礦平巷應盡量采用-151m中段、-200m中段的現有巷道工程，或者從現有工程出發進行采準切割工程。

（2）分段運輸平巷應結合相應水平的礦體周圍的巷道工程進行布設，力求在合理的前提下最大限度的利用已有巷道，在掘進分層出礦斜道時應加強巷道支護，保障出礦安全。

（3）掘進穿脈巷道時要先注意周圍是否已有掘進好且可供利用的穿脈道，或由同水平方向相同的其他巷道引出穿脈巷道以達到貫通巷道、加強通風的效果。

5 結論

（1）對于礦體南北兩個端部的緩傾斜薄到中厚礦體（厚度為4-7m），采場跨度適宜為4-5m，采場長度適宜為15-20m。當跨度為4m 時，控制極限采場長度為20m。采場跨度越小，允許的暴露面積越大，因此在同等暴露面積條件下，可以通過減小采場跨度，增大采場長度來改善頂板穩固性[7]。

（2）對于礦體的整體開挖順序，確定了從中間向兩邊推進的整體回采順序，即先開采中間采區，再向兩邊采區順序開采的整體回采順序，既能縮短回采時間，又能避免開采過程中的應力災害，實現資源的安全高效開采[8]。

（3）根據礦體產狀與殘礦賦存條件，推薦采用下向水平分層充填采礦法，并進行了工業試驗。試驗結果表明：該方法適用于某礦破碎殘礦類型的回采，采礦效果良好，為某礦其他地段殘礦回采提供了技術參考[9]。