黃金礦山緩傾斜中厚礦體雙進(jìn)路分段空場采礦法及其應(yīng)用

姜永恒　劉博

摘要：針對某黃金礦山緩傾斜中厚礦體采用房柱采礦法開采過程中存在的生產(chǎn)能力低、工人勞動強(qiáng)度大、作業(yè)安全性差等問題，根據(jù)礦體的賦存條件，分析并確定了雙進(jìn)路分段空場采礦法配合遙控鏟運(yùn)機(jī)的開采工藝。現(xiàn)場工程應(yīng)用結(jié)果表明：該工藝結(jié)合中深孔爆破技術(shù)，解決了該礦山緩傾斜中厚礦體的開采技術(shù)難題，生產(chǎn)能力較房柱采礦法開采提高了一倍以上，并成功解決了采場安全性差和采礦損失貧化大等問題，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，可供同類型礦山參考借鑒。

關(guān)鍵詞：緩傾斜；中厚礦體；中深孔；雙進(jìn)路；分段空場

中圖分類號：TD853.32文章編號：1001-1277（2023）09-0041-05

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20230907

引 言

當(dāng)今，伴隨著經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展，對礦產(chǎn)資源的需求量日益增大，為適應(yīng)快速發(fā)展進(jìn)程，礦產(chǎn)資源開采程度愈發(fā)加大。目前資源開發(fā)逐漸向深部延伸，“三高一擾動”問題愈發(fā)突出，礦石開采逐漸向低品位、難采礦體推進(jìn)。對于圍巖較穩(wěn)定的金屬礦山多采用空場采礦法開采，這類采礦方法在中國應(yīng)用較早、較廣泛，在技術(shù)上也最成熟。利用空場采礦法開采時，采準(zhǔn)工程量小，回采工藝簡單，采礦成本低，但也會面臨留下大量礦柱、安全性差和采礦損失貧化大等問題［1］。國內(nèi)外學(xué)者對緩傾斜至傾斜中厚礦體進(jìn)行了深入研究，通過對空場采礦法開采工藝參數(shù)優(yōu)化及方案改進(jìn)等［2-3］，降低了采礦損失貧化，提高了生產(chǎn)能力及采場的安全性，達(dá)到安全高效經(jīng)濟(jì)開采的目的。

內(nèi)蒙古某金礦以開采金礦石為主，其中1號脈主礦體賦存于830～980 m標(biāo)高，礦體的產(chǎn)出嚴(yán)格受構(gòu)造控制，其形態(tài)呈脈狀，局部有膨大現(xiàn)象，頂?shù)装鍑鷰r均為角閃斜長片麻巖，礦體與圍巖界線較清晰。圍巖蝕變有鉀長石化、碳酸鹽化、絹云母化、綠泥石化、赤鐵礦化、鏡鐵礦化、黃鐵礦化、硅化等。礦體厚度約為10 m，平均傾角為25°，為典型的緩傾斜中厚礦體，且較連續(xù)，圍巖較穩(wěn)定。該礦山主要采用房柱采礦法進(jìn)行回采，回采時因工人、設(shè)備等均需要在空場下作業(yè)，安全性較差。結(jié)合礦巖賦存條件和生產(chǎn)實(shí)際，綜合考慮安全、效率、經(jīng)濟(jì)等因素，經(jīng)綜合對比分析確定采用雙進(jìn)路分段空場采礦法對緩傾斜中厚礦體進(jìn)行綜合開采，以降低采礦損失貧化，提高經(jīng)濟(jì)效益，保證安全生產(chǎn)。

1 雙進(jìn)路分段空場采礦法工藝研究

1.1 采礦方法概述

雙進(jìn)路分段空場采礦法主要適用于礦體上盤圍巖相對較穩(wěn)固的緩傾斜至傾斜中厚礦體的開采，采場采用低分段的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并結(jié)合控制爆破技術(shù)對采場進(jìn)行綜合回采，以達(dá)到改善爆破效果，提高生產(chǎn)能力，降低采礦損失貧化的目的。雙進(jìn)路分段空場采礦法如圖1所示。

1.2 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

礦塊沿走向布置，礦塊長度為50 m，礦塊高度為階段高度30 m，厚度為礦體厚度，該采礦方法根據(jù)現(xiàn)場礦體實(shí)際條件確定礦體真厚度為10 m，礦體傾角為25°，采場兩端預(yù)留4 m的間柱，回采礦房寬度為46 m，礦房回采結(jié)束后視圍巖情況對頂柱和間柱進(jìn)行部分回收［4］。

1.3 采準(zhǔn)切割工程

采場采準(zhǔn)切割工程主要有：脈內(nèi)鑿巖巷道、脈外鑿巖巷道、穿脈巷道、斜坡道聯(lián)絡(luò)巷道、切割天井、切割巷道、溜井、通風(fēng)上山。施工順序：斜坡道—斜坡道聯(lián)絡(luò)巷道—溜井—脈內(nèi)鑿巖巷道—脈外鑿巖巷道—通風(fēng)上山。

切割巷道及切割天井的布置形式如圖2所示。脈內(nèi)鑿巖巷道和脈外鑿巖巷道掘進(jìn)結(jié)束后，在采場的端部掘進(jìn)切割巷道將2條鑿巖巷道貫通，并在脈內(nèi)鑿巖巷道內(nèi)沿50°傾角方向掘進(jìn)切割天井，切割天井掘進(jìn)至礦體上盤圍巖后停止。

切割巷道和切割天井形成后，在切割巷道內(nèi)以切割天井為自由面，采用YGZ-90鑿巖機(jī)鉆鑿上向平行孔，逐排進(jìn)行切割槽的爆破，最終形成切割槽，為礦石的回采提供補(bǔ)償空間［5］，切割槽炮孔布置形式如圖3所示。

在脈內(nèi)鑿巖巷道內(nèi)以1 m的排距布置2個平行炮孔將切割天井進(jìn)行擴(kuò)幫，以增加切割槽炮孔的補(bǔ)償空間。切割槽炮孔每排布置2～3個，孔底距約1.7 m，孔口距約0.7 m，炮孔孔口堵塞長度為1～3 m，每次起爆2～3排炮孔。

1.4 回采工藝

1）回采順序。采場內(nèi)整體以自上而下順序回采，在同一分段內(nèi)可先在上盤鑿巖巷道進(jìn)行后退式回采，亦可以2個鑿巖巷道同時進(jìn)行后退式回采。

2）采場落礦。在切割巷道內(nèi)以切割天井為自由面，采用YGZ-90鑿巖機(jī)鉆鑿上向平行中深孔，進(jìn)行切割槽的爆破。礦體回采過程中，在鑿巖巷道內(nèi)采用YGZ-90鑿巖機(jī)鉆鑿上向扇形炮孔，孔間距及排距需要根據(jù)巖石性質(zhì)并結(jié)合理論計算公式確定，每次爆破1～2排，炮孔布置形式如圖4所示。采場爆破參數(shù)需在后期的實(shí)際施工中根據(jù)實(shí)際效果進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，每個分段采場通過雙進(jìn)路可2個作業(yè)面同時作業(yè)，以提高采場的生產(chǎn)能力［6-7］。礦體內(nèi)外雙進(jìn)路同時后退回采，采場的生產(chǎn)能力為150～200 t/d。

3）采場通風(fēng)。首先在最上一分段掘進(jìn)通風(fēng)上山并與上中段沿脈巷道貫通形成通風(fēng)回路。每次爆破結(jié)束后新鮮風(fēng)流在礦井通風(fēng)負(fù)壓下，經(jīng)過斜坡道、斜坡道聯(lián)絡(luò)巷道、鑿巖巷道，吹掃工作面后，污風(fēng)經(jīng)空區(qū)流經(jīng)上分段空區(qū)，匯入上部中段回風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)系統(tǒng)如圖5所示。

4）礦石運(yùn)搬。采場爆破后采用遙控鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦，鏟運(yùn)機(jī)將2條鑿巖巷道所崩落的礦石鏟裝并運(yùn)送至分段溜井中，溜井下部采用鏟運(yùn)機(jī)將礦石倒運(yùn)至主溜井，并在主溜井口通過破碎錘將大塊進(jìn)行二次破碎，以達(dá)到礦石塊度要求。

1.5 采場穩(wěn)定性分析

根據(jù)采場回采順序，應(yīng)用Flac3D軟件對各分層回采后采場頂板圍巖的變形情況進(jìn)行數(shù)值模擬分析，以確定采出頂板的位移量。采場自上而下各分層回采后的位移量如圖6～9所示。

通過對采場回采過程進(jìn)行數(shù)值模擬計算，得出采場頂板位移量如表1所示。

通過應(yīng)用Flac3D軟件對簡化后的采場分段回采過程進(jìn)行模擬分析，可以得出在采場自上向下的回采過程中，影響采場穩(wěn)定性的頂板最大主應(yīng)力逐漸增大，垂直方向的位移也逐漸增加，采場塑性變形區(qū)域逐漸增大，在最后一分段回采結(jié)束前，采場頂板的垂直方向位移數(shù)值變化相對較小，整個采場回采結(jié)束后，頂板垂直方向位移驟增，達(dá)到100.7 mm，此時在外界擾動的情況下極易出現(xiàn)變形破壞。因此采場的回采須實(shí)現(xiàn)強(qiáng)采強(qiáng)出，整個采場回采結(jié)束后及時對采空區(qū)進(jìn)行處理，可采用廢石充填或崩落頂板圍巖的方式，以防止因上部采空區(qū)大面積垮塌形成沖擊地壓。

2 現(xiàn)場工業(yè)應(yīng)用

2.1 切割工程

采場第四分層西側(cè)在切割巷道內(nèi)進(jìn)行拉底，形成拉底空間，如圖10所示。根據(jù)所形成的拉底空間通過爆破形成切割槽，切割槽炮孔排位布置如圖11所示，拉槽炮孔17排，炮孔64個，炮孔總長度約835 m。

因切割天井規(guī)格比較小，因此在施工切割槽前須對切割天井進(jìn)行擴(kuò)井以確保為切割槽提供良好的補(bǔ)償空間。首先，在切割天井的南側(cè)布置2個平行于切割井的炮孔，炮孔間距約1.2 m，最小抵抗線約1.1 m；第二次在切割井的東側(cè)布置2排平行于切割井的炮孔，炮孔間距約1.2 m，炮孔排距約1.2 m，2次爆破后形成比較完整的切割槽補(bǔ)償空間，最后通過中深孔爆破形成切割槽，為回采提供補(bǔ)償空間。

2.2 采場回采

采用YGZ-90鑿巖機(jī)鉆鑿上向扇形炮孔，爆破采用粉狀乳化炸藥，使用BQF-100型裝藥器進(jìn)行裝藥，毫秒微差導(dǎo)爆管雷管及數(shù)碼雷管進(jìn)行起爆。

根據(jù)孔徑和礦巖性質(zhì)確定最小抵抗線，礦巖普氏硬度系數(shù)為8～12，屬堅硬礦巖，選用的經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：W為最小抵抗線（m）；d為炮孔直徑，取65 mm。

經(jīng)計算：最小抵抗線為1.625～1.950 m。

根據(jù)利文斯頓爆破漏斗理論計算最小抵抗線：

式中：ρ為裝藥密度，取0.9 kg/dm3；μ為裝藥系數(shù)，取0.7；m為炮孔密集系數(shù)；q為炸藥單耗，取0.42 kg/m3。

經(jīng)計算：最小抵抗線為1.89 m。

因此，根據(jù)2種方法確定的最小抵抗線，最終選取較小值，為1.6～1.9 m。

對于扇形炮孔孔底距按照式（3）進(jìn)行計算：

a=mW（3）

式中：a為孔底距（m）；m為炮孔密集系數(shù)，扇形炮孔一般為1.2～2.0，本文取1.4。

將初步計算得到的最小抵抗線代入式（3）可計算得到孔底距。經(jīng)計算：孔底距為2.24～2.66 m。

為了較好控制采出礦石的大塊率，排距與孔底距二者的取值關(guān)系本著“增大排距則減小孔底距，減小排距則增大孔底距”的原則。在現(xiàn)場施工過程中考慮到如果孔底距過小，則孔口炮孔過于密集，爆破中將會出現(xiàn)孔口礦石過于粉碎和眉線破壞等現(xiàn)象，因此適當(dāng)縮小最小抵抗線，增大孔底距，可以有效降低大塊率，改善爆破效果。通過現(xiàn)場試驗(yàn)最終確定最優(yōu)爆破參數(shù)為：排距1.4 m，孔底距1.8 m，并以此進(jìn)行采場正常回采。采場爆破后礦石塊度合理，無大塊出現(xiàn)（如圖12所示）。

為了減小爆破振動并確保爆破效果和眉線的保護(hù)效果，同排炮孔中采用孔間微差的爆破方式，根據(jù)每排炮孔數(shù)量采用多個段別的雷管進(jìn)行起爆，先起爆中間的炮孔，再起爆兩端的炮孔。

炮孔孔口采用間隔裝藥方式，主要是為了減小孔口區(qū)域的裝藥量，由于炮孔孔口距較小，當(dāng)孔口預(yù)留長度較短時，每個炮孔之間的炸藥間隔較小，從而使得此區(qū)域內(nèi)的炸藥單耗較大，不但會對后排炮孔及眉線造成破壞，而且還會導(dǎo)致孔口區(qū)域巖石過于粉碎［8］。孔口預(yù)留長度的確定因無法進(jìn)行理論計算，需要根據(jù)不同的圍巖條件分級，結(jié)合實(shí)際炮孔數(shù)量，通過反復(fù)的現(xiàn)場試驗(yàn)，確定合理的預(yù)留長度，主要采用鋸齒形間隔裝藥［9］。孔口采用炮泥堵塞，堵塞長度不小于0.5 m。采場爆破后眉線保存良好，無超欠挖現(xiàn)象發(fā)生（如圖13所示）。

2.3 應(yīng)用效果

采用雙進(jìn)路分段空場采礦法開采緩傾斜中厚礦體，遙控鏟運(yùn)機(jī)出礦，現(xiàn)場取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表2所示。

通過采用雙進(jìn)路分段空場采礦法對緩傾斜中厚礦體進(jìn)行回采可知，該工藝大大提高了采場生產(chǎn)能力、降低了工人的作業(yè)強(qiáng)度、降低了采場因預(yù)留點(diǎn)柱造成的采礦損失、改善了采場的作業(yè)環(huán)境，使得企業(yè)能夠更好地利用資源，為礦山均衡發(fā)展提供技術(shù)支撐，同時也減少了采場內(nèi)作業(yè)人員的數(shù)量，提高了礦山生產(chǎn)作業(yè)安全，消除了采場的安全隱患，為企業(yè)均衡發(fā)展與和諧社會建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

3 結(jié) 論

1）針對緩傾斜中厚礦體在開采中遇到的問題，開展雙進(jìn)路分段空場采礦法的試驗(yàn)研究。通過采用雙進(jìn)路空場采礦法進(jìn)行回采作業(yè)并結(jié)合中深孔爆破技術(shù)，生產(chǎn)能力有了較大提高，提高了經(jīng)濟(jì)效益，并成功解決了采場安全性差和采礦損失貧化大等問題。

2）根據(jù)雙進(jìn)路分段空場采礦法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，采用該采礦方法后，采場生產(chǎn)能力約為163 t/d，生產(chǎn)效率提高，且采礦損失貧化指標(biāo)較好，實(shí)現(xiàn)了安全高效經(jīng)濟(jì)開采，促進(jìn)了礦山生產(chǎn)與安全的有效發(fā)展。

［參 考 文 獻(xiàn)］

［1］黃毅，許艷秋.有底柱分段崩落法在緩傾斜不穩(wěn)固厚礦體中的應(yīng)用［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2016，35（19）：61-63，87.

［2］劉玉德.急傾斜厚層礦體分段空場式開采安全性評價［J］.龍巖學(xué)院學(xué)報，2020，38（5）：73-79，110.

［3］李凡超.空場法在厚大礦體開采中的應(yīng)用［J］.采礦技術(shù)，2021，21（3）：6-8.

［4］陳吉祥，張繼維，王瑞鵬.小柳溝鎢礦安全高效采礦方法設(shè)計［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2021，37（3）：75-77，80.

［5］楊寧，尹賢剛.緩傾斜極薄礦脈分條掏切式空場采礦法［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2020，40（12）：8-10.

［6］佟曉勇.分段鑿巖階段空場法采礦工藝及礦房爆破設(shè)計［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2019，16（7）：60，62.

［7］李陽松，周禮.阿爾登鉛鋅礦采礦方法優(yōu)化研究［J］.有色金屬（礦山部分），2019，71（6）：5-8，18.

［8］賴偉，劉婉瑩，王剛，等.急傾斜極不穩(wěn)固薄礦體脈外分段空場采礦法［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2017，37（10）：93-95.

［9］張洋.分段空場采礦法在黃山東17號銅鎳礦的應(yīng)用［J］.新疆有色金屬，2016，39（4）：16-18.

Research and application of double-approach sublevel open-stope mining method for gently dipping medium-thick ore bodies in gold mines

Jiang Yongheng，Liu Bo

（Changchun Gold Research Institute Co.，Ltd.）

Abstract：In response to the issues of low production capacity，high labor intensity，and poor operational safety in the process of mining for medium-thick ore bodies in a certain mine with a gentle dip，an extraction method combining sublevel open-stope mining with remote-controlled scooptrams was analyzed and determined based on the occurrence conditions of the ore body.The on-site engineering application results show that this method，combined with medium-long hole blasting technology，solves the technical difficulties in mining the medium-thick ore body in the gently dipping mine.The production capacity is more than doubled compared to the room-and-pillar mining method.It successfully addresses the issues of poor operational safety in the mining area and a large loss of ore dilution，demonstrating favorable economic and social benefits.This method can serve as a reference for similar mines.

Keywords：gently dipping;medium-thick ore body;medium-long hole;double-approach;sublevel open stope

收稿日期：2023-04-20; 修回日期：2023-05-18

基金項目：國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（2022YFC2905004）

作者簡介：姜永恒（1989—），男，高級工程師，碩士，從事金屬礦山地下開采、巷道及采場地壓穩(wěn)定性控制技術(shù)研究等工作；E-mail：jiangyongheng@126.com