緩傾斜中厚礦體采礦方法研究

劉克安

摘? 要：該文以國外某緩傾斜中厚鉛鋅礦體賦存條件及開采技術問題為背景，提出一種高效的垂直分條嗣后充填采礦法，并對該采礦法成功應用存在的技術問題進行分析。針對礦體上盤圍巖條件差、下盤三角礦體回收困難，提出雙進路出礦巷道2步驟回采控頂技術和預控頂垂直分條嗣后充填采礦法2種解決技術方案，以爭取實現此類緩傾斜中厚礦體的安全高效開采。

關鍵詞：緩傾斜；中厚礦體；垂直分條采礦法；破碎頂板；控頂技術

中圖分類號：TD853? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）05-0145-04

Abstract： Based on the occurrence conditions and mining technical problems of a gently inclined medium-thick lead-zinc orebody abroad， this paper puts forward an efficient vertical slicing and subsequent filling mining method， and analyzes the technical problems existing in the successful application of this mining method. In view of the poor surrounding rock conditions in the upper wall of the orebody and the difficulty in the recovery of the lower triangular orebody， two technical solutions are put forward： the two-step mining and roof control technology and the pre-controlled roof vertical slicing and subsequent filling mining method in order to realize the safe and efficient mining of this kind of gently inclined medium-thick orebody.

Keywords： gently inclined; medium-thick orebody; vertical slicing mining method; broken roof; roof control technology

緩傾斜中厚礦體的安全高效開采技術是采礦界的世界性難題，由于礦體賦存傾角較緩，帶來下盤放礦和采場頂板管理2方面的技術問題，一是礦體下盤傾角小于礦石自然安息角，崩落礦石不能通過自重全部放出，導致放礦難度大，下盤三角礦體的回收困難；二是隨著回采工作面的推進，礦體上盤頂板的暴露面積大，采場頂板空頂高度高，采場頂板管理困難，容易出現采場頂板冒落事故[1]。

為此，國內外學者進行了大量卓有成效的研究，取得了一些寶貴的經驗和研究成果。楊寧等[2]提出中深孔菱形礦房分段充填采礦法，取得了較好的技術經濟指標。李新成等[3]從生產能力、經濟指標、安全性評價方面對比了分段空場嗣后充填采礦法的優勢。池秀文等[4]采用條帶式分層充填采礦法開采傾斜中厚磷礦礦體，通過對充填體的破壞機理進行研究，優化開采參數，提高了采場圍巖穩定性。董凱程等[5]對破碎頂板下緩傾斜中厚礦體安全高效開采技術進行了研究，利用頂板加固支護或礦體護頂方式對頂板控制，利用大直徑深孔及中深孔對礦體進行高效開采。

然而受限于特殊的開采條件，對于緩傾斜中厚礦體的安全高效開采技術，普遍存在著安全性差、工效較低、支護工程量大、材料消耗多和損失貧化率高的問題。本文提出了一種應用于緩傾斜中厚礦體的垂直分條嗣后充填采礦方法，并且針對上盤破碎圍巖條件提出了2種解決技術方案，以爭取實現這類礦體的安全高效開采。

1? 工程背景

國外某鉛鋅礦由2個主礦體和若干個小礦體組成，礦床位于原始森林保護區范圍內，開采后地表不允許沉降破壞。礦體賦存標高526～838 m，走向延伸近800 m，垂向延深約300 m。礦體總體走向北西-南東340°，傾向北東，礦床埋深較淺，礦體側伏產狀示意如圖1所示。其中主礦體傾角一般為33°，平均厚度為15 m，屬于中厚緩傾斜礦體，主礦體產狀側視圖如圖2所示。礦區體中發育有2條主要斷層，其中斷層JF在垂向上將主礦體錯斷大約15～20 m。礦床礦體主要礦物成分是方鉛礦、閃鋅礦及硫鐵礦，礦體構造較簡單，節理裂隙較發育，巖性較堅硬，礦體本身的強度及性質相對較好。礦體圍巖主要為頁巖和粉砂巖，節理、裂隙較為發育，總體來說礦體上盤圍巖不穩，下盤圍巖穩定性相對較好。從水文地質、工程地質、環境地質3方面總體上評價，礦區開采技術條件為中等-復雜類型。

2? 推薦采礦方法概述

2.1? 采礦方法選擇

該鉛鋅礦設計采選處理能力為100萬t/a，開拓方式采用斜坡道開拓。根據開采技術條件、礦床賦存特點、礦山生產規模，考慮到礦巖穩固性均較差等顯著特征，尤其是上盤圍巖穩固性很差，地表處于原始森林保護區且地表不允許破壞等因素，采用充填類采礦方法。以高效率、低成本、規模化安全生產為基本原則，對于厚度8～10 m以上的主礦體采用垂直分條充填法，主礦體端部厚度較小部分及小礦體則采用上向進路充填法，2種采礦方法的回采礦量所占比例分別約為85%和15%。2種采礦方法具體應用范圍如圖3所示。

2.2? 垂直分條充填法采礦工藝

垂直分條充填法類似于分段充填法，由于礦體傾角較緩，為了提高采空區的自穩性，將常規的礦塊劃分方式由水平劃分改為垂直豎向劃分。將礦體每60 m劃分為一個中段，每20 m劃分為一個分段，采場沿礦體走向布置，沿礦體傾向方向每隔15 m垂直豎向劃分成一個回采分條，然后沿走向每100 m左右將每個回采分條劃分成若干個礦塊，礦塊間不留礦柱。礦塊形狀類似于一個棱形柱體，長約100 m，寬15 m，高約15～20 m。在礦體下盤沿礦體走向布置分段巷道，分段巷道通過分段聯絡道與主斜坡道連接，采場通過采場聯絡道與分段巷道連接，采準工程有采場聯絡道、上下盤聯絡道、鑿巖巷道和出礦巷道等。切割工程主要為切割井，每個回采步驟均需在采場端部設置切割井。垂直分條嗣后充填采礦法工藝如圖4所示。

礦塊以采場聯絡道為界劃分為2個采場，回采順序為由端部開始，后退式開采，沿走向每20 m為一個回采、充填步驟。鑿巖巷道進行上盤圍巖支護、穿孔、爆破和充填，鑿巖采用中深孔臺車鑿巖，布置下向扇形中深孔，出礦巷道采用遙控鏟運車出礦。采場頂板采用錨索支護，采場鑿巖出礦前，通過鑿巖巷道預先對采場頂板上盤破碎圍巖進行中長錨索超前支護，以保證回采作業的安全。錨索支護采用扇形孔布置，孔深約15 m，排距1.5 m，每排布置8個鉆孔，每孔安裝2根錨索。對極破碎和松散的巖層，可適當加密錨索支護網。鑒于該礦采場頂板支護的重要性，同時減少支護工序的耗時，錨索支護設備選用先進的錨索臺車，大大提高了支護效率。鑿巖巷道、出礦進路及采場聯絡道視圍巖穩固情況，采用錨噴、錨網、錨網噴支護等組合支護形式。垂直分條充填采礦法工藝配置示意圖如圖5所示。

2.3? 主要技術經濟指標

該采礦方法的主要技術經濟指標詳見表1。

3? 關鍵技術問題

針對該礦的開采技術條件，欲成功應用垂直分條充填法并取得較好的技術經濟效果，需解決以下3個方面的關鍵技術問題：一是要采取可靠有效的預支護措施，預先對擬開采采場頂板進行支護；二是要采用高質量的全尾膏體充填技術，以提升充填體的強度，縮短采充轉換時間，提高采場出礦能力的目標；三是選擇合理的采場結構參數，控制好采場暴露面積。此外，該采礦方法采用平底出礦結構，鏟運機需要進入較大空場進行鏟裝作業，為此也需要應用遙控出礦設備。依托以上關鍵技術的協同配合，實現強采強充，以充分縮短空區的暴露時間，最終達到安全高效開采。

4? 解決技術方案概述

4.1? 雙進路出礦巷道2步驟回采控頂技術

緩傾斜中厚主礦體在回采過程中，特別是對于礦體傾角較緩的礦體，存在著采場下盤三角礦體回收困難、損失率高，采場頂板暴露面積大、空頂時間長的問題。在不改變原有斜坡道開拓系統的前提下，在礦體下盤沿礦體走向布置分段巷道，分段巷道通過分段聯絡道與主斜坡道連接，采場通過采場聯絡道與分段巷道連接，在采場下盤布置雙進路出礦巷道，完成雙進路出礦巷道掘進，巷道斷面尺寸為寬×高=4.4 m×4.2 m，解決采場下盤三角礦體回收及采場頂板空頂時間長的問題。從鑿巖巷道至下部第一條進路用反井鉆機切割拉槽，鑿巖巷道內鑿下向中深孔，第二條出礦巷道內預鑿上向中深孔，先進行第一出礦進路上部礦體的開采，在下向中深孔裝藥爆破，遙控鏟運機進入出礦巷道內出礦，作為第一回采步驟，再進行上向中深孔的裝藥爆破，遙控鏟運機出礦作為第二回采步驟，2步驟回采完成后進行采空區的膏體充填。雙進路出礦巷道2步驟回采技術方案的示意圖如圖6所示。

4.2? 預控頂垂直分條嗣后充填采礦法

預控頂垂直分條嗣后充填采礦法采用上行式開采，適用于傾角及厚度較大的主礦體。在不改變原斜坡道開拓系統的前提下，沿礦體走向在礦體上盤圍巖中布置鑿巖巷道，鑿巖巷道的斷面尺寸為寬×高=4 m×3.2 m。沿礦體走向在礦體下盤邊界布置出礦巷道，采場內的礦石采用遙控鏟運機鏟出，在鑿巖巷道內利用反井鉆機形成切割井，形成礦塊采切工程。

在礦體上盤一定高度沿礦體走向布置一條充填通風巷，巷道的布置需考慮圍巖條件及卸壓范圍，調整布置的高度位置和巷道寬度，在巷道內向上采用錨噴支護巷道頂板，并采用錨索向下進行采場頂板支護，從而提高采場頂板的整體穩定性，降低采場頂板冒落的風險，減小開采損失貧化率。每一垂直分條礦塊回采結束后，從上盤充填回風巷施工充填孔對采場空區進行全尾砂膏體膠結充填，降低充填作業對于鑿巖巷道鑿巖的影響，同時可以保證充填體完全結頂。預控頂垂直分條嗣后充填采礦法工藝圖如圖7所示，預控頂垂直分條充填采礦法工藝配置示意圖如圖8所示。

5? 結論

1）針對緩傾斜中厚礦體開采效率低、損失貧化率高的問題，提出應用垂直分條嗣后充填采礦方法，下向中深孔落礦工藝以提高采礦效率。

2）分析了垂直分條嗣后充填采礦法應用存在的問題，為解決下盤放礦和采場頂板管理2方面的技術問題，提出了2種具體解決技術方案。

3）對于本礦體的開采技術條件，分析成果可以開拓下一階段采礦方法研究的思路，也可作為現場采礦試驗應對不利地質條件的解決措施。

參考文獻：

[1] 尹升華，吳愛祥.緩傾斜中厚礦體采礦方法現狀及發展趨勢[J].金屬礦山，2007（12）：10-13.

[2] 楊寧，尹賢剛，歐任澤，等.緩傾斜中厚礦體采礦方法研究[J].礦業研究與開發，2021（3）：10-12.

[3] 李新成，于振，周士霖，等.高效緩傾斜中厚礦體采礦方法研究[J].采礦技術，2020（5）：8-10.

[4] 池秀文，柴志杰，何治良，等.緩傾斜中厚礦體分層開采與圍巖控制研究[J].金屬礦山，2020（10）：92-97.

[5] 董凱程，汪海峰，于永純，等.緩傾斜中厚礦體高效開采技術研究[J].有色金屬，2021（9）：1-7.