垂直分條采礦工藝在急傾斜薄礦體頂柱回收中的應用

摘要：急傾斜薄礦體在空場采礦法開采后會殘留頂柱，由于透采時鑿巖工人在逐漸變薄的頂柱下作業，安全風險較高，為避免出現大面積冒頂事故，常留設永久損失的高品位原生礦柱，造成了資源的極大浪費。為安全高效回收頂柱，提出一種垂直分條采礦工藝，詳細介紹了該方法的采準切割布置、回采工藝及主要技術經濟指標等?，F場工業應用表明：采用該方法能夠最大限度地回收頂柱，且空頂后暴露面積小，安全性高；臺效由原工藝的15.4 t/臺班提高至23.3 t/臺班，提高了51.3 %；采礦損失率由62 %降低至5.3 %，相比原采礦工藝降低了91.5 %，取得了良好的技術經濟效果，可在同類型礦山推廣。

關鍵詞：高品位；冒頂；頂柱回采；垂直分條；急傾斜薄礦體；削壁充填采礦法

中圖分類號：TD853.34 文章編號：1001-1277（2024）09-0023-04

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20240905

引 言

內蒙古金陶股份有限公司（下稱“金陶金礦”）是一家以急傾斜極薄至薄礦體開采為主的黃金礦山開采企業［1］。近10年，年產黃金1 t以上，是國內規模最大的以削壁充填采礦［2］工藝為主的礦山之一。金陶金礦運營的金廠溝梁金礦床為中低溫熱液型礦床［3］，礦體傾角為70°～85°，脈厚0.17～0.87 m，平均品位較高，多在5 g/t以上。

該礦山在采用削壁充填采礦法回采時，一般預留6 m左右頂柱，采場回采結束后采用上向分層充填采礦法進行回收，在頂柱殘采時，鑿巖工人通常需在頂板下上向鑿巖，回采一層后立即充填，并繼續向上進行回采，但是隨著回采不斷推進，頂柱待采部分越來越薄，極易由于透采導致暴露空間過大，進而引發大面積冒頂，或為避免透采殘留大部分高品位原生頂柱，造成資源的極大浪費。因此，如何安全高效地回收急傾斜極薄礦體的頂柱，一直都是一個難以解決的采礦難題［4-8］。黃超［9］通過對回采進路結構參數和回采順序進行優化，確定了最佳的回采進路結構參數，對急傾斜薄礦脈頂柱進行了回收；伍耀斌等［10］應用分段鑿巖階段礦房回采工藝回收間頂柱取得了良好的經濟效益。本文為解決金陶金礦頂柱回采的安全隱患問題，提出一種垂直分條采礦工藝，將之應用于急傾斜薄礦體削壁充填回采后殘留的頂柱回采，取得了良好的經濟效果。

1 原回收方法及存在問題

金陶金礦原采用上向分層充填采礦法（電耙出礦）回采削壁充填回采后殘留的頂柱，回收方案如圖1所示。礦塊底部結構為混凝土假底，溜井間距約18 m，礦塊內總計布置4個出礦溜井。其中，行人順路分布在1#、4#溜井，原采場天井布置在2#、3#溜井段，落礦時采用上向淺孔由下至上分層落礦，分層落礦高度0.8～1.2 m，采后及時充填并隨采隨測。當采至頂柱剩余高度約3 m時停止回采，作為礦柱損失，從而防止頂柱高度過低，鑿巖工人在進行鑿巖作業時出現冒頂事故。采用電耙出礦，采下礦石由溜井放出運至地表。

頂柱高度較高，一般為6 m，平均采幅1.3～1.5 m，局部由于礦體復變，采幅可達3 m，且采用該方法回收頂柱時，由于采場頂板淋水，礦巖整體較不穩固，頂柱內層理構造發育。為保證回采作業安全，需采用密集橫撐立柱進行加強支護，因此原有頂柱回收方式不能保證回收全部頂柱資源，一般僅能回收2.5～3.0 m高，且冒頂風險高，安全隱患大。

2 垂直分條采礦工藝及其應用

為保證頂柱回收時作業安全且最大程度回收礦石，采用垂直分條采礦工藝進行頂柱回收，用以減小爆破后頂板暴露面積，最大可能杜絕冒頂事故的發生。推進時采用水平炮孔布置，以減小對圍巖的破壞，素混凝土充填控制上下盤錯動。此方法在18394礦塊頂柱回收應用中取得了成功。

2.1 地質概況

18394礦塊位于18中段39#脈N沿，頂部為17394和17395礦塊，底部為19394礦塊，N端為18395采空區（與18394礦塊相鄰處為混凝土充填區），S端為18394-1礦塊。礦脈以含金黃鐵礦化構造蝕變巖型為主，礦脈較寬且含泥量較高，節理構造較發育。局部硅化特征較明顯，脈狀為主，分支復合特征明顯，走向0°～20°，傾向NE、E，傾角75°以上，礦體平均厚度為1.3 m，局部厚度可達3 m，屬急傾斜薄礦體。

2.2 垂直分條采礦頂柱回收工藝

2.2.1 回收方法概述

垂直分條采礦頂柱回收工藝如圖2所示，該方法落礦時由中央天井、里外順路沿礦脈走向對向連續推進。為減小暴露面積，且為鑿巖作業留出空間，回采時采用一次性掏槽落礦，掏槽寬度控制在1.5 m，當礦脈厚度大于設計掏槽寬度時，礦體厚度為掏槽寬度。落礦高度為頂柱全高，約6.2 m，崩礦步距為1.0～1.5 m，且隨采隨充，出礦后立即進行充填，即每向前推進1.0～1.5 m，混凝土充填跟進1.0～1.5 m，充填后留出鑿巖空間，約1.5 m，以此保證落礦后采礦空間長度不大于3.0 m。

2.2.2 采準切割工程

1）如圖2所示，采準工程主要為切割井施工，切割井即為安全通道①、安全通道②、安全通道③。其中，安全通道②為原礦塊上行安全通道，已完成。只需施工安全通道①、③，規格為2.5 m×1.5 m（長×寬），高度為6.2 m。

2）切割井施工完成后在渣間架設鑿巖平臺（不少于3道），采用預鉆孔爆破方式，鑿巖完成后，在出礦間留有0.5 m預爆破補償空間，保留1.0 m梯子間，中間1.0 m采用木板封好后進行混凝土充填，充填高度為分層高度。采用該方法可快速形成新的切割井，提高回采效率。

3）為使生產組織有序進行，以切割井位置把礦塊分為4個單元，即出礦單元、充填單元、待落礦單元和壓礦維護單元，漸次作業。

2.2.3 回采工藝

垂直分條采礦頂柱回收方案如圖3所示，整個工藝循環主要包括：膠墊鋪設、掏槽落礦、通風除塵、撬渣支護、選礦運搬和充填等。

1）為充分回收高品位粉礦，避免粉礦流失，在回采作業前，于底板鋪設膠墊。

2）鋪墊完成后即可進行落礦作業，鑿巖時沿礦體走向水平布置雙排鉆孔，孔深1.5～1.7 m，孔距0.5 m，排距0.5 m，崩礦步距約為1.5 m，從而保證采空區長度不大于3.0 m。

3）落礦后作業人員必須系好安全帶從上至下進行檢撬及支護作業，支護角度需垂直上盤，以確保支護質量。支護時橫撐的橫向間距為1.0～1.5 m（根據落礦長度布置），縱向方向上保證在一條直線上，且梁間距不超過1.2 m。爆破后及時進行通風，通風時間不低于6 h。

4）安全維護完畢后，進行出礦作業，采用電耙出礦，將崩落礦石耙入順路溜井內，并由電機車運輸至地表。待出礦完成后，開始進行充填，在頂部巷道內采用人工攪拌方式進行混凝土攪拌作業，攪拌后直接傾倒至采空區。

5）待混凝土充填養護完成后，即可進行下個工藝循環作業。

2.2.4 主要技術經濟指標

采用垂直分條采礦工藝成功對18394礦塊殘留的6.2 m頂柱進行了全部回收，取得的主要技術經濟指標如表1所示。

2.3 應用效果

采用上向分層充填采礦法進行頂柱回收時，一方面，鑿巖工人需站在頂柱下上向鑿巖作業，作業高度約1.5 m，空頂長度約26 m，透采一段后，暴露面積較大，達到40 m2，僅靠木支護及部分混凝土柱維護，且由于頂柱高度隨分層落礦后愈來愈薄，受多次爆破振動后，礦巖條件較為不穩定的頂柱易發生冒頂。另一方面，隨著頂柱逐段向后回收，上下盤暴露面積逐漸加大，極易發生上下盤錯動。頂部巷道存在混凝土墻、假底或兩幫不穩固時，為確?；夭砂踩?，要視情況保留永久保安礦柱，造成了大量高品位原生礦石損失。而采用垂直分條采礦工藝進行頂柱回收時，鑿巖工人在作業空間內水平鑿巖，頂部為巷道頂板，暴露面積相對較小，空頂后暴露面積僅30 m2，且相鄰為混凝土支護，安全性高。隨著頂柱逐段回收，全部充填，控制了上下盤錯動。

2種頂柱回采工藝回收頂柱的主要技術經濟指標對比如表2所示。由表2可知：采用垂直分條采礦工藝回收頂柱，將上向鑿巖方式改為水平鑿巖方式，大大提高了鑿巖孔深，從而提高了鑿巖效率，縮短了鑿巖時間。與此同時，新Dg71EcqAEHAWrJIro4+ojWM/KK+DyAFnagPja56VVr8=工藝采場維護與支護工作量少，降低了支護時間，因此采礦效率大幅度提高，臺效由原工藝的15.4 t/臺班提高至23.3 t/臺班，提高了51.3 %，且該工藝盡可能地回收了高品位礦柱資源，采礦損失率由62 %降低至5.3 %，相比原采礦工藝降低了91.5 %。

3 結 論

金陶金礦采用垂直分條采礦工藝成功回收了18394采場頂柱，并相繼推廣至其他采場，采用該工藝安全回收了1235s2、15153、16154、18352、1215311采場頂柱，經濟效益顯著。通過該工藝的試驗研究，得到如下結論：

1）垂直分條采礦工藝不但靈活性高、適應性強，可根據現場情況變化，而且采礦效率高，出礦量大；采用電耙出礦，日出礦量能達到30～40 t/班，臺效23.3 t/臺班。

2）相比原工藝，此種采礦工藝透采時安全程度大幅度提高，采場頂板、兩幫暴露面積較小，且充填后對采場上下盤有很好的支撐作用，有效減少冒頂片幫事故發生。出礦時作業人員在采場內部電耙出礦，不需要站在高空頂下出礦，保證了作業人員的安全。頂柱回收后對頂部巷道影響較小，可最大程度回收頂柱。

3）盡管垂直分條采礦工藝取得了良好應用，但實際施工過程發現采用該工藝時鑿巖工人作業空間相對狹小，為保證鉆孔深度，鉆孔時需套釬，且當礦脈寬度小于0.7 m時，礦石貧化率較大。因此，在后續推廣過程中仍需對該工藝進一步優化和完善。

［參 考 文 獻］

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［4］ 黃小忠.基于FLAC3D的某預留頂柱安全回采工藝優化分析［J］.現代礦業，2020，36（4）：85-89.

［5］ 張恒超.阿爾哈達殘礦回收的研究與應用［J］.世界有色金屬，2019（13）：218-219.

［6］ 王志，劉東銳，鐘生元.高壓注漿松散覆巖充填體下頂底柱回采穩定性研究［J］.湖南有色金屬，2019，35（2）：4-6，10.

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Application of vertical strip mining process in the recovery

of crown pillars in steeply inclined thin ore bodies

Jia Zhiwei1，Li He2，Zhang Bangqiong2，Wei Peng2

（1.ZhongJin Gold Corporation Limited; 2.Inner Mongolia Jintao Co.，Ltd.）

Abstract：In steeply inclined thin ore bodies，crown pillars left behind after open stoping present significant safety risks during extraction，as drilling workers operate under increasingly thin pillars，leading to a high likelihood of large-area roof collapses.To avoid these risks，high-grade primary ore pillars are often permanently left in place，resulting in significant resource wastage.To safely and efficiently recover these crown pillars，a vertical strip mining process is proposed.This paper provides a detailed explanation of the method’s cutting layout for preliminary mining，recovery process，and key technical and economic indicators.Industrial application on-site has shown that this method maximizes the recovery of crown pillars while minimizing the exposed area after roof removal，thereby ensuring high safety.The per-shift for unit machine productivity increased from 15.4 t to 23.3 t，an improvement of 51.3 %.The mining loss rate decreased from 62 % to 5.3 %，a reduction of 91.5 % compared to the original mining method，yielding excellent technical and economic results.This process can be promoted in similar mines.

Keywords：high-grade ore;roof collapse;crown pillar recovery;vertical strip;steeply inclined thin ore body;resuing and filling mining