楊清林 孫德寧,2 于政海

(1.八家礦業(yè)股份有限公司；2.東北大學資源與土木工程學院)

叁溝礦緩傾斜中厚至厚礦體采礦方法研究

楊清林1孫德寧1,2于政海1

(1.八家礦業(yè)股份有限公司；2.東北大學資源與土木工程學院)

針對叁溝礦緩傾斜中厚至厚礦體的賦存條件，提出了分段空場嗣后充填法和膠結(jié)礦柱房柱法聯(lián)合開采，介紹了聯(lián)合采礦方法的采準、切割、回采、充填過程。結(jié)果表明：分段空場嗣后充填法能夠較好地適應緩傾斜厚礦體，回采率高，成本低，經(jīng)濟效益顯著，同時，房柱法又能很好地解決小礦體的開采問題，聯(lián)合采礦方法取得了預期的效果，為礦山合理經(jīng)濟開采提供了依據(jù)。

緩傾斜中厚至厚礦體 分段空場嗣后充填法 膠結(jié)礦柱房柱法

緩傾斜中厚至厚礦體的開采一直是世界性難題，這類礦體通常傾角為5°～30°，厚4～40 m，在我國占有相當大的比例，據(jù)統(tǒng)計，我國18%鐵礦儲量，5%～9%有色金屬礦山儲量為該類礦體[1]。目前我國開采此類礦體的方法中，50%為房柱采礦法，35%為底盤漏斗采礦法，其他主要為分層充填法和電耙留礦法[2]。而國外開采這類礦體則主要采用房柱法，其比例高達6l%，采用充填法的比例達23%，其他主要用爆力運搬采礦法[3-4]。房柱法是開采水平到緩傾斜礦體常用的采礦方法，采準切割工程量不大，工作組織簡單，坑木消耗少，通風良好，但礦柱礦量所占比重較大，礦石損失大[5]，一般間斷礦柱占15%～20%，連續(xù)礦柱占40%[6-7]。此外，在回采過程中還要面對空場條件下的作業(yè)安全問題，頂板處理主要采用噴錨、留設點柱及淺孔預切頂?shù)?。目前采場出礦設備主要為電耙，效率低下，采場生產(chǎn)能力有限。底盤漏斗空場法是在礦體底盤圍巖中布置底部結(jié)構(gòu)，崩落的礦石借助自重溜放到底盤漏斗中[8-9]，工人在底部結(jié)構(gòu)中作業(yè)，安全性較好，但采場底部漏斗數(shù)量眾多，千噸采切比大，對于低品位或價值不高的礦體經(jīng)濟上不合理，且辟漏工藝復雜，工人勞動強度大，對采場的組織和管理要求高[10-11]。可見，我國目前在對緩傾斜中厚至厚礦體開采的方法和工藝方面存在較多不足。

1 地質(zhì)概況及開采技術(shù)條件

叁溝礦位于建昌縣八家子鎮(zhèn)西南2 km，礦區(qū)中心地理坐標為東經(jīng)120°02′37″，北緯40°34′08″。區(qū)域內(nèi)以斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造次之。斷裂構(gòu)造以北東和北西向最為發(fā)育，斷裂多顯示逆斷層性質(zhì)。主要工業(yè)礦體賦存在高于莊組含錳白云巖與大紅峪組陸源碎屑巖的接觸破碎帶中。矽卡巖蝕變?yōu)槌傻V提供了良好的圍巖條件，并萃取出成礦物質(zhì)，而后期的熱液充填交代作用最終鑄就了礦床。

礦體形態(tài)主要呈透鏡狀、脈狀、似層狀以及不規(guī)則狀等。礦體走向NW，傾向NW，垂直厚6～30 m，平均為15 m，賦存標高為-330～-520 m，傾角為10°～45°，平均為30°。礦體及其頂?shù)装鍘r石質(zhì)量多為中等，巖體結(jié)構(gòu)較完整，屬于中等穩(wěn)定；礦體品位較低，鉛、鋅的平均品位分別為0.64%和2.07%，伴生硫平均品位為30%，伴生銅品位為0.3%，伴生銀品位為52.38×10-6。

2 現(xiàn)有采礦方法

目前叁溝礦采用多種采礦方法：全面法、機械化上向分層充填法、底盤漏斗空場法。采用全面法的采場回采率僅為60%，且工人在頂板暴露面下作業(yè)，安全條件差。而底盤漏斗空場法采場除采準切割工程量大之外，由于礦體垂直厚度不高，底柱所占整體礦量比重大，約30%，且漏斗上部存礦多，回采率不高，為60%～70%。機械化上向分層充填法采用尾砂充填，工藝復雜，回采循環(huán)時間較長，生產(chǎn)能力相對較低，采礦與充填配合不好，充填工藝不成熟，對礦塊生產(chǎn)能力影響較大；由于傾角較緩，采準工程量大；此外，由于本區(qū)鉛鋅礦磨礦粒度細，達-400目，不易分級，尾砂沉降困難，固結(jié)性差，不適用于尾砂充填。

3 采礦方法改進

根據(jù)相關(guān)文件及規(guī)定，新建金屬非金屬地下礦山必須對能否采用充填采礦法進行論證并優(yōu)先推行充填采礦法。充填采礦法的適用條件：①礦石品位高的富礦，稀有、貴重金屬礦床；②礦體形態(tài)很不規(guī)則，厚度、傾角變化大，分枝復合現(xiàn)象嚴重，含夾石多的礦床；③礦體的上、下盤圍巖不穩(wěn)固或礦石、圍巖都很破碎的礦床；④地表有河流、湖泊、農(nóng)田、果園、鐵路村莊等需要保護的礦床；⑤埋深超過800 m的某些礦床；⑥開采有內(nèi)因火災或有放射性危害的礦床；⑦若貧礦在上部，富礦在下部，需優(yōu)先開采富礦的礦床；⑧礦體垂深很大，需在垂直方向上分數(shù)區(qū)段同時開采的礦床；⑨需由下而上回采推進的礦床。

由于尾砂充填工藝復雜，成本較高，所以采用基于毛石的干式充填，另分層充填不適宜充填大量毛石，所以對厚度10 m以上的主要礦體采用分段空場嗣后充填法，充填料主要為毛石，而厚度10 m以下的薄礦體采用房柱法。

3.1 分段空場嗣后充填采礦法

3.1.1 礦塊布置及構(gòu)成要素

礦塊沿走向布置，長100 m，階段高度為40 m；為減少底柱礦量損失，鑿巖巷道沿礦體下盤布置；為適應礦體傾角變化，分段高度為10～20 m，礦房寬度為8～20 m，傾角大時取大值，傾角小時則取小值；采用平底塹溝式底部結(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 平底塹溝式底部結(jié)構(gòu)

3.1.2 采準切割

從階段運輸平巷掘鑿穿脈至礦體，在礦體下盤掘鑿出礦巷道，然后掘鑿切割天井，自各階段運輸平巷掘系統(tǒng)溜井。自分段出礦巷道向分段鑿巖巷道掘進裝礦進路。利用上階段運輸平巷掘進充填斜井，在斜井內(nèi)沿礦體走向掘進充填巷道，然后掘進充填聯(lián)絡道。利用FB-100型鉆機，由上向下布置炮孔，采用大直徑深孔分段爆破法形成充填井。分段空場嗣后充填采礦法示意見圖2。

圖2 分段空場嗣后充填采礦法示意

3.1.3 回采工藝

切割槽以切割天井為自由面，由下分段至上分段逐次爆破拉槽炮孔形成。采用YGZ90型鑿巖機打垂直扇形炮孔。釬頭直徑為60 mm，炮孔直徑為65 mm，最小抵抗線為1.5 m，孔間距為2 m，孔深10～20 m。采用粉狀乳化炸藥，非電導爆管起爆。以切割槽為自由面起爆垂直扇形炮孔向兩側(cè)后退，每次爆破一排或多排。采下的礦石借自重落至裝礦巷道，由WJD-1電動鏟運機將礦石轉(zhuǎn)至溜礦井下放。

3.1.4 充填工藝

地表充填站采用立式砂倉，1個水泥倉和2個尾砂倉，充填料混合后經(jīng)原有勘探大鉆孔送入井下，充填倍線為5～7。尾砂膠結(jié)充填灰砂比為1∶6，料漿濃度為60%～70%。從采場充填巷道吊掛外包濾布的塑料波紋泄水管，在出礦進路中構(gòu)筑充填泄水擋墻，采用鋼筋柔性擋墻。干式充填采用井下巖巷掘進所出廢石，經(jīng)各階段運輸巷道和斜井運至充填巷道，倒入采完采場。充填料漿經(jīng)充填管輸送到充填巷道，從充填天井或殘留炮孔進入采場。在靠近下一采場邊界，預設注漿管，采用尾砂膠結(jié)充填。

3.2 膠結(jié)礦柱房柱采礦法

目前，房柱法仍然是開采水平到緩傾斜礦體最常用的方法，具有靈活性強，適應范圍廣的特點。因此，對于厚度在10 m以下的邊角礦和小礦體，采用房柱法。然而普通房柱法的突出缺點是礦柱所占比重大，損失礦石比重大。因此，采用膠結(jié)礦柱房柱采礦法。該法分兩步驟開采，第一步先采礦柱，然后膠結(jié)充填；第二步回采礦房，采用尾砂充填。礦房寬15 m，礦柱寬5 m，工作面沿傾斜方向布置；礦柱和礦房采用淺孔落礦法回采， 7655型鑿巖機鑿巖，當?shù)V體厚度大于4 m時，局部留礦，以便工人站在礦堆上鑿巖；使用30 kW電耙(0.3 m3)耙礦，將礦石耙至放礦溜井中，放至階段運輸巷道裝車，由于雙滾筒電耙絞車只能直線耙礦，在采場頂板穩(wěn)固性較好時，改用三滾筒絞車，可在較大范圍內(nèi)耙礦，擴大采場寬度，提高生產(chǎn)能力；礦柱采完后，分別在其兩端設置擋板和濾水網(wǎng)，進行膠結(jié)充填，充填料漿灰砂比為1∶6，距離頂板0.5 m時，摻入膨脹水泥，以利于接頂。膠結(jié)礦柱房柱采礦法示意見圖3。

圖3 膠結(jié)礦柱房柱采礦法示意

4 主要技術(shù)經(jīng)濟指標

依據(jù)礦山實際生產(chǎn)情況，通過計算并修正后，確定分段空場嗣后充填法回采率為85%，采切比為6.3 m/kt；膠結(jié)礦柱房柱法回采率為90%，采切比為12.8 m/kt。主要技術(shù)經(jīng)濟指標見表1。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟指標

5 結(jié) 語

(1)叁溝礦多年來一直未找到適合本礦緩傾斜中厚至厚礦體的開采方法，長期困擾著礦山生產(chǎn)。分段空場嗣后充填法能夠有效解決緩傾斜礦體開采的回收率和經(jīng)濟效益問題。鑿巖巷緊貼礦體下盤布置，對礦體傾角變化的適應性強，加之采用塹溝式底部結(jié)構(gòu)，礦石回收率可達85%。由于采用毛石回填，可減少礦山廢物排放，同時節(jié)約提升費用。叁溝礦僅-400 m 2個掘進面所出毛石充填后，每天可節(jié)約提升電費和人工費1 000元，經(jīng)濟效益明顯。

(2)對于小礦體和三角礦體，采用房柱法，很好地解決了礦體賦存條件的復雜性和多樣性。同時工作面沿傾斜方向布置，對緩傾斜礦體適應性強，采用兩步驟開采，膠結(jié)充填礦柱，可使回采率達到90%，生產(chǎn)效率大幅提高。

[1] 黃勝生.國內(nèi)外緩傾斜中厚礦體采礦方法現(xiàn)狀[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2001(4):22-24．

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[6] 王 青,任鳳玉.采礦學[M].2版.北京：冶金工業(yè)出版社,2013.

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[9] 歐志成，蔡澤山，劉智明,等．賽什塘深部復雜礦體采礦方法的探討[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2011(4):74-76．

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Research on the Mining Method of the Slowly Inclined Medium Thick and Thick Orebody in Sangou Mine

Yang Qinglin1Sun Dening1,2Yu Zhenghai1

(1. Bajia Mining Co.,Ltd.; 2. College of Resources and Civil Engineering, Northeastern University)

According to the occurrence conditions of the slowly inclined medium thick and thick orebody in Sangou mine, the combined mining scheme based on sublevel open stope filling method and cemented pillar room and pillar method is proposed, which its process of mining, cutting, stoping and filling are introduced in detail. The results show that the sublevel open stope filling method can adapt to the slowly inclined orebody, which has the characteristics of high recovery rate, low cost and significant economic benefits, and cemented pillar room and pillar method is suitable to the smaller orebody. The expectant effect of the combined mining scheme is obtained, which can provide the basis for the reasonable and economical mining.

Slowly inclined medium thick and thick orebody, Sublevel open stope filling method, Cemented pillar room and pillar method

2015-07-04)

楊清林(1963—)，男，副總經(jīng)理，工程師，125316 遼寧省葫蘆島市。