張伯賢，張 寶，孫民航，盧 亮

淺孔留礦誘導(dǎo)落礦采礦法在四兒溝門金礦的應(yīng)用研究

張伯賢1，張 寶2，孫民航1，盧 亮1

(1.西和縣中寶礦業(yè)有限公司，甘肅 隴南市 742100；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012)

利用巖體內(nèi)的原巖應(yīng)力作為礦巖破碎的主要動力，通過切割、拉底和兩側(cè)誘導(dǎo)產(chǎn)生集中應(yīng)力，從而使礦巖逐漸產(chǎn)生破壞。破碎的礦石落入拉底層，通過鏟運機轉(zhuǎn)至溜井運出。現(xiàn)場工業(yè)試驗取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益和安全效益，已在礦區(qū)推廣應(yīng)用。

淺孔留礦法;切割拉底;誘導(dǎo)落礦;自然冒落

0 引 言

四兒溝門金礦床位于西成鉛鋅礦田西部，行政區(qū)劃屬甘肅省西和縣十里鄉(xiāng)所轄。1～2號礦體：斷續(xù)分布于15～56線間，出露標(biāo)高2035～1340 m；主要分布于7～16線間，控制長度240 m，走向為45°，傾向北西，傾角75°～85°，呈不規(guī)則透鏡狀、脈狀；平均厚度為5.28 m，延深約570 m，平均品位3.95g/t。礦體在空間上受F1斷裂控制，上盤圍巖巖性為粉砂質(zhì)板巖、絹云母綠泥石板巖，下盤巖性為石英砂巖和粉砂質(zhì)板巖，礦化不均勻。

根據(jù)礦床賦存特點，礦石工藝類型劃分為破碎帶蝕變巖型，裂隙發(fā)育，穩(wěn)固性差。四兒溝門金礦床礦石類型在地表及淺部為氧化礦，根據(jù)鉆探資料，氧化深度達330 m。圍巖：板巖、粉晶灰?guī)r=8～10，石英砂巖=10～12，千枚巖=4～6。礦石=6～8。礦巖松散系數(shù)為1.5。礦石體重為2.51 t/m3。礦石安息角為39°～40°。

四兒溝門金礦目前采用淺孔留礦法回采，平底出礦結(jié)構(gòu)。礦房沿礦體走向布置，長度為40 m，中段高度為40 m，礦房寬度即為礦體厚度。

1 普通淺孔留礦法存在的問題

1.1 普通淺孔留礦法

（1）采準(zhǔn)切割。首先在礦體下盤12～15 m處沿走向掘進脈外沿脈運輸平巷，從沿脈運輸平巷每隔40 m向礦體掘進穿脈裝礦巷道并穿透礦體。然后，在穿脈內(nèi)靠近礦體下盤向上掘進采準(zhǔn)天井，并在天井內(nèi)每隔5 m向兩側(cè)礦房掘進聯(lián)絡(luò)道。最后，在穿脈內(nèi)礦體下盤5～8 m處沿礦體走向掘進無軌出礦平巷，在無軌出礦平巷內(nèi)每隔6～8 m向礦體掘進出礦進路至礦體上盤，并在出礦進路端部沿礦體走向向兩邊掘進切割拉底巷道至礦房兩端。

（2）回采工藝。礦塊回采分兩步驟進行，先采礦房，礦柱先保留，待時機成熟后再采。礦房內(nèi)的回采分梯段進行，采用YT-28型鑿巖機打水平炮眼，人工裝藥、非電雷管和導(dǎo)爆管起爆，每次放礦僅放出約1/3的礦石，使其作業(yè)工作面始終保持有2～2.5 m的作業(yè)空間，局部放礦后須嚴(yán)格檢查頂板和處理浮石，平整場地，為下一個作業(yè)循環(huán)做好準(zhǔn)備。出礦采用鏟運機轉(zhuǎn)運至溜井經(jīng)豎井或斜井將礦石運至地表。

普通淺孔留礦法方案見圖1。

圖1 普通淺孔留礦法（單位：m）

1.2 普通淺孔留礦法技術(shù)指標(biāo)及存在的問題

普通淺孔留礦法在該礦取得的主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 普通淺孔留礦法主要技術(shù)指標(biāo)

該采礦方法存在的問題：

（1）安全作業(yè)難以保障：工人在較大暴露面下作業(yè)，安全性差；

（2）采場開采周期長：為確保安全作業(yè)，需要采用螺旋支柱+圓木進行支護，平場工作量大，延長了開采時間；

（3）工藝復(fù)雜，組織管理難度大：由于礦體破碎，出于安全考慮，需要進行大量采場頂板控制作業(yè)，工藝復(fù)雜，增加了組織管理難度；

（4）支護作業(yè)勞動強度大：工人需要將大量圓木和螺旋支柱背至采場、架設(shè)，勞動強度非常大；

（5）支護過程存在的不安全因素較多：礦體頂板破碎，支護時也存在不安全的因素。

2 淺孔留礦誘導(dǎo)落礦采礦法

2.1 淺孔留礦誘導(dǎo)落礦采礦法

四兒溝門金礦礦巖破碎、節(jié)理發(fā)育，礦房頂板常伴有滴水、淋水現(xiàn)象，開采技術(shù)條件復(fù)雜。作業(yè)人員在暴露的頂板下支護、回采作業(yè)時間較長，為最大限度減小作業(yè)人員在礦房內(nèi)的作業(yè)時間，決定在淺孔留礦法的基礎(chǔ)上對應(yīng)力集中區(qū)進行誘導(dǎo)落礦，杜絕整個礦房回采期間作業(yè)人員在暴露頂板應(yīng)力集中區(qū)的作業(yè)。

該采礦方法的破巖機理是利用巖體內(nèi)的自然應(yīng)力作為礦巖破碎的主要動力。這些動力通過切割、拉底和兩側(cè)誘導(dǎo)產(chǎn)生集中應(yīng)力，從而使礦巖逐漸產(chǎn)生破壞。破碎的礦石落入拉底層，通過鏟運機轉(zhuǎn)至溜井運出。因此，切割拉底工作是誘導(dǎo)的必然前提條件，對礦體的自然崩落有著十分重要的 影響。

（1）礦塊構(gòu)成要素。礦塊長為40 m，高度為40 m，礦塊寬度為礦體水平厚度，留設(shè)頂柱和間柱，頂柱高度為6 m，間柱寬度為6 m。采用無底部結(jié)構(gòu)出礦，出礦穿間距為5～7 m。

（2）采準(zhǔn)、切割工程。采準(zhǔn)切割工程主要有：沿脈運輸平巷、出礦穿脈、人行通風(fēng)天井、聯(lián)絡(luò)道、切割平巷。

在礦體下盤布置脈外階段運輸巷道，每隔5～7 m施工出礦穿脈巷道與礦體相連。沿礦脈底部拉開，作為拉底巷道。在礦塊兩側(cè)沿礦體下盤布置脈內(nèi)行人通風(fēng)天井。在行人通風(fēng)天井上每隔5 m開掘行人聯(lián)絡(luò)道通往礦房。

（3）回采工作。采用自下而上分層回采，在每一分層中進行崩礦、通風(fēng)、局部放礦、平場及松動浮石處理等作業(yè)。分層高度為2～2.5 m，回采工作面為梯段布置。

采用YT-28型鉆機施工水平眼，最小抵抗線取0.8 m，孔深1.5～2.5 m，采用人工裝藥，非電導(dǎo)爆管微差起爆，每個采場配備2臺鑿巖機，分層工作面呈梯段式推進。

新鮮風(fēng)流由中段運輸巷道、人行通風(fēng)天井，行人聯(lián)絡(luò)道進入采場，清洗工作面后，污風(fēng)經(jīng)人行通風(fēng)天井排至上階段回風(fēng)巷道。為加強采場的通風(fēng)排塵效果，在采掘工作面采用JK58－1No.4.0型局扇加強通風(fēng)。

（4）放礦。采場炮煙排除后，可進行局部放礦，放礦量約為崩落礦石量的30%，使礦房內(nèi)暫留礦石量與頂板之間的作業(yè)面保持2～2.5 m，為下次回采創(chuàng)造良好的工作空間。局部放礦時要特別注意礦堆中是否出現(xiàn)空洞，如發(fā)現(xiàn)出礦量與爆堆下降量不符時，應(yīng)及時處理。放礦后，對采礦場平面進行平整，并撬掉頂板的浮石。回采到礦房頂柱后進行大量放礦，大量放礦時，應(yīng)注意均勻放礦，以減少礦石損失和貧化。

（5）采場頂板管理：礦房通風(fēng)完畢，即可進入礦房進行頂板的安全檢查處理。此項工作應(yīng)由有經(jīng)驗的安全工負(fù)責(zé)，仔細(xì)觀察頂板，將浮石撬下，以保證作業(yè)場地的安全。局部礦巖不穩(wěn)固地段，采用漲殼式或管縫式錨桿護頂，錨桿間距視礦巖穩(wěn)固情況具體掌握。

（6）采場礦石運搬：礦石通過重力溜至出礦穿口，再利用鏟運機將礦石裝入礦車。

該采礦方法的優(yōu)化，杜絕了作業(yè)人員在礦房應(yīng)力集中區(qū)作業(yè)，保障安全生產(chǎn)的同時降低了爆破物品、支護材料等的消耗，為公司安全、效益的提升打下堅實的基礎(chǔ)。

2.2 淺孔留礦誘導(dǎo)落礦采礦法現(xiàn)場工業(yè)試驗

淺孔留礦誘導(dǎo)落礦采礦法試驗礦塊選在1710中段1317礦房。該處礦體屬于碎裂蝕變巖類型，含礦巖性主要為褐鐵礦化蝕變巖、褐鐵礦化方解石石英脈、褐鐵礦化石英砂巖，礦體非常破碎。礦體走向約45°，傾向約315°，傾角約85°，上下盤圍巖為較破碎的砂巖及板巖，由于構(gòu)造運動強烈，圍巖裂隙發(fā)育。

首先施工礦房底部出礦結(jié)構(gòu)，其次按照出礦穿實際揭露礦體情況施工拉底巷道，底部補償空間及脈內(nèi)順路形成后，自礦房東、西兩個聯(lián)絡(luò)穿處向礦房內(nèi)組織回采，按照實際回采礦房的長度，在礦房中間預(yù)留10～15 m礦體不回采，前期利用礦房中部脈外井聯(lián)絡(luò)穿沿礦體走向施工兩側(cè)切割巷（5～10 m）對誘導(dǎo)區(qū)礦體進行切割，利用礦巖不穩(wěn)固及原巖應(yīng)力，破壞誘導(dǎo)區(qū)域內(nèi)礦體自身力學(xué)平衡，在組織出礦時利用重力使其失穩(wěn)，導(dǎo)致礦巖分離后自然塌落至出礦塹溝，由鏟運機自進路完成出礦（見圖2）。

1710中段1317淺孔留礦誘導(dǎo)落礦采礦法試驗礦房主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)如表2所示。

圖2 淺孔留礦誘導(dǎo)落礦采礦法

表2 淺孔留礦誘導(dǎo)落礦采礦法主要技術(shù)指標(biāo)

2.3 淺孔留礦誘導(dǎo)落礦采礦法經(jīng)濟效益分析

通過現(xiàn)場調(diào)查，淺孔留礦誘導(dǎo)落礦試驗礦房回采的安全性大大提高，減少了作業(yè)人員在應(yīng)力集中區(qū)作業(yè)的時間，節(jié)約爆破物品、支護材料消耗，指標(biāo)對比如表3所示。

（1） 按照2018年度采礦計劃33萬t，其中誘導(dǎo)落礦占采礦量的33.0%，誘導(dǎo)采礦量為 108900 t；

表3 采礦方法主要技術(shù)指標(biāo)對比

（2）年度誘導(dǎo)采礦量按照108900 t計算，可節(jié)約支護圓木389 m3×2715元/m3=1056135元；

（3）炸藥43560 kg×12.5元/kg=544500元；

（4）導(dǎo)爆管32670發(fā)×6.2元/發(fā)=196020元。

綜上，共計節(jié)約資金1803188元，經(jīng)濟效益比較顯著。對于難以量化的安全效益，更是大幅提高，利于礦山可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié) 論

通過切割、拉底和兩側(cè)誘導(dǎo)產(chǎn)生集中應(yīng)力，利用巖體內(nèi)的原巖應(yīng)力作為礦巖破碎的主要動力，使礦巖逐漸產(chǎn)生破壞，淺孔留礦誘導(dǎo)落礦回采工藝在保障采場回采過程本質(zhì)安全的同時，大大提高了回采的效率和回采進度，縮短礦房回采周期，減小爆破物品、支護材料消耗，回采安全性大大提高，提高了礦山企業(yè)的安全技術(shù)水平和經(jīng)濟效益。在安全管理要求日益嚴(yán)格的形勢下，對類似礦山極具借鑒意義。

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(2019-03-13)

張伯賢(1987—)，男，甘肅蘭州人，助理工程師，主要從事采礦工藝和安全管理方面研究，Email: 978041713 @qq.com。