張海磊，焦?jié)M岱，陳小平，郭生茂，劉吉祥，周健強(qiáng)

(1.西北礦冶研究院，甘肅 白銀 730900；2.甘肅省深井高效開采與災(zāi)變控制工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 白銀 730900；3.蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730099)

礦業(yè)是人類除農(nóng)業(yè)外最早從事的生產(chǎn)活動(dòng)，我國(guó)有大量先民們從事礦業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)而遺留的蹤跡和實(shí)物。如湖北銅錄山銅礦等很多具有幾百年甚至幾千年歷史的古礦資源，時(shí)至今日仍在大規(guī)模開采中，正如我國(guó)現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)先驅(qū)章鴻釗先生在《古礦錄·序》一文中所指：“雖古之法固異乎今之法，而今之礦實(shí)猶是古之礦也……，其中今人所未知，而古人先知之得之，仍有待于后人之竟其功者，正復(fù)何限。又安知古人所留遺以待后人者，非即為今日起跛振蹶之大用乎？”[1-2]。

受限于古代技術(shù)水平，古人采礦通常具有采富棄貧、采厚棄薄、采易棄難等特點(diǎn)，導(dǎo)致礦體完整性被破壞、采空區(qū)賦存特征復(fù)雜多變。古采區(qū)安全問題是目前開采古礦資源面臨的難題之一，各地礦山在實(shí)踐中總結(jié)了很多解決的方法和思路，如云南省昭通市毛坪鉛鋅礦[3-5]采用混凝土假底干式充填法和鋼繩柔性假底干式充填法，分別治理了厚大礦體采空區(qū)和小礦體采空區(qū)，并采用分條進(jìn)路自然崩落法回采古采區(qū)厚大伏槽礦；湖南省新邵縣龍山金銻礦[6-12]在分析清末老窿殘礦賦存特征后，提出了多種防治水方案，采用脈外平巷加穿脈群自然崩落采礦法實(shí)現(xiàn)了老窿殘礦的安全高效開采，并特別優(yōu)化了浮選工藝，實(shí)現(xiàn)了資源綜合回收；陜西省柞水縣銀礦[13-15]通過(guò)將泥化塌落廢石自然沉降固結(jié)充填古采空區(qū)后，用上向分層干式充填法回采古采區(qū)的上盤礦體；山東省招遠(yuǎn)市大河金礦[16]采用先膠結(jié)充填法回采殘留礦柱，后尾砂充填法回采下盤貧礦體的間隔防震工藝，實(shí)現(xiàn)了古采區(qū)殘留礦柱及下盤貧礦體的安全開采。由此可見，各種形式的充填法是回收古采區(qū)殘礦時(shí)的首選，其次為崩落法，能夠有效治理采空區(qū)的安全隱患。

小秦嶺地區(qū)是我國(guó)金、銀等貴金屬產(chǎn)地之一，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用歷史可追溯至仰韶文化時(shí)期。區(qū)域內(nèi)商洛市銀硐子銀多金屬礦在生產(chǎn)探礦過(guò)程中遇到大量明清古采區(qū)，該礦為國(guó)內(nèi)典型的頂?shù)装寰环€(wěn)固的低品位傾斜中厚礦體，古采區(qū)的影響使得開采技術(shù)條件更為復(fù)雜。在此背景下，開展頂?shù)装寰环€(wěn)固的古采區(qū)剩余礦體回收工作十分重要。

1 礦山生產(chǎn)概況

銀硐子銀多金屬礦位于南秦嶺地槽華力西褶皺帶內(nèi)，近東西走向單斜構(gòu)造，屬層控類沉積變質(zhì)型多金屬礦床，礦體賦存于中泥盆統(tǒng)大西溝統(tǒng)的千枚巖中，呈似層狀產(chǎn)出，傾角為35°～40°，厚度為1.12～16.38 m，為傾斜中厚礦體；礦體上盤圍巖為絹云母化千枚巖，下盤為炭化千枚巖，片理節(jié)理發(fā)育，均為不穩(wěn)固巖體[17-18]。

礦山設(shè)計(jì)采礦方法為預(yù)切頂分段分條沿走向連續(xù)推進(jìn)采礦法開采，該方法將礦塊沿走向布置，階段內(nèi)沿傾向劃分3個(gè)分段，分段內(nèi)沿走向劃分5個(gè)分條，以分條為獨(dú)立回采單元，沿走向后退式連續(xù)回采[19-20]。該方法將切頂、護(hù)頂、放頂工作完美結(jié)合，在頂?shù)装寰环€(wěn)固的傾斜中厚礦體開采方面具有巨大的優(yōu)越性，但工序復(fù)雜、采切工程量大，因此實(shí)際生產(chǎn)中僅在礦體厚大且品位較高區(qū)域使用，其他薄礦體、低品位礦體及深部礦體主要采用各種形式的分層干式充填采礦法開采[17-18]。礦山1 210 m中段、1 170 m中段生產(chǎn)探礦期間，在62線～72線間連續(xù)10多條探礦穿脈均遇到古采區(qū)。為保證礦山經(jīng)濟(jì)效益和下部中段安全開采，需盡快回收古采區(qū)剩余礦體，消除空區(qū)隱患。

2 古采區(qū)開采技術(shù)條件

礦區(qū)具有悠久的金銀等貴金屬開發(fā)歷史，據(jù)《陜西通志》記載：“明天啟元年，朝廷召商官采，時(shí)擁采掘工千三百余人，年產(chǎn)優(yōu)銀萬(wàn)余兩……，掘礦洞八，五里以上者三……”，至今仍可在礦區(qū)地表見到大量明清采礦遺跡。

從生產(chǎn)探礦結(jié)果可知，古采區(qū)分布于62線～72線間13號(hào)主礦體中部品位最高處，走向長(zhǎng)275 m；由地表延伸至1 190 m水平，垂高90 m；傾角與礦體傾向一致，斜長(zhǎng)62～119 m，高1.5～3.0 m，并有多層重疊現(xiàn)象。推測(cè)古人采用脈內(nèi)斜坡道開拓方式和留不規(guī)則礦柱的全面采礦方法，即從礦體品位最高部位地表露頭處沿礦體傾向掘進(jìn)一條傾角約30°，斷面規(guī)格約1.8 m×1.8 m的方形脈內(nèi)斜坡道，以脈內(nèi)斜坡道為開拓運(yùn)輸、人行通風(fēng)和爆破自由面，人工鐵釬鑿巖、黑火藥落礦方式沿走向全面推進(jìn)，視品位高低控制采高1.5～4.5 m，留不規(guī)則礦柱支護(hù)采空區(qū)，局部采用木支護(hù)加固。但由于年代久遠(yuǎn)，支護(hù)方式早已失效，采空區(qū)內(nèi)已被坍塌礦石堆滿。 古采區(qū)位于礦體中部，上盤剩余礦體厚4～7 m，下盤剩余礦體厚6～8 m，下盤礦體品位略高于上盤礦體；殘礦資源量約86.16萬(wàn)t，平均品位為銀172 g/t、銅0.62%。古采區(qū)結(jié)構(gòu)具體詳見圖1。

圖1 古采區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of ancient mining area

3 古采區(qū)剩余礦體回收總體方案

根據(jù)采礦技術(shù)條件，結(jié)合礦山現(xiàn)有技術(shù)能力，確定古采區(qū)剩余礦體回收總體回采方案為下盤礦體與上盤礦體分采合出連續(xù)采礦法，分兩步回采古采區(qū)剩余礦體。首先，在下盤拉底平巷內(nèi)向古采區(qū)下盤剩余礦體鉆鑿扇形中深孔，采用拋擲爆破方式將古采區(qū)下盤剩余礦體崩入古采區(qū)內(nèi)；其次，在上盤鑿巖硐室向古采區(qū)上盤剩余礦體內(nèi)鉆鑿扇形中深孔，崩落上盤剩余礦體和一部分上盤圍巖覆蓋在下盤崩落礦石上；再次，采用截止品位出礦方式，將崩落上盤圍巖廢石永久留在采空區(qū)內(nèi)；最后，采用沿走向后退式連續(xù)回采方式，下盤礦體回采工作超前于上盤礦體10～20 m。

該方案充分利用礦山正常開采時(shí)預(yù)切頂分段分條沿走向連續(xù)推進(jìn)采礦法的采準(zhǔn)切割系統(tǒng)，大大減少了采切工程量，也避免了殘礦回收與正常開采工作之間的互相干擾；殘礦回收各項(xiàng)工作均在巷道或硐室中進(jìn)行，人員無(wú)需進(jìn)入采空區(qū)，安全性好；古采區(qū)上盤剩余礦體、下盤剩余礦體均可沿走向連續(xù)回采，生產(chǎn)效率高。

4 關(guān)鍵工藝與具體實(shí)施效果

下盤礦體與上盤礦體分采合出連續(xù)采礦法的核心工藝技術(shù)有采準(zhǔn)切割工程、下盤礦體回采、上盤礦體回采與放頂?shù)取?/p>

4.1 采準(zhǔn)切割工程

下盤礦體與上盤礦體分采合出連續(xù)采礦法礦塊沿走向布置，長(zhǎng)50 m，礦塊高40 m，劃分為3個(gè)分段。主要采準(zhǔn)切割工程布置如圖2所示。

圖2 下盤礦體與上盤礦體分采合出連續(xù)采礦法采切工程Fig.2 Diagram of stope preparation and cutting engineering

要求古采區(qū)剩余礦體回收工作充分利用礦山正常開采時(shí)預(yù)切頂分段分條沿走向連續(xù)推進(jìn)采礦法的開拓系統(tǒng)，將原鑿巖上山改造成下盤斜溜井并在下盤斜溜井鋪設(shè)鋼板。在各分段礦體下盤礦體圍巖界限處掘進(jìn)沿走向的鑿巖拉底平巷，并于原各分段電耙道聯(lián)通；在礦巖上盤圍巖中掘進(jìn)沿走向的上盤殘礦回采巷道，沿上盤殘礦回采巷道每隔10 m通過(guò)聯(lián)絡(luò)道向礦體上盤礦體圍巖界限處掘進(jìn)上盤鑿巖硐室，上盤鑿巖硐室距離古采區(qū)須大于5 m。由鑿巖拉底平巷向下盤剩余礦體中每隔10 m掘進(jìn)切割井，扇形中深孔拉槽形成5 m寬切割槽，拉槽炮孔參數(shù)為最小抵抗線W=1.2 m，孔底距a=2.2 m，孔徑φ=60 mm。

4.2 下盤礦體回采

分段切割槽形成后，可開展本分段下盤剩余礦體回采工作。下盤礦體回采炮孔布置詳見圖3。在分段鑿巖拉底平巷內(nèi)向本分段下盤剩余礦體鉆鑿上向扇形中深孔，以切割槽為自由面，采用拋擲爆破方式將下盤剩余礦體崩入古采區(qū)內(nèi)。采用正交試驗(yàn)對(duì)下盤礦體回采炮孔參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選，得到結(jié)果為最小抵抗線W=1.2 m，孔底距a=1.8～2.2 m，孔徑φ=60 mm。為提高爆破質(zhì)量和出礦效率并減少礦石損失，要求炮孔排面傾角為90°，邊孔傾角不小于45°，各排邊孔應(yīng)大致保持在一個(gè)平面上,炮孔不能穿透古采區(qū)底板。采用孔口正向起爆方式，多排同段微差爆破，同段最大藥量控制在200 kg以內(nèi)。

圖3 古采區(qū)下盤剩余礦體回采炮孔示意圖Fig.3 Diagram of blast hole in the floor ore body

4.3 上盤礦體回采與放頂

上盤礦體回采工作可與下盤礦體回采工作同時(shí)進(jìn)行，但上盤礦體回采工作須滯后于下盤礦體10～20 m。在上盤鑿巖硐室向古采區(qū)上盤剩余礦體內(nèi)鉆鑿上盤礦體回采扇形中深孔，向上盤圍巖鉆鑿放頂扇形中深孔，上盤礦體回采炮孔孔底距a=1.5 m，放頂炮孔孔底距a=2.5～3.0 m。仍然采用孔口正向起爆方式，多排同段微差爆破，崩落上盤剩余礦體和一部分上盤圍巖覆蓋在下盤崩落礦石上。上盤礦體回采與放頂炮孔布置詳見圖4。

圖4 古采區(qū)上盤剩余礦體回采與放頂炮孔示意圖Fig.4 Diagram of blast hole in the roof ore body

放頂結(jié)束后進(jìn)行大量出礦，采空區(qū)內(nèi)從下到上依次為古采區(qū)坍塌礦石、下盤拉槽崩落礦體、下盤回采崩落礦體、上盤回采崩落礦體和廢石覆蓋層，采用截止品位放礦方式將礦石由電耙道經(jīng)斜溜井放出，崩落上盤圍巖廢石永久留在采空區(qū)內(nèi)。由于礦石塊度較大，電耙道內(nèi)需設(shè)置二次破碎裝置，在斜溜井底部安裝振動(dòng)放礦機(jī)。

4.4 試驗(yàn)采場(chǎng)具體實(shí)施情況

選擇1 170 m中段69線～71線采場(chǎng)作為試驗(yàn)采場(chǎng)，古采區(qū)位于該采場(chǎng)礦體中部，由地表延伸至1 190 m水平。試驗(yàn)采場(chǎng)1 190 m水平以上共探明有古采區(qū)內(nèi)坍塌礦石5 946 t、古采區(qū)上下盤剩余礦體17 295 t，設(shè)計(jì)采用下盤礦體與上盤礦體分采合出連續(xù)采礦法回采古采區(qū)剩余礦體，劃分1 190 m、1 200 m兩個(gè)分段，分段高度10 m；1 170～1 175 m水平礦體留為底柱，1 175 m分段礦體采用預(yù)切頂分段分條沿走向連續(xù)推進(jìn)采礦法正?；夭?，分段高度15 m，礦石量14 121 t。試驗(yàn)期間，1 170 m中段69線～71線采場(chǎng)實(shí)際采出正常礦石12 045 t，礦石回收率85.3%；采出古采區(qū)上下盤剩余礦體13 352 t，礦石回收率77.2%；采出古采區(qū)內(nèi)坍塌礦石5 946 t，礦石回收率100%。上盤礦體與上盤礦體分采合出連續(xù)采礦法在試驗(yàn)期間創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值181萬(wàn)元，應(yīng)用效果極好，可推廣到1 170 m中段61線～69線等其他4個(gè)相似采場(chǎng)。

5 結(jié) 論

1) 由于古人采礦具有“采深較淺”“采富棄貧”“采大棄小”的特點(diǎn)，古采區(qū)問題多出現(xiàn)在礦山生產(chǎn)前期首采主礦體內(nèi)，這一時(shí)期的礦山人力、財(cái)力、物力資源最為困難，此時(shí)，回收古采區(qū)剩余礦體資源并處理采空區(qū)對(duì)保證礦山經(jīng)濟(jì)效益和安全開采具有重要現(xiàn)實(shí)意義。上盤礦體與上盤礦體分采合出連續(xù)采礦法采用先回采下盤剩余礦體、后回采上盤剩余礦體并放頂處理采空區(qū)的回采方式實(shí)現(xiàn)了古采區(qū)剩余礦體的安全、高效、連續(xù)回收，且具有采切量小、工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，具有一定的推廣價(jià)值。

2) 國(guó)內(nèi)有學(xué)者已應(yīng)用三維激光自動(dòng)掃描技術(shù)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行精密探測(cè)，建立三維可視化模型指導(dǎo)采空區(qū)殘礦回采方案設(shè)計(jì)，并評(píng)價(jià)殘礦回采工作的安全性[21]。由于技術(shù)力量薄弱，加之古采區(qū)規(guī)模不大，本文僅憑人工經(jīng)驗(yàn)開展古采區(qū)探測(cè)、殘采方案制定與安全評(píng)價(jià)等工作，是本文的不足。

3) 礦體實(shí)際賦存條件往往有品位不均、厚薄不勻、大小不一及開采條件難易不同等許多復(fù)雜特點(diǎn)，開采過(guò)程中要充分貫徹“貧富兼采、厚薄兼采、大小兼采、難易兼采”的原則[22]，避免造成礦產(chǎn)資源浪費(fèi)，并做好采空區(qū)處理工作，毋使后人復(fù)哀今人。