無礦柱上向水平分層連續(xù)采礦法在中厚礦體開采中的應(yīng)用

黃明發(fā)

(廈門紫金工程設(shè)計有限公司， 福建廈門市 361006)

無礦柱上向水平分層連續(xù)采礦法在中厚礦體開采中的應(yīng)用

黃明發(fā)

(廈門紫金工程設(shè)計有限公司， 福建廈門市 361006)

石湖金礦101采區(qū)的金品位相對較高，原有高損失貧化率的留礦采礦法嚴重制約了公司經(jīng)濟效益的提高和可持續(xù)發(fā)展，因此，必須尋求低損失貧化的開采方法。為此，提出了3種采礦方法，通過綜合對比分析，選擇無礦柱上向水平分層全尾砂膠結(jié)充填采礦法進行開采，通過現(xiàn)場試驗，結(jié)果表明，采用該方法后采場貧化率為5%，損失率為3%，取得非常好的經(jīng)濟效益和社會效益。

上向水平分層；全尾砂充填；連續(xù)采礦

石湖金礦101采區(qū)原為薄礦體，采用淺孔留礦采礦法回采。由于礦體上盤圍巖穩(wěn)固性差，在留礦法后期大量出礦時，上盤圍巖容易坍塌從而導致貧化損失指標過大，經(jīng)相關(guān)部門統(tǒng)計，采礦貧化率將近50%，采下?lián)p失達20%。101采區(qū)的金品位相對較高，根據(jù)地質(zhì)部門提供的數(shù)據(jù)，180 m中段的平均金品位為6.5 g/t，高損失貧化率的留礦采礦法嚴重制約了公司經(jīng)濟效益的提高和公司可持續(xù)發(fā)展。隨著開采深度的向下延伸，采區(qū)上部薄礦體即將回采結(jié)束，180 m中段及以下中段的礦體以中厚礦體為主；由于礦體厚度的變化及開采技術(shù)條件的限制，留礦采礦法已不適宜101采區(qū)中厚礦體的開采。因此，必須尋求低損失貧化的開采方法。

1 開采技術(shù)條件

180 m中段的礦體主要賦存在19～31勘探線之間。礦體走向長約315 m，傾角73°。礦體平均厚度6.3 m，最大厚度10 m以上，平均品位6.5 g/t。礦體巖性為硅化巖、綠泥石化硅化巖，礦體RQD一般為70%～90%；f系數(shù)5～7，裂隙不發(fā)育，平均抗壓強度為58.44 MPa，抗剪強度為13.3 MPa，抗拉強度為1.72 MPa，穩(wěn)定性良好。礦體下盤為黑云斜長片麻巖，巖石穩(wěn)固；上盤巖石為鉀化黑云斜長片麻巖，中等穩(wěn)固～不穩(wěn)固，局部存在高嶺土化現(xiàn)象，采場面積過大時在出礦過程中容易片幫垮落。礦石體重2.85 t/m3，礦巖松散系數(shù)1.54。

2 采礦方法選擇

根據(jù)礦體的開采技術(shù)條件以及結(jié)合礦山開采現(xiàn)狀，針對該類型礦體，提出了幾種可行的采礦方法方案:無礦柱上向水平分層全尾砂膠結(jié)充填連續(xù)采礦法、留礦法嗣后充填與上向分層充填聯(lián)合采礦法、分段中深孔嗣后充填與上向分層充填聯(lián)合采礦法。通過對3種采礦方法綜合對比分析，最終選擇無礦柱上向水平分層全尾砂膠結(jié)充填連續(xù)采礦法進行開采，采礦方法見圖1。

3 無礦柱上向水平分層全尾砂膠結(jié)充填連續(xù)采礦法

3.1 采準工程布置

采場沿礦體走向方向布置，采場長度為60 m，寬為礦體厚度，中段高度40 m，采場與采場之間不留間柱和頂?shù)字?/p>

3.2 采準與切割

在180 m中段共布置了5個采場，主要采準工程包括斜坡道、分段平巷、溜井、采場聯(lián)絡(luò)道、溜井聯(lián)絡(luò)道等。分段高度10 m，180 m中段以上為220 m中段，因此，2中段之間再布置190，200，210 m三個分段水平，均布置分段平巷。從180 m中段水平的運輸大巷開始向上掘斜坡道連接190 m分段平巷，從190 m分段平巷掘斜坡道連接200 m分段平巷、210 m分段平巷，為了節(jié)省采切工程量，210 m分段與220 m中段水平之間不設(shè)斜坡道連接。通過各分段平巷施工采場聯(lián)絡(luò)道，首先從分段巷平巷往下施工，最大坡度為20%。每向上回采、充填一個分層后，在采場聯(lián)絡(luò)道向上挑頂?shù)缴弦粋€分層高度位置，崩落廢石充填采場聯(lián)絡(luò)道，多余廢石用鏟運機運輸至采場空區(qū)，與尾砂膠結(jié)充填體一起形成充填體。若盤區(qū)生產(chǎn)任務(wù)小，盤區(qū)采場之間有足夠的剩余周轉(zhuǎn)時間，可從采場往分段平巷向上掘進采場聯(lián)絡(luò)道，掘進廢石用電耙耙入采場空區(qū)，可降低施工難度，提高作業(yè)效率并降低掘進成本，試驗期間各采場聯(lián)絡(luò)道均按該方法施工。為發(fā)揮電動鏟運機最大出礦效率，在每個采場下盤脈外布置一條溜礦井。

圖1 無礦柱上向水平分層全尾砂膠結(jié)充填連續(xù)采礦法

3.3 采場拉底工作

從采場沿脈巷道開始，采用淺孔鉆機拉底至礦體邊界，拉底高度2.5 m。拉底礦石用人工出礦或裝運機出礦，礦車裝礦后由穿脈巷至中段運輸平巷運出。采場不留頂?shù)字烷g柱，采場對應(yīng)的下中段仍有礦體需回采時，在完成拉底出礦后，鋪設(shè)高強度混凝土假底，厚度0.5 m，如采用高灰砂比充填體替代混凝土，充填厚度1 m，并在底板上增加鋼筋和金屬網(wǎng)片。試驗盤區(qū)實際采準切割工程量見表1。

表1 試驗盤區(qū)采切工程量

3.4 回 采

(1)鑿巖爆破。底部拉底結(jié)束后，開始從下往上分層回采。首先開始第一分層礦體回采，因礦體上盤圍巖不太穩(wěn)固，為減少上盤圍巖片幫冒落，在回采時，通過壓頂或挑頂回采下盤礦體，上盤預留1.5 m礦體暫不回采，待下盤礦石出完后，開始充填，充填高度不高于上盤礦體底部高度。待充填體強度滿足要求后開始第二分層礦體回采，同樣先回采下盤礦體，礦石出礦結(jié)束后，回采上盤預留的1.5 m礦體，采用水平孔進行落礦。該部分礦石量少，出礦速度快，待礦石出盡后進行充填，減少上盤圍巖片幫冒落。依次類推直至回采至上部中段。鑿巖參數(shù):孔距1～1.2 m，排距0.8～1 m，孔深2～2.5 m。梅花型布置炮孔，導爆管雷管起爆孔內(nèi)炸藥。炸藥單耗0.4 kg/t，加上大塊二次破碎，炸藥綜合單耗0.45 kg/t。

(2)出礦。受主井井筒斷面限制，大型鏟運機無法進入井下；同時，為了降低采切工程量及生產(chǎn)成本，結(jié)合采場生產(chǎn)能力要求，出礦設(shè)備采用0.75 m3電動鏟運機，鏟運機尾繩有效長度85 m。出礦之前先處理頂板松石，并向礦石堆灑水，減少粉塵。鏟運機出礦采用前進式出礦方式，采場礦石通過鏟運機從采場聯(lián)絡(luò)道、分段平巷運至礦石溜井。溜井井口設(shè)置了400 mm×400 mm格篩，不能通過格篩的大塊通過爆破或大錘砸碎后下放溜井內(nèi)。

(3)通風。新鮮風流由中段運輸巷、采區(qū)斜坡道進入各個分段，再經(jīng)分段平巷、采場聯(lián)絡(luò)道到進入采場，沖刷工作面后，污風由通風天井導入上中段運輸巷，進入總回風系統(tǒng)，排出地表。

3.5 全尾砂膠結(jié)充填

一分層回采結(jié)束后開始進行充填工序，充填開始前，通過挑頂使聯(lián)絡(luò)道底板與充填高度保持在同一高度，并用擋墻封閉所有出入采場的出入口，從采場上部充填通風天井架設(shè)充填管道進行全尾砂膠結(jié)充填。充填骨料采用礦山選廠全尾砂，水泥作膠凝劑。根據(jù)采場對充填體強度要求，為降低充填成本，先采用低灰砂比充填料進行充填，然后采用高灰砂比充填料進行澆面。根據(jù)充填體強度室內(nèi)試驗，灰砂比為1∶4的充填體7 d強度可達1 MPa以上，滿足鏟運機在充填體上行走的要求，灰砂比為1∶6時的膠結(jié)充填體28 d強度可達1 MPa以上。因此設(shè)計一般充填采用1∶6的灰砂比，澆面充填高度為0.5 m，澆面膠結(jié)充填采用1∶4的灰砂比。

分層充填高度2～2.5 m。當采用壓頂落礦方式，采場頂板向上推進時不采用臺階形式，則充填后的空頂高度為1～1.5 m。若采用挑頂落礦方式，采場頂板向上推進時采用臺階形式，則充填后的空頂高度為2～2.5 m，接近上盤圍巖的臺階礦體部位充填后空頂高度為0.2～0.3 m，該部分礦體用水平炮孔回采。

為了減少回采與充填相互制約，采用2個采場交替作業(yè)形式，從而確保生產(chǎn)任務(wù)，以提高生產(chǎn)效率。

3.6 主要技術(shù)經(jīng)濟指標

根據(jù)現(xiàn)場試驗，采用無礦柱上向水平分層全尾砂膠結(jié)充填連續(xù)采礦法取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟指標:采場生產(chǎn)能力為100～120 t/d；損失率為3%；貧化率為5%；千噸采切比為9.47 m/kt(標準米)。

4 結(jié)論及建議

針對101采區(qū)中厚礦體開采，通過采用無礦柱上向水平分層全尾砂膠結(jié)充填連續(xù)采礦法極大地提高了礦山生產(chǎn)能力，大大降低了貧化損失指標。采場之間不留礦柱，有效利用井下礦產(chǎn)資源。現(xiàn)場試驗各項技術(shù)經(jīng)濟指標先進，目前已在石湖礦業(yè)有限公司全面推廣，并為其他礦山提供經(jīng)驗。建議中厚礦體采用無礦柱上向水平分層全尾砂膠結(jié)充填連續(xù)采礦法，為提高機械化程度和生產(chǎn)效率，應(yīng)采用鑿巖臺車鑿巖，并采用撬毛臺車、錨桿安裝臺車、服務(wù)車等先進設(shè)備。

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2016-04-14)

黃明發(fā)(1982-)，男，江西鷹潭人，工程師，現(xiàn)任廈門紫金工程設(shè)計有限公司采礦室主任，Email:516455287@ qq.com。