上向水平分層分步充填采礦法在紅花溝金礦的應(yīng)用

任玉東

摘要：紅花溝金礦15-6號(hào)礦體屬急傾斜中厚礦體，且礦巖穩(wěn)定性較差，采用削壁充填采礦法回采易導(dǎo)致采場(chǎng)作業(yè)安全條件欠佳且極易造成大量的采礦損失貧化。根據(jù)紅花溝金礦15-6號(hào)礦體的開(kāi)采技術(shù)條件，開(kāi)展了上向水平分層分步充填采礦法試驗(yàn)研究，其實(shí)質(zhì)是基于上向水平分層干式充填采礦法，將采場(chǎng)分步驟回采，控制采場(chǎng)跨度，確保采場(chǎng)頂板穩(wěn)定與生產(chǎn)安全。該方案很好地解決了厚度為8～10 m的中厚礦體開(kāi)采問(wèn)題，有利于礦山完成生產(chǎn)任務(wù)并提高經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：急傾斜;中厚礦體;穩(wěn)定性;上向水平分層;分步驟回采;采場(chǎng)跨度;干式充填

中圖分類(lèi)號(hào)：TD853.34文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2021）10-0049-05doi：10.11792/hj20211010

引 言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源尤其是有色金屬資源的需求快速增長(zhǎng)，而有色金屬資源保有量卻嚴(yán)重不足，資源開(kāi)采對(duì)象也不得不從開(kāi)采條件好、品位高的礦體開(kāi)始向深部、難采礦體、殘留礦體推進(jìn)[1]。目前，中國(guó)有色金屬礦山大多屬于急傾斜薄—中厚礦體，此類(lèi)礦體在開(kāi)采過(guò)程中面臨采切成本高、機(jī)械化程度低、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在回采品位不高、礦巖較穩(wěn)固的礦體時(shí)，主要采用分段鑿巖階段空?qǐng)霾傻V法或留礦采礦法，在一定程度上降低了生產(chǎn)成本，但面臨采礦損失貧化大、采場(chǎng)安全性較低等問(wèn)題[3];在開(kāi)采礦巖不穩(wěn)固、品位較高的礦體時(shí)，大多采用充填采礦法，該方法采礦損失貧化低、安全性高，但生產(chǎn)成本較高、工藝也比較復(fù)雜。因此，如何安全高效地開(kāi)采急傾斜薄—中厚礦體一直是采礦行業(yè)亟待解決的難題。

內(nèi)蒙古宏峰實(shí)業(yè)股份有限公司紅花溝金礦（下稱(chēng)“紅花溝金礦”）在建礦初期，一直采用回采工藝簡(jiǎn)單、成本低的淺孔留礦采礦法，但在開(kāi)采過(guò)程中靠近下盤(pán)的存窿礦石有一部分出現(xiàn)膠結(jié)，大量放礦時(shí)不能全部放出，同時(shí)上盤(pán)圍巖塌落導(dǎo)致礦石貧化率、采礦損失率加大，現(xiàn)已逐步轉(zhuǎn)為削壁充填采礦法進(jìn)行開(kāi)采。紅花溝金礦15-6號(hào)礦體屬于典型的急傾斜中厚礦體，礦體最厚達(dá)到11 m，若繼續(xù)采用削壁充填采礦法，不僅充填所需的廢石料不足，而且采場(chǎng)跨度大，對(duì)采場(chǎng)生產(chǎn)安全極為不利，故開(kāi)展了上向水平分層分步充填采礦法試驗(yàn)研究，旨在解決厚度為8～10 m的中厚礦體的開(kāi)采問(wèn)題，完成生產(chǎn)任務(wù)，并提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程背景

紅花溝金礦15-6號(hào)礦體主要賦存于348.7 m（十二中段）、394.3 m（十一中段）、438.0 m（十中段）范圍內(nèi)，礦體中間膨脹，兩端縮小，呈透鏡體狀，平均傾角67°，平均厚度8.45 m，平均品位4.85 g/t，屬于高品位急傾斜中厚礦體。其中，394.3 m（十一中段）控制礦體長(zhǎng)度90 m，厚度11.0 m（礦體最厚位置）。礦石工業(yè)類(lèi)型為蝕變巖型，局部有黃鐵絹英巖化。礦體產(chǎn)狀變化較穩(wěn)定，持續(xù)性和完整性較好，無(wú)明顯的分支復(fù)合現(xiàn)象。礦床圍巖節(jié)理發(fā)育，蝕變較強(qiáng)，節(jié)理面有泥化現(xiàn)象，造成圍巖極易破碎，易冒頂、片幫?？偟膩?lái)說(shuō)，15-6號(hào)礦體的基本特性為：急傾斜、中厚、品位高、節(jié)理發(fā)育、礦巖不穩(wěn)固。

目前，紅花溝金礦15-6號(hào)礦體的回采主要面臨以下幾個(gè)問(wèn)題：

1）充填料不足。原有的削壁充填采礦法主要應(yīng)用于薄礦脈，現(xiàn)在削壁下來(lái)的廢石料已經(jīng)不能滿(mǎn)足采場(chǎng)的需要，需通過(guò)外取料的形式進(jìn)行干式充填。

2）采場(chǎng)跨度太大。15-6號(hào)礦體最厚達(dá)到11 m，同時(shí)礦體又比較破碎，需要嚴(yán)格控制采場(chǎng)跨度，以保證采場(chǎng)安全。

3）充填假底的制作。原計(jì)劃從十二中段向上一直回采至十中段，但由于生產(chǎn)任務(wù)緊張，現(xiàn)改為十二中段、十一中段同時(shí)向上進(jìn)行回采。因此，需要在十一中段制作充填假底，確保能對(duì)十一中段留下的底柱進(jìn)行安全回收。

2 上向水平分層分步充填采礦法

根據(jù)紅花溝金礦15-6號(hào)礦體的開(kāi)采技術(shù)條件，針對(duì)開(kāi)采過(guò)程中存在的問(wèn)題，開(kāi)展了上向水平分層分步充填采礦法試驗(yàn)研究。

2.1 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

礦塊沿礦體走向布置。在礦體沿走向方向上，將15-6號(hào)礦體作為1個(gè)礦塊;在礦體高度方向上將348.7 m（十二中段）至392.0 m（十一中段）的礦體作為1個(gè)礦塊，392.0 m（十一中段）至438.0 m（十中段）的礦體作為1個(gè)礦塊;采場(chǎng)跨度控制≤5 m，跨度5 m范圍內(nèi)，沿走向一次回采，超過(guò)5 m時(shí)，分兩步驟回采。其中，將礦體下盤(pán)作為一步采采場(chǎng)，上盤(pán)作為二步采采場(chǎng)[4]。

2.1.1 一步采采場(chǎng)布置

一步采采場(chǎng)位于礦體下盤(pán)，采場(chǎng)沿走向長(zhǎng)40 m，厚2～5 m，十二中段至十一中段高度為38 m，十一中段至十中段高度為36 m。其中，在一步采靠近二步采采場(chǎng)邊界線(xiàn)2 m范圍內(nèi)采用噴漿機(jī)進(jìn)行膠結(jié)充填，確保二步采回采安全。具體開(kāi)采方案見(jiàn)圖1。

2.1.2 二步采采場(chǎng)布置

二步采采場(chǎng)位于礦體上盤(pán)，采場(chǎng)沿走向長(zhǎng)100 m，厚0.5～6.0 m，十二中段至十一中段高度為38 m，十一中段至十中段高度為42 m[5]。由于二步采采場(chǎng)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此安排2個(gè)機(jī)臺(tái)同時(shí)作業(yè)，以便于增大采場(chǎng)生產(chǎn)能力。具體開(kāi)采方案見(jiàn)圖2。

2.2 采切工程

一步采采切工程有：架設(shè)2條順路天井、1條順路溜井、1條充填井。其中，采場(chǎng)內(nèi)隨著向上回采開(kāi)始，用鋼板卷制直徑為1.8 m的鐵筒，在一步采和二步采交界處架設(shè)充填井，便于二步采使用。二步采采切工程主要有：2條順路人行井、3條順路溜井、2條充填井（其中1條是一步采采場(chǎng)內(nèi)鐵筒架設(shè)而成）、1條先行天井。

切割工程在礦房拉底水平的中央沿采場(chǎng)的走向掘進(jìn)拉底平巷（寬×高=2.0 m×2.2 m），并以此為自由面，擴(kuò)幫挑頂形成拉底空間[6]。具體的采切工程量見(jiàn)表1。

2.3 人工假底

由于十二中段和十一中段同時(shí)向上進(jìn)行回采，為確保十二中段采場(chǎng)開(kāi)采安全，需在十一中段采場(chǎng)留下底柱。因此，在十一中段底柱上部制作人工假底，方便以后進(jìn)行底柱回收。

人工假底承載原理為：首先構(gòu)筑高強(qiáng)度的承載板結(jié)構(gòu)，并通過(guò)特殊連接體將承載板結(jié)構(gòu)連接到承載基礎(chǔ)上，從而實(shí)現(xiàn)承載板結(jié)構(gòu)的跨空承載。其類(lèi)似于橋梁承載結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)度的人工假底作為橋面，也是最直接的受力體，其受到上部充填體和自身重力載荷作用，通過(guò)鋼絲繩索等連接裝置連接于橋墩，并把受力傳遞到橋墩，實(shí)現(xiàn)懸空承載，即錨桿、鋼筋等材料相當(dāng)于橋面與橋墩的連接裝置，圍巖相當(dāng)于承載受力的橋墩，力學(xué)分析見(jiàn)圖3。

2.3.1 預(yù)留碎礦墊層和鋪設(shè)塑料薄膜

拉底層全部拉開(kāi)后進(jìn)行人工平場(chǎng)，將拉底層殘留礦石扒平，使底板縱橫向平整，底板留有厚200 mm的碎礦墊層，在碎礦墊層上鋪蓋一層塑料薄膜[7]。其中，回收底柱時(shí)碎礦墊層對(duì)爆破沖擊波有良好的吸收、減弱作用，減少鑿巖及爆破對(duì)人工假底的破壞，也防止了人工假底冒落造成的礦石貧化。鋪設(shè)的塑料薄膜是為了減少碎礦的流失，減小采礦損失貧化。

2.3.2 鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)

在塑料薄膜上放置木塊或碎石，然后再鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，使鋼筋網(wǎng)被架高30～50 mm，從而使鋼筋網(wǎng)可以完全被充填料漿包裹，增加整體強(qiáng)度。鋼筋網(wǎng)中主筋14.0 mm，網(wǎng)度為1 000 mm×1 500 mm（橫向×縱向）;副筋6.5 mm，網(wǎng)度為500 mm×300 mm（橫向×縱向）;橫筋在下、縱筋在上，縱橫筋相交處用24#鐵絲纏繞加固或焊接。在寬8 m拉底層的底板上，均勻鋪設(shè)8根縱向主筋，中央主筋位于拉底層中線(xiàn)上，左右主筋距上下盤(pán)圍巖邊界均為0.5 m，鋼筋網(wǎng)布置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。側(cè)幫為上下盤(pán)圍巖，要在距底板高0.2～0.3 m的上下盤(pán)圍巖中鑿下傾斜孔并鑲?cè)雸A鋼，孔距1.5 m、孔深1.0 m，圓鋼38.0 mm、長(zhǎng)度1.5 m，圓鋼需與鋼筋網(wǎng)中橫向主筋焊接，焊接長(zhǎng)度為150～200 mm。在鋼筋網(wǎng)上部鋪設(shè)承重梁，在上下盤(pán)圍巖中鑿進(jìn)深2.5 m與3.0 m、斷面尺寸為1 m×1 m的硐室，便于工字鋼放入，并澆筑混凝土與巖石成為一體。

當(dāng)左右兩幫為一步采的充填體時(shí)，二步采施工人工假底時(shí)需將一步采假底的預(yù)留橫筋全部揭露，纏繞搭接或焊接牢固，采用焊接時(shí)，必須保證橫筋平直焊接，平直焊接長(zhǎng)度不小于50 mm，接頭要埋入混凝土內(nèi)[8]。

2.3.3 筑底充填

采用C20混凝土進(jìn)行筑底充填，充填厚度為0.5 m，其中1 m3C20混凝土含有水175 kg、水泥343 kg、砂621 kg、石子1 261 kg，相應(yīng)的配比為0.51∶1∶1.81∶3.68。為了保證人工假底的整體性，需一次性完成筑底充填，防止出現(xiàn)假底分層從而破壞假底的整體性。筑底充填完成后，需經(jīng)過(guò)24 h以上養(yǎng)護(hù)，才能在假底上進(jìn)行采礦作業(yè)。

2.4 回 采

采場(chǎng)每分層高度設(shè)計(jì)為2 m。以每分層回采作為一個(gè)回采循環(huán)?；夭裳h(huán)為鑿巖、爆破落礦、通風(fēng)、撬毛、支護(hù)、出礦、接高溜井、下放廢石、平場(chǎng)、澆注砂漿等。

2.4.1 鑿 巖

采場(chǎng)使用YT28型氣腿式鑿巖機(jī)鉆鑿水平炮孔落礦，使用Y字型硬質(zhì)合金釬頭，釬頭直徑40 mm，B22中空六角釬桿，釬桿長(zhǎng)度2.0 m。炮孔直徑40 mm，孔深1.9 m，按照礦體全厚一次性向前推進(jìn)，排距0.8～1.0 m，間距1.0～1.2 m，梅花型布孔。如果圍巖條件不好，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整控制爆破后的頂板。

2.4.2 采場(chǎng)爆破

使用2號(hào)巖石炸藥或普通銨油炸藥藥卷，裝藥系數(shù)0.8，柱狀連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，孔口填塞長(zhǎng)度0.2～0.4 m，采用排間微差控制爆破，電子雷管起爆。

2.4.3 通 風(fēng)

新鮮風(fēng)流由各中段主巷從順路天井進(jìn)入順路人行井，并從順路人行井進(jìn)入采場(chǎng)工作面，清洗工作面后，污風(fēng)經(jīng)礦房的充填井（充填井呈放空狀態(tài)）排至上中段平巷，最后排出地表。

根據(jù)目前初步了解，礦井通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)效果可能欠佳。因此，需做好采用局扇加強(qiáng)通風(fēng)的準(zhǔn)備。

2.4.4 支 護(hù)

采場(chǎng)及巷道施工后，要及時(shí)對(duì)作業(yè)面進(jìn)行支護(hù)，確保采場(chǎng)頂板及巷道邊幫不發(fā)生冒落、片幫等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，擬采用噴射混凝土+樹(shù)脂錨桿+支護(hù)網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。其中，噴漿物料配比組成為m 水泥∶m 砂石=1∶4，減水劑摻量為0.8 %～1.5 %，無(wú)堿速凝劑摻量一般為水泥摻量的6 %～10 %，分2次噴漿，第一次噴漿厚度30 mm，錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)束后進(jìn)行第二次噴漿，其中頂板噴漿厚度為50 mm，兩幫噴漿厚度為20 mm。采用樹(shù)脂錨桿，長(zhǎng)2 m，錨固長(zhǎng)度600 mm[9]。錨固劑為環(huán)氧樹(shù)脂藥卷，錨桿桿體為HRB335型螺紋鋼，直徑16 mm。錨桿托盤(pán)150 mm×150 mm（見(jiàn)圖5）。 采場(chǎng)頂板最大跨度為5 m。采場(chǎng)每個(gè)分層崩礦后均需要采用噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，其中錨桿布置見(jiàn)圖6。

2.4.5 出 礦

采用斗容0.6 m3、電耙絞車(chē)功率為55 kW的電耙進(jìn)行出礦。落礦前，在廢石層表面澆筑厚300 mm的膠結(jié)層，以便于減小采礦損失貧化。電耙耙礦時(shí)，不能耙到膠結(jié)層，耙完大部分礦石后，人工清理膠結(jié)層上及電耙耙不到的地方。礦石通過(guò)采場(chǎng)內(nèi)架設(shè)的順路溜井下放，再通過(guò)溜井底部的放礦漏斗裝入礦車(chē)，最后由礦車(chē)運(yùn)至主井后提升至地表。

2.4.6 充 填

每回采一個(gè)分層，充填一個(gè)分層。采場(chǎng)充填分為廢石充填及廢石澆注膠結(jié)充填2種方式。

1）廢石充填。回采期間，將地表（標(biāo)高823 m）堆存的廢石利用鏟車(chē)裝至礦車(chē)運(yùn)至廢石充填孔口，靠自溜方式放至十中段水平，再用礦車(chē)運(yùn)送至采場(chǎng)已施工的廢石充填井中，利用電耙在采場(chǎng)內(nèi)部進(jìn)行廢石平場(chǎng)，采場(chǎng)廢石主要為上向采礦提供作業(yè)平臺(tái)、限制采場(chǎng)上下盤(pán)圍巖移動(dòng)。

采場(chǎng)廢石充填工藝流程：地表廢石通過(guò)鏟車(chē)裝運(yùn)至礦車(chē)→運(yùn)送至地表廢石充填孔口→自溜至十中段預(yù)定位置→礦車(chē)運(yùn)送至采場(chǎng)廢石充填井→分層采場(chǎng)→電耙運(yùn)搬、平場(chǎng)→形成平整充填體。

2）廢石澆注膠結(jié)充填。一步采采場(chǎng)靠二步采采場(chǎng)側(cè)有寬2 m的膠結(jié)充填體。膠結(jié)充填體的形成方式為：在已充填的廢石體上，用噴漿機(jī)澆注較稀濃度的砂漿，自滲進(jìn)入廢石體中形成廢石膠結(jié)體。砂漿參數(shù)為砂漿濃度70 %，灰砂比1∶4。

2.5 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

選擇在紅花溝金礦三采區(qū)十二中段14勘探線(xiàn)—18勘探線(xiàn)的礦塊進(jìn)行上向水平分層分步充填采礦法工業(yè)試驗(yàn)，取得的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

3 結(jié) 論

1）針對(duì)目前紅花溝金礦15-6號(hào)礦體急傾斜中厚礦體開(kāi)采遇到的問(wèn)題，開(kāi)展了上向水平分層分步充填采礦法試驗(yàn)研究。通過(guò)減小采場(chǎng)跨度、外取料干式充填、噴錨網(wǎng)支護(hù)等方式成功解決了充填料不足、頂板管理困難、采礦損失貧化大等問(wèn)題。

2）從上向水平分層分步充填采礦法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)看：該方案的貧損指標(biāo)較好，生產(chǎn)能力也較原來(lái)的削壁充填采礦法大大提高，而且采切成本較低，能夠縮短開(kāi)采周期。不足之處是以外取料的形式進(jìn)行干式充填，需開(kāi)鑿充填孔，而且部分需要膠結(jié)充填，因此采礦直接成本較高。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] 王春龍，張偉，范文濤，等.地球化學(xué)新方法在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2016（23）：22-24.

[2] 甯瑜琳.電耙道桃形礦柱回收及空區(qū)充填方案研究與實(shí)踐[J].金屬礦山，2017（12）：10-13.

[3] 黃毅，許艷秋.有底柱分段崩落法在緩傾斜不穩(wěn)固厚礦體中的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2016，35（19）：61-63，87.

[4] 萬(wàn)林海，羅佳.香爐山鎢礦東部采區(qū)殘礦回采方案研究[J].采礦技術(shù)，2018，18（6）：6-9.

[5] 周禮，歐任澤，林衛(wèi)星，等.低品位急傾斜中厚以下礦體采礦方法優(yōu)選[J].黃金，2017，38（1）：37-40，49.

[6] 王洪銳，王子云，張永華，等.留礦全面采礦法在某金礦的研究與應(yīng)用[J].有色礦冶，2019，35（5）：21-23.

[7] 石明超，周洋，杜飛.近海破碎金礦體開(kāi)采人工假底設(shè)計(jì)與施工[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015，31（4）：203-204，207.

[8] 邱俊剛，尹國(guó)光，王照亞，等.焦家金礦破碎礦體下向綜合回采技術(shù)研究[J].中國(guó)礦山工程，2016，45（6）：44-47.

[9] 賈住平，章海象，程文文，等.軟弱破碎巖體巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].黃金，2017，38（12）：27-30.

Application and upward horizontal slicing step-and-fill

mining method in Honghuagou Gold Mine

Ren Yudong

（Changchun Gold Research Institute Co.，Ltd.）

Abstract：The No.15-6 ore body in Honghuagou Gold Mine belongs to steeply inclined medium-thick ore body that has poor ore rock stability.So resue-and-fill mining method can easily lead to poor safe operation conditions in the stope and great mining loss and dilution.According to the mining technical conditions of No.15-6 ore body in Honghuagou Gold Mine，experimental study on upward horizontal slicing step-and-fill mining method was carried out.The method is basically based upon upward horizontal slicing dry filling mining method，mines the stope in steps，controls the stope span，and ensures the stability of the stope roof and the safe operation.The scheme effectively solves the challenges to mine the ore bodies with the thickness of 8-10 m，and is beneficial to meeting the production goal and increasing economic profits.

Keywords：steeply inclined;medium-thick ore body;stability;upward horizontal slicing;stepped mining;stope span;dry filling