盤區(qū)交錯式上向水平分層充填采礦法

張潤達，李江，朱晨迪

(1.招遠市國有資產(chǎn)經(jīng)營有限公司， 山東 招遠市 265400；2.招金礦業(yè)股份有限公司大尹格莊金礦， 山東 招遠市 265414；3.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012；4.國家金屬采礦工程技術研究中心， 湖南 長沙 410012)

0 引言

由于點柱式上向水平分層充填采礦法[1]用留點柱的方式來控制采場頂板管理取得良好的效果，因此被廣泛應用于大尹各莊金礦。但是隨著開采深度的增加，地壓顯現(xiàn)越來越明顯，因此對礦柱的尺寸要求越來越大，初步統(tǒng)計礦柱造成的損失率超過30%，造成了大量礦產(chǎn)資源的浪費現(xiàn)象，且由于上盤破碎帶的存在揭露后，極易造成巷道冒落、垮塌，導致靠近上盤的礦柱無法安全回采。另一方面由于深部地壓的原因，造成資源回收困難、作業(yè)安全風險高，且該回采方式無需充填接頂，對充填體強度要求低，該方法只能用于巖體穩(wěn)固性相對較好的區(qū)域，致使部分穩(wěn)固性差的區(qū)域無法開采。為了解決目前礦山遇到的問題，對采礦方法進行改進，采用盤區(qū)交錯式上向水平分層充填采礦法[2]作為礦山主要采礦方法，并垂直礦體走向布置的方式回采，該采礦方法降低了礦石損失率、貧化率，實現(xiàn)礦山安全生產(chǎn)。

1 開采技術條件

大尹格莊金礦有1#、2#礦體，其中1#礦體沿走向長約1080 m，2#礦體沿走向長約1000 m，大尹格莊斷裂將礦體分隔開來，1#、2#礦體傾角為 20°～30°，為緩傾斜礦體，厚度從數(shù)米到四十多米不等，平均厚度為13 m～15 m，礦體連續(xù)性好，采深已達900 m以上，品位為2.8 g/t～4 g/t。上盤主要由碳酸鹽化的英云閃長巖組成，以綠泥石化蝕變?yōu)橹?，下盤主要由黃鐵絹英巖化花崗巖組成，上下盤圍巖整體屬于中等穩(wěn)固。但節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理裂隙以泥質(zhì)膠結(jié)為主，局部位置有小斷層，軟弱帶，受其影響，工程揭露后易形成“三角形”滑動體冒落，因此該部分穩(wěn)固性較差。礦石體重為2.78 t/m3，巖石體重為2.60 t/m3～2.80 t/m3；松散系數(shù)為1.5；礦石抗壓強度為 68.76 MPa，巖石抗壓強度為 55.77 MPa～106 MPa。

2 采礦方法優(yōu)選

2.1 采礦方法選擇

礦山原來采用點柱式上向水平分層充填采礦法[1-3]，由于要留設礦柱維持頂板巖層穩(wěn)定，造成了礦石損失率大，且隨著開采深度的增加，地壓顯現(xiàn)導致留設的礦柱出現(xiàn)破壞等現(xiàn)象，綜合礦山地質(zhì)現(xiàn)狀、礦體賦存特點，以及上盤破碎帶的存在，提出了垂直礦體走向布置的上向水平分層充填法。

2.2 上向水平分層充填采礦法

依據(jù)礦山5000 t/d生產(chǎn)能力的要求，提出了上向水平分層充填采礦法[4]，該方法以貧化損失小、適應礦體形變能力強、靈活的特點而被廣泛應用，一般適用于價值較高的礦體回采，根據(jù)大尹格莊開采技術條件及生產(chǎn)能力的要求，具體采礦方法如圖1所示。

圖1 上向水平分層充填采礦法

（1）采場結(jié)構參數(shù)。礦體分為兩步驟開采，礦體呈現(xiàn)中厚到厚分布，局部地區(qū)礦體較薄，盤區(qū)寬60 m，按15 m劃分一個礦塊，在采場底部留6 m底柱，不留頂柱，采場之間不留間柱，開采下一中段時回收底柱[5]。

（2）采準切割。沿脈運輸巷設置在下盤，供出礦、人員等使用，巷道尺寸為3.2 m×3.0 m。分段運輸巷的布置極為重要，每4個分層由一個運輸巷負責，由于鏟運機轉(zhuǎn)彎半徑的需求，運輸巷與采場聯(lián)絡道至少需要7 m的轉(zhuǎn)彎半徑，斜坡道采用折返式布置，斜坡道布置的位置在礦體下盤。關于采場聯(lián)絡道的布置，采場聯(lián)絡道主要連接采場和運輸巷，施工原則重車上坡坡度較小，重車下坡坡度較大。對于溜礦井的布置考慮運輸及礦山實際施工的需要主要設置在下盤，整個采場在布置時不需要頂柱和間柱。

（3）回采工藝。鑿巖在首層拉槽需要使用氣腿鑿巖機，其余分層都采用Boomer281鑿巖臺車鑿巖，采用水平炮孔，直徑為45 mm，深度為4 m。對于水平孔具有控頂高度小、頂板比較平整等優(yōu)點；每一次鑿巖完成后，高壓風清理炮孔，采用人工裝藥，毫秒微差導爆管雷管起爆；對于采場通風，采場新鮮風主要從斜坡道、運輸巷經(jīng)采場聯(lián)絡道進入，在采場內(nèi)部經(jīng)過回環(huán)流動將污風由采場人行回風井吹入上中段回風巷。采場通風效果不好時，應采取機械強制通風，確保采場通風效果。采場崩落下的礦石經(jīng)過2 m3柴油鏟運機鏟運，一方面直接將鏟下的礦石經(jīng)分層聯(lián)絡道、分段運輸巷直接裝車，另一方面由鏟運機鏟裝后直接倒入溜井內(nèi)。

（4）采場充填。充填工作在每一層出礦完成后立即進行，由于下分段開采對頂板的要求，因此對底部分層充填強度要求較高。充填料漿濃度為1∶6，1∶10，底部2個分層進路均采用全尾砂膠結(jié)充填，主充填管道由充填回風井下放到采場。充填管道用廉價塑料管，根據(jù)采場的充填情況，充填前期如果在部分澆面出現(xiàn)積水的情況，此時應該在充填擋墻上設置一些用過濾網(wǎng)包裹的廢舊鋼管將水排出。

充填體強度要求充填完成后的28 d強度到達2 MPa，以保證下一中段采場的開采安全。不同采場均采用上下不同配比的充填方式[6]，澆面濃度采用1∶4的灰砂比，澆面層高0.5 m。同時為了滿足礦山生產(chǎn)能力的要求，采用多個采場相互交替作業(yè)的形式，用來提升礦山的生產(chǎn)能力。

2.3 上向水平分層充填法主要經(jīng)濟指標

上向水平分層充填采礦法主要技術經(jīng)濟指標見表1。

表1 上向水平分層充填采礦法主要技術經(jīng)濟指標

3 回采工藝研究

根據(jù)礦山實際情況和建設要求，進一步分析上向水平分層充填采礦法，根據(jù)回采順序的不同可分為3種，對比分析每種采礦方法的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)成本、充填成本等。

3.1 盤區(qū)交錯式上向水平分層充填采礦法

運用該方法時，盤區(qū)的劃分根據(jù)礦體的尺寸而定，最終確定盤區(qū)的尺寸為長60 m，將礦體厚度作為盤區(qū)寬度，采場的布置垂直礦體走向，盤區(qū)內(nèi)分礦房礦柱，采取兩步驟回采的形式，先采礦房再采礦柱，礦房超前礦柱 3～4個分層，采場之間不留間柱，按12 m～15 m劃分一個礦塊，一、二步驟采場寬度分別為8 m、7 m?；夭蓵r兩步驟采場交錯回采，一步驟回采 3～4個分層，再進行二步驟回采。采場回采結(jié)束后進行充填，一、二步驟都采用膠結(jié)充填[6]，非膠結(jié)充填用于剩余采場充填。該方案主要有如下優(yōu)點：

（1）回采時對礦體邊界的控制較好，工人勞動產(chǎn)出率較高；

（2）對于空區(qū)充填工作，充填完成較好，且礦石采出率較高；

（3）一步驟采礦條件好；

（4）應用該方法能快速實現(xiàn)采場達產(chǎn)且能實現(xiàn)多中段一起回采。

回采順序如圖2所示。

圖2 盤區(qū)交錯式上向水平分層充填采礦法回采順序

3.2 凸型階梯式上向水平分層充填采礦法

凸型階梯式上向水平分層充填采礦法，盤區(qū)的劃分根據(jù)礦體的尺寸而定，采場的劃分采取連續(xù)的形式，形成依次連續(xù)向上回采的方式，該采礦方法具體為先在每一個盤區(qū)中間先采，以相鄰采場回采滯后于中間 2～3個分層的順序回采，回采形式類似于階梯的方式，中間超前相鄰整體向上推進，最終確定盤區(qū)的尺寸為長60 m，將礦體厚度作為盤區(qū)寬度，采場的布置垂直礦體走向，底柱高6 m，8 m作為一個采場的寬度，形成中間高兩邊低的形態(tài)，整體形態(tài)上呈現(xiàn)“凸”型式回采?；谙刃纬傻牟蓤龀昂笮纬刹蓤?個分層，采場的回采完成后開始充填，采用膠結(jié)充填。

該方法的主要優(yōu)點如下：

（1）礦石回收率有較大提高；

（2）采場形成后可快速整體向上推進，施工簡單；

（3）沒有二步驟回采難題；

（4）由于整體向上推進，采場穩(wěn)定性較差。

回采順序如圖3所示。

圖3 凸型階梯式上向水平分層充填采礦法回采順序

3.3 三角型階梯式上向分層充填采礦法

關于該采礦方法，將礦體按一定尺寸劃分盤區(qū)，盤區(qū)內(nèi)取消間柱和點柱，劃分連續(xù)的采場，采場之間連續(xù)依次向上回采，盤區(qū)內(nèi)采場一端高一端低，具體為盤區(qū)一端采場先采，相對于對側(cè)的采場滯后于先采的采場，當在采場內(nèi)形成類似的三角型采場后，隨著工作面的形式整體向上回采。隨著工作面向上回采的過程，在每層形成采礦、出礦、充填的循環(huán)作業(yè)方式。沿礦體走向劃分盤區(qū)，最終確定盤區(qū)的尺寸為長 32 m，將礦體厚度作為盤區(qū)寬度，采場的布置垂直礦體走向，底柱高6 m，8 m作為一個采場的寬度。盤區(qū)內(nèi)采場一端高一端低，呈三角型階梯式回采，相鄰采場之間回采高度相隔3個分層，回采結(jié)束后均采用膠結(jié)充填。該回采工藝的優(yōu)點如下：

（1）采場內(nèi)不留設間柱和點柱，較大地提高了礦石回收；

（2）采場內(nèi)一旦形成三角型后，可沿著整體形狀向前回采；

（3）沒有二步驟回采難題；

（4）采場穩(wěn)定性比盤區(qū)式較好，但低于凸型式。

具體回采方案如圖4所示。

圖4 三角形階梯式上向水平分層充填采礦法回采順序

3.4 主要技術經(jīng)濟指標對比

對上向水平分層充填采礦法回采工藝[7-9]進行優(yōu)化后，分別從生產(chǎn)能力（盤區(qū)生產(chǎn)能力、中段生產(chǎn)能力）、采切比、損失率、貧化率、充填成本等方面進行對比分析，其結(jié)果見表2。

依據(jù)表2數(shù)據(jù)，為了實現(xiàn)生產(chǎn)能力5000 t/d的生產(chǎn)需要，對3種不同形式的回采順序進行比較，發(fā)現(xiàn)盤區(qū)交錯式采礦法可以實現(xiàn)多中段同時生產(chǎn)的目的，這樣就能滿足礦山生產(chǎn)能力的需求。通過進一步對比發(fā)現(xiàn)，該回采方式的采切比較小，噸礦充填成本也較低，取得了較好的經(jīng)濟效益。

表2 采礦方法技術經(jīng)濟指標對比

4 結(jié)論

（1）根據(jù)大尹格莊金礦礦巖中等穩(wěn)固，局部不穩(wěn)固的情況，選用的盤區(qū)交錯式需要兩步驟開采，相對于其他2種采礦方法，采場穩(wěn)定性較差，由于二步驟需要在一步驟充填體周圍開挖，必須適當?shù)牟捎缅^桿加固技術，對于實現(xiàn)安全回采沒有問題。

（2）采用盤區(qū)交錯式采礦方法，能同時滿足多個采場同時回采，多中段同時作業(yè)，中段生產(chǎn)能力大，可以達到 2745 t/d，且該采礦方法的采切比也較小，可以達到快速生產(chǎn)增加效益的目的。

（3）采場內(nèi)不留設間柱和頂柱，該采礦方法的礦石損失、貧化率均為 8%，可以在很大程度上回收礦產(chǎn)資源，增加礦山效益。

（4）對于生產(chǎn)組織管理，盤區(qū)交錯式生產(chǎn)組織管理相對簡單，能充分提高機械化設備效率，生產(chǎn)效率高。