中深孔階段礦房采礦法在急傾斜薄礦體中的應(yīng)用

孟慶學(xué),宋德林,李朝民

摘要：包頭鑫達公司西柏樹礦區(qū)24#脈為上盤破碎的急傾斜薄礦體，針對其采用淺孔留礦采礦法開采時存在的安全性能差、生產(chǎn)能力低、采礦損失貧化高等問題，開展了中深孔階段礦房采礦法試驗研究，并對礦體上盤采用預(yù)先加固的方法解決了上盤破碎導(dǎo)致的安全問題。詳細闡述了采準切割工程布置、鑿巖爆破、出礦等回采工藝，并進行了現(xiàn)場工業(yè)試驗。試驗結(jié)果表明：采用中深孔階段礦房采礦法并對上盤預(yù)先加固，工序集中，有效減少了人員在采場內(nèi)作業(yè)時間，人員勞動量小，取得了單班出礦能力240 t/d，采礦損失率9 %，礦石貧化率7 %的技術(shù)經(jīng)濟指標，效果較好，可為類似礦山提供參考。

關(guān)鍵詞：破碎礦體;急傾斜薄礦體;階段礦房法;中深孔;上盤加固

中圖分類號：TD853.34文獻標志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2022）03-0036-04doi：10.11792/hj20220308

引 言

急傾斜薄礦體在黃金礦床開采中占有較大比重，目前大多采用淺孔留礦采礦法開采。礦體厚度小，開采時作業(yè)空間狹小，勞動效率低;采用淺孔鑿巖，每次回采高度有限，分層較多，采切工程量大;工作人員長期在空場下作業(yè)，安全性較差。若上盤破碎，安全性將更差，出礦時上盤廢石混入，采礦損失貧化也將會增大。為了更加安全高效地回采該類礦體，相關(guān)礦山及人員進行了大量探索。金廠溝梁金礦18#脈屬急傾斜薄礦體，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，優(yōu)選深孔爆破的無底柱分段崩落采礦法進行開采[1]。石良[2]采用深孔（中深孔）階段礦房采礦法對新疆某鐵礦平均厚度5.58 m、傾角60°～70°的急傾斜薄礦體進行開采，取得了較好的經(jīng)濟效益。孫新博等[3]針對高寒高海拔地區(qū)急傾斜薄礦體特殊的開采條件，選用中深孔機械化廢石充填采礦法并進行了應(yīng)用研究，克服了高原地區(qū)工作環(huán)境惡劣、工作效率低等缺點，提高了開采的安全性，有效減少了礦石的損失。顧天勝[4]探究了中深孔機械化采礦法在急傾斜薄礦體中的應(yīng)用，綜合經(jīng)濟效益遠好于傳統(tǒng)淺孔留礦采礦法，獲得了良好的應(yīng)用效果。玲瓏金礦采用分段落礦階段礦房采礦法對上盤破碎的中厚礦體進行開采[5]。張金榜[6]給出了采礦結(jié)構(gòu)布置和炮孔孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計，解決了深孔（中深孔）階段礦房采礦法在薄礦體中應(yīng)用受到的局限性問題。

從目前的研究來看，為了解決此類礦體開采生產(chǎn)效率低、安全性差等問題，大多考慮中深孔采礦方法。本文以內(nèi)蒙古包頭鑫達黃金礦業(yè)有限責任公司（下稱“包頭鑫達公司”）

西柏樹礦區(qū)24#脈急傾斜破碎薄礦體為背景，提出了采用中深孔階段礦房采礦法開采的方案，詳細闡述了出礦結(jié)構(gòu)、鑿巖爆破、回采等工藝，并進行了現(xiàn)場工業(yè)試驗，取得了較好的效果。

1 工程背景

西柏樹礦區(qū)隸屬包頭鑫達公司，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市九原區(qū)阿嘎如泰蘇木烏拉山中段，主要開采24#脈，礦體厚度0.21～4.74 m，平均厚度2.02 m，平均品位1.53×10-6，品位變化系數(shù)105 %，平均傾角68°。礦山開拓方式為明豎井開拓，豎井深度380 m，井筒凈直徑5.0 m;采用3#罐籠提升，設(shè)計日提升能力800 t。淺孔留礦采礦法是主要的采礦方法，年生產(chǎn)能力10萬t，黃金產(chǎn)量150 kg。礦體上盤有一層泥質(zhì)破碎帶，采用淺孔留礦采礦法開采時，破碎帶局部脫落，礦房頂部暴露空間大，加之局部有淋水，開采礦體技術(shù)經(jīng)濟指標和安全都得不到保證。因此，為充分回收礦體，確保作業(yè)人員安全，設(shè)計采用中深孔階段礦房采礦法，選取955 m中段4272礦塊作為試驗應(yīng)用礦塊，以解決淺孔留礦采礦法開采過程中產(chǎn)生的安全和施工技術(shù)問題。

2 試驗礦塊現(xiàn)狀及地質(zhì)概況

本次試驗4272礦塊位于西柏樹礦區(qū)24#脈955 m～1 005 m中段，P268勘探線—P272勘探線，已施工工程有上中段脈外運輸巷道、下中段脈外運輸巷道、上下中段巷道探礦穿脈，礦塊兩側(cè)的4272沿脈天井和4276沿脈天井，礦塊底部漏斗出礦結(jié)構(gòu)已施工完畢。

試驗礦塊礦體沿走向長45 m，沿傾向斜長56 m，礦石主要為石英脈及肉紅色含金黃鐵礦鉀化、硅化蝕變巖，塊狀構(gòu)造;圍巖主要為黑云斜長片麻巖，局部為花崗偉晶巖;礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，黃鐵礦呈星點狀、浸染狀分布，連續(xù)性較好，礦體平均傾向205°、傾角68°，厚度0.80～1.60 m，平均厚度1.40 m，金品位0.87～3.31 g/t，平均品位2.20 g/t，礦塊地質(zhì)儲量礦石6 750 t，金金屬量14.91 kg。礦體頂板存在控礦構(gòu)造，產(chǎn)狀與礦體相同，破碎帶厚度0.3 m，帶內(nèi)角礫約占35 %，粒度0.1～5.0 cm，斷層泥約占65 %。破碎帶3 m范圍內(nèi)存在3～5組節(jié)理，且多呈共軛產(chǎn)出，易形成不穩(wěn)定塊體。

3 中深孔階段礦房采礦法

根據(jù)4272礦塊礦體的開采技術(shù)條件，開展了中深孔階段礦房采礦法試驗研究。在4272礦塊原有工程基礎(chǔ)上，切巷作為第一分段鑿巖巷道，設(shè)計4個分段，階段高度上每11.5 m劃分為1個分段，礦塊中部施工天井作為切割井，并與上分段1 005 m水平穿脈貫通，作為通風(fēng)通道;兩側(cè)行人井作為礦房的行人設(shè)備井。采礦工程布置見圖1。

3.1 采準切割工程

1）底部結(jié)構(gòu)。采用礦塊已經(jīng)形成的電耙出礦底部結(jié)構(gòu)，耙道平行礦體脈外布置，斗穿間距5.5 m，斗穿長3.5 m/個。

2）鑿巖巷道。利用原設(shè)計的切巷作為第一分段鑿巖巷，設(shè)計鑿巖巷道規(guī)格為2.4 m×2.4 m，共設(shè)計布置四分段鑿巖巷，分段高度11.5 m，頂部預(yù)留3 m礦柱;鑿巖巷道施工時，在4272沿脈天井內(nèi)開口，向4276沿脈天井方向掘進，天井改造成上部行人、下部溜渣。

3）切割天井。在4274穿脈礦體中沿礦體傾向施工切割天井，至上分段3272穿脈，切割天井寬2.0 m，沿礦體厚度方向的長度要超出礦體上、下盤0.3 m，為后期爆破預(yù)留充分的自由面。

4）行人通道。原4272沿脈天井和4276沿脈天井在鑿巖巷道施工完成后，搭設(shè)平臺和梯子作為行人、材料通道。

試驗礦塊采準切割工程規(guī)格及工程量統(tǒng)計見表1。

3.2 鑿巖爆破

鑿巖爆破在分段內(nèi)進行。以切割天井為自由面，淺孔鑿巖爆破形成切割槽，礦塊回采以切割槽為自由面，采用上向平行礦體走向布置中深孔;中深孔采用“小孔底距，小排距”的布孔原則，爆破效果不理想時，在兩排炮孔中間位置增加1～2個炮孔，實現(xiàn)排距小于孔底距，防止爆破時同排爆穿形成立槽。行人井處預(yù)留3 m的保安礦柱。

回采炮孔孔徑（d）取60 mm，孔深13.0 m，鑿巖機型號為YGZ-80。參照最小抵抗線（W）計算公式[7]：中等堅硬礦石W=（30～35）d，平行孔密集系數(shù)m=0.9～1.1。經(jīng)計算，試驗礦段最小抵抗線W=1 950～2 275 mm，取2 000 mm;平行孔孔間距a=1.8～2.2 m?？紤]礦體的夾制作用影響，平行孔孔間距取1.2 m，排距1.4 m。

采用裝藥器連續(xù)裝填散裝炸藥，孔口留2.5 m不裝藥，孔口用炮泥堵塞，堵塞長度1.0 m。

爆破采用同排孔間微差爆破，利用同排多段微差爆破應(yīng)力波疊加等作用改善爆破質(zhì)量，采用“跳段”辦法實現(xiàn)微差爆破，底板炮孔先爆破，頂板邊孔與后一排底板炮孔同段爆破（見圖2）。采用孔底起爆，起爆方法采用導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管起爆，導(dǎo)爆索串聯(lián)的“復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò)”，孔內(nèi)導(dǎo)爆管一律并接于主導(dǎo)爆索上，起爆系統(tǒng)爆破網(wǎng)絡(luò)示意圖見圖3。

3.3 采場通風(fēng)及出礦

1）采場通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由下中段運輸巷經(jīng)由兩側(cè)天井和切割井進入采場，污風(fēng)由天井排至上中段，經(jīng)回風(fēng)井排至地表。

2）出礦方式。在4272穿脈與耙道開口處安裝放礦漏斗，礦石直接耙至漏斗下的礦車中。采準施工時，脈內(nèi)掘進產(chǎn)生的礦石由溜井下放至礦車，通過電瓶式電機車牽引運輸至井口，排至地表礦石料臺。后期大量出礦由淺孔留礦的底部結(jié)構(gòu)結(jié)合有軌運輸設(shè)備出礦。

3.4 上盤加固措施

由于24#脈礦體上下盤圍巖破碎，在出礦過程中造成礦石二次貧化嚴重，究其原因，主要是上盤圍巖脫落造成礦石貧化;此外，工人在破碎頂板下進行作業(yè)，安全隱患較大。因此，有必要對上盤圍巖采取預(yù)先加固措施，在施工切割巷時施工上向長錨桿。采場炮孔布置及錨桿支護剖面見圖4，上盤圍巖加固方式為上向長錨桿加固，長錨桿傾角依實際情況而定，錨桿網(wǎng)度1.0 m×0.8 m，錨桿長度2.5 m，特別破碎地段增加軟質(zhì)金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔為10 cm×10 cm。

3.5 主要技術(shù)經(jīng)濟指標

施工中分層回采、集中鑿巖、分次多排微差爆破，采場采用長錨桿護頂。作業(yè)安全，縮短了采礦周期，采場生產(chǎn)能力得到了大幅提高，集中出礦時單班可達240 t/d，施工中部分炮孔由于巖石破碎卡孔、堵孔、塌孔，因此采取了重新布置炮孔和集中填塞炮孔的方式。

在4272礦塊進行中深孔階段礦房采礦法現(xiàn)場工業(yè)試驗，取得的主要技術(shù)經(jīng)濟指標見表2。

4 結(jié) 論

通過在包頭鑫達公司西柏樹礦區(qū)24#脈4272礦塊急傾斜薄礦體開采中開展中深孔階段礦房采礦法試驗研究可得出以下結(jié)論：

1）薄礦脈采用中深孔采礦技術(shù)可行，應(yīng)盡量避免深孔（>15 m）出現(xiàn)，采用10～13 m分段高度，可取得理想的爆破效果。

2）作業(yè)人員在鑿巖巷道內(nèi)作業(yè)，降低了在礦房內(nèi)采礦的安全風(fēng)險，同時預(yù)先對上盤加固后，增加了人員作業(yè)的安全性。

3）采礦過程比較集中，且出礦能力大，對生產(chǎn)調(diào)節(jié)有很大幫助;采準工程量相對淺孔留礦采礦法有所增加，施工工期長，采掘比偏大。

[參 考 文 獻]

[1] 安龍，徐帥，李元輝，等.急傾斜薄礦脈深孔落礦工藝參數(shù)優(yōu)化[J].東北大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，34（2）：288-292.

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[3] 孫新博，朱先洪.中深孔機械化采礦法在急傾斜薄礦體中的應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2014，34（6）：5-8.

[4] 顧天勝.中深孔機械化采礦法在急傾斜薄礦體中的應(yīng)用[J].中國錳業(yè)，2016，34（5）：63-65.

[5] 吳再海，臧明謙，李建，等.分段落礦階段礦房采礦法在玲瓏金礦中的應(yīng)用[J].有色金屬（礦山部分），2011，63（3）：8-11.

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[7] 王玉杰.爆破工程[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2007：235.

Application of medium long hole staged ore room mining method to steeply inclined thin ore body

Meng Qingxue1，Song Delin2，Li Chaomin1

（1.Inner Mongolia Baotou Xinda Gold Mining Co.，Ltd.;

2.College of Mining and Coal，Inner Mongolia University of Science & Technology）

Abstract：24# vein of Xibaishu Mining District of Baotou Xinda company is a steeply inclined thin ore body，broken in the upper wall.In view of the problems of poor safety performance，low production capacity，high mining loss and dilution when the ore body is mined by short-hole shrinkage mining method，experimental study on mining with medium long hole staged mining is

carried out and the pre-reinforcement of the upper wall of the ore body is adopted，solving the safety problems caused by broken upper wall.The mining processes such as mining preparation cutting engineering layout，rock drilling and blasting，ore extraction and so on are described in detail，and field industrial experimental studies are carried out.The test results show that medium long hole staged mining and pre-reinforcement of the upper wall has focused procedures，effectively shortening the working time of personnel in the stope.The amount of labor is small.The technical and economic indicators of single-shift mining capacity 240 t/d，mining loss rate 9 % and ore dilution rate 7 % are obtained.The outcome is good.The method can provide reference for similar mines.

Keywords：broken ore body;steeply inclined thin ore body;staged ore room method;medium long hole;upper wall reinforcement