緩傾斜極薄鉬鎳礦采礦方法研究

郝學(xué)冉 葉振華

（1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

鉬、鎳是重要的戰(zhàn)略金屬，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)和國防軍工等領(lǐng)域。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對鉬、鎳等礦產(chǎn)資源的需求量加大。我國的鉬鎳礦主要分布在貴州遵義、湖南西北、湖北都昌、云南曲靖和浙江富陽等地區(qū)。特別是貴州地區(qū)的鉬鎳資源量儲量大，品位高，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價值。但由于該地區(qū)的礦體傾角普遍較緩、礦體極薄，開采難度大。因此，選擇合適的采礦方法，對提高當(dāng)?shù)劂f鎳礦生產(chǎn)能力，提高回收率具有重要意義。國內(nèi)緩傾斜極薄礦體的開采主要采用全面法、充填法或其綜合方案，存在的問題主要是勞動強(qiáng)度大、損失貧化大、礦房生產(chǎn)能力小等問題。本研究結(jié)合礦山實(shí)例，提出采用上向水平削壁充填法，能在一定程度上解決上述問題，值得類似緩傾斜極薄礦體開采的借鑒。

1 開采技術(shù)條件

貴州某鉬鎳礦為同生沉積多金屬礦床，位于牛蹄塘組底部，礦體呈層狀產(chǎn)出，其產(chǎn)狀與地層的產(chǎn)狀一致，為單礦層，與圍巖界線明顯。礦區(qū)內(nèi)沿走向延伸約1 600 m，沿傾向延伸約300 m，礦體傾向?yàn)?2°～95°，傾角為13°～35°，平均傾角為25°，礦層厚度為0.06～0.16 m，平均厚0.10 m。礦層平均密度為3.23 t/m3。Mo平均品位為5.82%，Ni平均品位為4.08%。

含礦地層上覆圍巖主要為碎屑巖類巖石，碎屑巖類巖石主要為粉砂質(zhì)泥巖和炭質(zhì)泥巖。該類巖體抗壓強(qiáng)度低，飽水后強(qiáng)度降低，當(dāng)失去原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)后，以離層或沿滑動面滑脫失穩(wěn)為主要表現(xiàn)形式。含礦地層為碎屑巖，以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、礦層、炭質(zhì)泥巖為主，該類巖體力學(xué)強(qiáng)度低，遇水易軟化，塑性強(qiáng)，巖石完整性較差，巖體穩(wěn)定性差，巷道掘至該層段時，易產(chǎn)生頂部塌陷及底鼓、片幫等現(xiàn)象。含礦地層的下伏地層為燈影組，巖石大部分屬塊狀結(jié)構(gòu)，中—厚層狀，結(jié)構(gòu)面較層狀結(jié)構(gòu)巖體少，屬較硬巖組，巖體致密堅(jiān)硬，穩(wěn)定性好。

礦層的直接頂板為高炭質(zhì)頁巖。取樣測試表明，天然單軸抗壓強(qiáng)度為5.1～61.5 MPa，為半堅(jiān)硬巖組類；礦層頂板穩(wěn)定性較差，且遇水產(chǎn)生泥化，為不穩(wěn)定的頂板。底板為碳質(zhì)泥巖、白云巖，碳質(zhì)泥巖一般厚為1 m，較薄區(qū)為白云巖底板，白云巖取樣測試結(jié)果，天然單軸抗壓強(qiáng)度為18.9～117.1 MPa，為堅(jiān)硬巖組類，由于碳質(zhì)泥巖較薄，下部的白云巖穩(wěn)定性強(qiáng)，礦層底板穩(wěn)定性較好。

2 采礦方法選擇

2.1 開采技術(shù)特點(diǎn)

本礦為緩傾斜、極薄礦體，上盤圍巖穩(wěn)固性差，參照類似生產(chǎn)礦山，該賦存條件的礦體多為難采礦體，主要原因有以下幾點(diǎn)。

（1）采礦作業(yè)要在采場內(nèi)直接頂板下進(jìn)行，作業(yè)環(huán)境差、安全程度低。

（2）礦體傾角緩，礦石不能借助重力沿采場底板自溜放礦，制約采場生產(chǎn)能力。

（3）由于礦體厚度小，采準(zhǔn)巷道相對要多，回采的千噸采切比大，增加了采礦成本。

（4）礦山的地表不允許塌陷，選擇合適的采空區(qū)處理方法也是該礦面臨的問題。

2.2 采礦方法初步選擇

根據(jù)礦巖穩(wěn)固性，傾斜、緩傾斜薄、極薄礦體可能采用的采礦方法［1］見表1。

本礦礦石和上盤圍巖不穩(wěn)固，底板穩(wěn)固。依據(jù)影響采礦方法選擇的主要因素分析結(jié)果，對照表1，可選擇的采礦方法有崩落法、充填法，通過加強(qiáng)采場支護(hù)，也可采用空場法。因環(huán)境保護(hù)的需要，地表不允許塌陷，只能采用充填法、空場法中的全面法，同時，全面法開采需嗣后充填采空區(qū)。因礦體的空間形態(tài)比較清楚，產(chǎn)狀穩(wěn)定，為單層礦，根據(jù)地下金屬礦山的開采經(jīng)驗(yàn)，最好采用單一采礦方法［2-3］。

2.3 采礦方法的確定

全面采礦法屬空場采礦法的一種，適宜開采緩傾斜、薄和中厚礦體，單層回采。在礦塊中留規(guī)則的或不規(guī)則的礦柱。礦石回采多采用淺孔落礦，電耙搬運(yùn)。該法主要缺點(diǎn)：①本礦頂板不穩(wěn)固，鉬鎳屬貴重金屬，為盡量回收資源，需用混凝土預(yù)制塊或液壓支柱等代替礦柱，工作量增大；②礦區(qū)采空區(qū)地表不允許塌陷，若采用全面采礦法，采空區(qū)要尾砂充填，要建立充填系統(tǒng)，不僅前期投資大，采礦成本高也較高。

削壁充填采礦法是將礦巖分爆分采，先將下盤圍巖采下，就地充填采空區(qū)，維護(hù)采場頂板，再用松動爆破爆下礦石，由電耙或鏟運(yùn)機(jī)將礦石運(yùn)出采場。削壁充填采礦法在國內(nèi)緩傾斜極薄礦脈通過長期運(yùn)用，得到不斷發(fā)展，主要改變是作業(yè)方式由人工作業(yè)進(jìn)步到機(jī)械化作業(yè)。目前常用的削壁充填采礦法有扇形向上式充填采礦法、傾斜分層充填采礦法、長臂式削壁充填采礦法、水平分層削壁采礦法等。為提高機(jī)械化水平，確定采用上向水平削壁充填法。優(yōu)點(diǎn)是：①根據(jù)本礦底板穩(wěn)定性較好的特點(diǎn)，采用下盤脈外斜坡道，靈活性大，安全可靠；②采取技術(shù)措施可以改善生產(chǎn)環(huán)境和作業(yè)條件，保證安全生產(chǎn)；③回采時能控制采幅高度，可以減少礦石貧化和損失；④采場內(nèi)可以應(yīng)用低矮式的采礦設(shè)備，提高礦塊生產(chǎn)能力。

經(jīng)研究總結(jié)礦山過去全面法生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，并經(jīng)過上向水平削壁充填法采場實(shí)驗(yàn)，上述2種采礦方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2。

經(jīng)過比較，對生產(chǎn)規(guī)模不大的礦山，不宜選用嗣后充填的全面采礦法。上向水平削壁充填采礦法的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)占優(yōu)，因此推薦選擇該采礦方法。

3 回采工藝

3.1 適用條件

頂板、礦體不穩(wěn)固而底板穩(wěn)固的極薄礦體，傾角為10°～35°，標(biāo)準(zhǔn)采場傾角取25°，礦體厚度取0.10 m。

3.2 采場布置與結(jié)構(gòu)參數(shù)

采場沿礦體走向方布置，礦塊長度為50 m，階段高度為20 m，礦塊斜長約49 m，分段高度為7.5 m。不留底柱，留2.5 m頂柱，礦塊間設(shè)2 m隔離礦柱。采礦方法圖見圖1。采用上向水平削壁充填，下盤采區(qū)斜坡道連接采場分層聯(lián)絡(luò)道，鏟運(yùn)機(jī)出礦。

3.3 采準(zhǔn)與切割

采區(qū)運(yùn)輸為下盤斜坡道形式，采準(zhǔn)切割包括采區(qū)斜坡道、分段聯(lián)絡(luò)道、分層聯(lián)絡(luò)道、回風(fēng)天井等。在下盤從中段運(yùn)輸巷向上開掘采區(qū)斜坡道，按約14%坡度掘進(jìn)，從斜坡道開掘2條分層聯(lián)絡(luò)道通向礦體。在礦塊中央從中段運(yùn)輸巷掘分段聯(lián)絡(luò)道；沿礦體下盤，在礦塊中央掘進(jìn)回風(fēng)天井。從分段聯(lián)絡(luò)道掘切割平巷，作為削壁爆破時的自由面。

3.4 礦房回采工藝

選用YT28型鑿巖機(jī)進(jìn)行鑿巖，炮孔直徑為40 mm。削壁炮孔沿走向布置，削壁孔與走向成40°～45°，孔深1.6 m，最小抵抗線0.8 m，排距0.6 m，孔距0.7 m，每排3個孔，每次鑿3排孔。落礦孔與走向垂直，間距1.2 m，孔深1.2 m。落礦孔和削壁孔鉆鑿依次完成［4］。

采場內(nèi)回采順序采用自下而上推進(jìn)，水平回采分層高1.2～1.5 m，寬1.0～1.1 m。在回采分層中，由采場中央沿走向向兩翼推進(jìn)，直至采場邊界。先運(yùn)用拋擲爆破削壁下盤圍巖充填采空區(qū)，再采用松動爆破進(jìn)行落礦。落礦后，視頂板穩(wěn)定狀態(tài)采用錨固或金屬支架進(jìn)行護(hù)頂，便可出礦。礦石由EHST-0.5型微型鏟運(yùn)機(jī)從工作面鏟裝，經(jīng)聯(lián)絡(luò)道運(yùn)送到中段運(yùn)輸巷裝卸點(diǎn)。落礦用乳化炸藥炸藥，電子雷管起爆［5］。

3.5 通風(fēng)

新鮮風(fēng)流由階段巷道，經(jīng)分段聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場工作面，清洗工作面后，再由回風(fēng)天井匯入上中段平巷；或由階段巷道，經(jīng)采區(qū)斜坡道、分層聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入，進(jìn)入采場工作面，清洗工作面后，再由回風(fēng)天井匯入上中段平巷。

3.6 充填

采空區(qū)進(jìn)行充填處理，采用削壁充填法，屬干式充填法的一種，該方法能有效控制地壓，適用于開采本礦緩傾斜極薄的礦脈。削壁的厚度和寬度應(yīng)滿足鏟運(yùn)機(jī)工作空間的要求，根據(jù)鏟運(yùn)機(jī)的型號，削壁厚度為1.2～1.5 m，削壁寬度為1.0 m，因礦體厚度極薄，考慮圍巖崩落后的松散系數(shù)，約30%的圍巖需運(yùn)出采場。

礦房采場回采后，礦柱不回收。

4 應(yīng)用效果

根據(jù)工業(yè)試驗(yàn)及生產(chǎn)應(yīng)用，采用上向水平分層削壁充填采礦法回采是成功的。在緩傾斜極薄礦體開采中采用小型鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)輸和輔助充填，應(yīng)用拋擲爆破技術(shù)，保證了作業(yè)安全。小型鏟運(yùn)機(jī)機(jī)動靈活，提高了采場生產(chǎn)能力，降低了工人勞動強(qiáng)度。礦巖分次爆破、定向拋擲爆破充填，完成了廢石運(yùn)搬和充填接頂，削壁時圍巖拋擲，效率可達(dá)到80%～90%［6］。

緩傾斜極薄礦體采用全面法開采時礦巖混采，會造成很大的貧化和損失，有類似礦山貧化率高達(dá)50%，損失率高達(dá)40%，不僅影響礦山經(jīng)濟(jì)效益，而且造成國家礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)。該礦山生產(chǎn)規(guī)模年采選2萬t/a，采用上向水平分層削壁充填采礦法比全面采礦法提高回收率8%，貧化率降低15%，按照選冶指標(biāo)，每年可多產(chǎn)鉬酸銨230 t，雖然年采礦成本增加140萬元，但礦山稅前年利潤提高約780萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯改善［7］。

5 結(jié)語

鉬鎳礦分布廣泛，賦存形態(tài)以緩傾斜極薄礦脈為主，因其具有較高的經(jīng)濟(jì)價值，找到合理的采礦方法有重要意義。根據(jù)某鉬鎳礦的開采條件，選擇了上向水平削壁充填采礦法，該法的特點(diǎn)：①通過廢石充填處理采可空區(qū)，控制空頂距，加強(qiáng)頂板支護(hù)，保證了頂板不穩(wěn)固緩傾斜極薄礦體的開采作業(yè)安全；②采用礦巖分爆分采，減少了廢石匯入礦石中，提高了出礦品位；③通過使用低矮式鏟運(yùn)機(jī)，提高了礦塊生產(chǎn)能力，降低了開采成本。該采礦方法可用于該地區(qū)分布廣泛的鉬鎳礦開采，對加快當(dāng)?shù)氐你f鎳資源開發(fā)具有積極意義。