急傾斜中厚-厚大礦體空場嗣后充填采礦方案優(yōu)選研究

馮盼學(xué)，陳 何，解聯(lián)庫，董凱程，劉立順，崔 松

(1．北京礦冶研究總院，北京 100160；2．北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

采選技術(shù)

急傾斜中厚-厚大礦體空場嗣后充填采礦方案優(yōu)選研究

馮盼學(xué)1，2，陳 何1，解聯(lián)庫1，董凱程1，劉立順1，崔 松1

(1．北京礦冶研究總院，北京 100160；2．北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

烏蘭礦目前采用分段鑿巖階段礦房法，面臨采空區(qū)安全、地表沉降破壞、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)差等問題。針對945 m水平以下開展充填采礦方法的綜合比較和優(yōu)選，當(dāng)?shù)V體厚度>15 m時，采場垂直礦體走向布置，優(yōu)先采用大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法，以兩步驟中深孔空場嗣后充填采礦法作為補充；當(dāng)?shù)V體厚度≤15 m時，采場沿礦體走向布置，根據(jù)品位高低分別采用兩步驟中深孔空場嗣后充填采礦法和間柱式中深孔空場嗣后充填采礦法。

中厚礦體；厚大礦體；急傾斜；空場嗣后充填；大直徑深孔

0 引 言

烏蘭鉛鋅礦隸屬于蒙古新鑫有限公司，位于蒙古國東方省，距喬巴山市約140 km。礦區(qū)屬于低丘山區(qū)與草原牧區(qū)過渡帶。

烏蘭礦共劃分9個礦體，其中5#、9#、1#為主要礦體，分別占40%、35%和10%。礦體從地表延續(xù)到地下700 m，走向長度100～500 m，傾角70～90°，厚度1.5～70 m不等，屬急傾斜中厚至厚大礦體。礦石品位Pt：1.84%、Zn：4.67%、Ag：91 g/t。礦體及頂?shù)装宸€(wěn)定性較好。

烏蘭礦目前為分段鑿巖階段礦房法開采，主要存在以下主要問題。

1)空場法開采必然面臨大規(guī)?？諈^(qū)處理等難題，945 m以上現(xiàn)已形成一定數(shù)量的采空區(qū)：其中1#礦體空區(qū)局部已發(fā)生冒落，9#礦體采場暴露面積達(dá)1 100 m2。

2)空場法開采需留設(shè)大量礦柱，損失率高，采礦方法的經(jīng)濟合理性較差；空場法開采將對相鄰保護(hù)礦柱產(chǎn)生擾動，該方法誘發(fā)的地表塌陷或沉降將影響井上構(gòu)筑物的安全，開采深度越深，其影響范圍越大。

3)選礦廠細(xì)碎、生活區(qū)內(nèi)的部分建筑物處于開采錯動界限內(nèi)，后期設(shè)施面臨搬遷。

4)目前尾礦庫庫容不足，尾砂的全部排放勢必大為降低尾礦庫的使用壽命，而在國外進(jìn)行新尾礦庫的征地、審批、建設(shè)等難度較大，不確定因素較多。

總之，為消除采空區(qū)安全隱患，實現(xiàn)礦石資源充分回收、地表設(shè)施安全和尾砂的減量化排放，確保礦山的可持續(xù)生產(chǎn)，開展烏蘭礦采礦方法研究，提出安全可靠、經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的系統(tǒng)解決方案是目前礦山面臨的重大難題。

1 技術(shù)思路

1)充填可以有效解決采空區(qū)和地表塌陷問題，提高資源回收率；尾砂充填至井下可以減少尾礦庫庫容占用和運營費用，延長尾礦庫使用壽命。因此，充填法開采是烏蘭礦深部采礦的合理選擇，且未必會增加采礦成本。

2)從提高采礦生產(chǎn)能力、降低采礦成本的角度出發(fā)，應(yīng)優(yōu)先考慮使用高效率的大直徑深孔采礦方法。該方法礦塊生產(chǎn)能力大，爆破效率高，作業(yè)勞動強度低，安全性好。同時減少分段工程，節(jié)約成本。

2 945 m以下充填采礦方法研究

當(dāng)?shù)V體厚度>15 m時，采場垂直礦體走向布置，初選大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法、兩步驟中深孔空場嗣后充填采礦法、中深孔空場嗣后充填與上向水平分層聯(lián)合采礦法三種方案；當(dāng)?shù)V體厚度≤15 m時，采場沿礦體走向布置，初選兩步驟中深孔空場嗣后充填采礦法、間柱式中深孔空場嗣后充填采礦法兩種方案，以下予以詳細(xì)說明并進(jìn)行方案優(yōu)選。

2.1 方案一：大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法

如圖1所示，礦房、礦柱垂直礦體走向布置，采場寬15 m，長為礦體厚度，階段高度60 m。采場實行“隔三采一”回采順序，分礦房、礦柱兩步驟回采[1]。在礦體下盤脈外布置沿脈巷，同時布置溜礦井；在礦體上盤布置回風(fēng)巷道和回風(fēng)井。沿礦體走向每120 m布置一條溜礦井和回風(fēng)井。采場上部階段安排鑿巖硐室，因鑿巖硐室跨度較大，除硐室頂板采用錨索噴漿支護(hù)外，硐室中還應(yīng)預(yù)留臨時點柱或條柱。底部階段設(shè)計穿脈出礦巷道、裝礦進(jìn)路及受礦硐室等。根據(jù)礦體產(chǎn)狀、礦巖穩(wěn)固情況及回采現(xiàn)狀，受礦硐室選用平底或塹溝底部結(jié)構(gòu)。采用上行式開采，上部鑿巖硐室則用作上階段采場回采時的受礦硐室[2]。

圖1 大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法

選用高氣壓潛孔臺車從鑿巖硐室向下鑿大直徑深孔至受礦硐室頂板。采用“VCR”拉槽-倒梯段側(cè)向分段崩礦回采工藝，控制每次爆破的高度和單響藥量，以免對相鄰采場礦巖或充填體造成破壞。每次崩落的礦石運出約1/3，使下次崩礦留有足夠爆破補償空間，其余礦石暫留在采場中，對兩側(cè)礦巖或充填體起臨時支撐作用；采場總體爆破完畢，再進(jìn)行大量集中出礦[3]。采用非電環(huán)形起爆系統(tǒng)，毫秒微差雷管，可靠程度較高。鏟運機出礦，從出礦進(jìn)路中裝礦經(jīng)穿脈巷道運至下盤溜井；受礦硐室內(nèi)殘礦采用遙控鏟運機清理，應(yīng)避免人員直接進(jìn)入受礦硐室作業(yè)。

采場出礦完畢，應(yīng)及早對采空區(qū)進(jìn)行充填。在出礦進(jìn)路和穿脈中架設(shè)擋墻，空區(qū)中吊掛1～2條濾水管用于充填體脫水。礦房采場回采后，采用尾砂膠結(jié)充填，灰砂比為1∶4和1∶10；礦柱采場用廢石或1∶20尾砂膠結(jié)充填。廢石盡可能不提升地表，努力實現(xiàn)無廢開采。

2.2 方案二：兩步驟中深孔空場嗣后充填采礦法(垂直礦體走向)

如圖2所示，礦房、礦柱按15 m寬垂直礦體走向布置，長為礦體厚度，階段高度60 m。一步驟礦房采場采用分段鑿巖和階段出礦、充填，盡可能提高采充效率；階段內(nèi)劃分1個出礦分段和3個無軌鑿巖分段，分段高15 m，塹溝式底部結(jié)構(gòu)出礦。二步驟礦柱采場采用分段鑿巖、出礦和充填，通過降低兩側(cè)礦房采場的暴露高度以減少水泥用量；階段內(nèi)劃分4個鑿巖、出礦分段，平底式底部結(jié)構(gòu)出礦。

圖2 兩步驟中深孔空場嗣后充填采礦法(垂直礦體走向)

中段沿脈巷道的布置同方案一。礦體下盤脈外設(shè)計有采區(qū)斜坡道、分段沿脈巷道、溜井，從分段沿脈巷道施工分段聯(lián)絡(luò)道、分段鑿巖巷道及切割平巷；上盤布置有回風(fēng)巷道和人行回風(fēng)井。切割井布置在礦體中央，兼通風(fēng)作用。礦石通過下盤溜井放出，再二次倒運進(jìn)入下盤主溜井。礦房采場出礦水平布置穿脈出礦巷道、裝礦進(jìn)路及受礦硐室等；礦柱采場采用平底式底部結(jié)構(gòu)分段出礦。

采用中深孔臺車從鑿巖巷道鑿上向扇形孔，孔徑Φ76～100 mm。在切割平巷中以切割天井為自由面進(jìn)行爆破拉槽，切割槽形成后用中深孔以槽區(qū)為補償空間實行分段側(cè)向爆破，從中間槽區(qū)向礦體上下盤后退分次側(cè)向崩礦回采[4]。每次爆落后應(yīng)暫留部分礦石在采場中，對兩側(cè)礦巖或充填體進(jìn)行臨時支撐；采場總體爆破完畢，再進(jìn)行大量集中出礦。采用普通鏟運機大量出礦，遙控鏟運機清理殘礦。

在穿脈平巷中設(shè)置木板柔性擋墻，并從采場頂板吊掛濾水管經(jīng)下部封閉門引出。礦房空區(qū)采用尾砂膠結(jié)充填，灰砂比為1∶4和1∶14；礦柱則用廢石或1∶20尾砂膠結(jié)充填。

2.3 方案三：中深孔空場嗣后充填與上向水平分層聯(lián)合采礦法

如圖3所示，采場布置方式及結(jié)構(gòu)參數(shù)，一步驟礦房的分段劃分、采切工程布置、鑿巖爆破、出礦及充填工藝等同方案二。而二步驟礦柱采場采用分層鑿巖、出礦和充填，通過大幅降低兩側(cè)礦房充填體暴露高度以減少水泥用量；分段內(nèi)劃分為4個分層，分層高度為3.7～3.8 m。

圖3 中深孔空場嗣后充填與上向水平分層聯(lián)合采礦法

在分段巷道內(nèi)布置分層聯(lián)絡(luò)道至礦柱采場。采用水平中深孔落礦，以分層充填預(yù)留空間為自由面進(jìn)行回采爆破，普通鏟運機出礦。

礦房采場回采后，采用灰砂比1∶18的尾砂膠結(jié)充填；礦柱采用1∶20尾砂膠結(jié)充填，1∶4高強度充填體澆面。

2.4 方案四：間柱式中深孔空場嗣后充填采礦法

如圖4所示，采場沿礦體走向布置，寬為礦體厚度，階段高度60 m。每階段劃分1個出礦分段和3個無軌鑿巖分段，分段高15 m。

采場采用分段鑿巖、分段爆破和階段出礦、充填。采場間留隔離間柱。礦體下盤脈外設(shè)計有采區(qū)斜坡道、分段沿脈巷道、溜井，從分段沿脈巷道施工分段聯(lián)絡(luò)道、分段鑿巖巷道及切割平巷；上盤布置有回風(fēng)巷道和人行回風(fēng)井。切割井布置在礦體中央，兼作回風(fēng)井。礦石經(jīng)下盤溜井放出。出礦水平布置出礦穿脈及受礦硐室等。

以切割天井為自由面進(jìn)行爆破拉槽，而后進(jìn)行分段側(cè)向爆破，從中間槽區(qū)向兩端后退分次回采。側(cè)向崩礦順序自上而下進(jìn)行。采場總體爆破完畢，進(jìn)行大量集中出礦。殘礦采用遙控鏟運機清理。

在出礦和鑿巖分段與采場聯(lián)通的巷道內(nèi)架設(shè)木板擋墻，空區(qū)采用廢石或1∶20尾砂膠結(jié)充填。

2.5 方案五：兩步驟中深孔空場嗣后充填采礦法(沿礦體走向)

如圖5所示，采場沿礦體走向布置，寬為礦體厚度。礦塊分礦房、礦柱兩步驟回采[5]。一步驟礦房長度較小，為10 m，盡可能降低充填水泥用量；二步驟礦柱尺寸較大，為50 m。階段高度60 m。每階段劃分1個出礦分段和3個無軌鑿巖分段，分段高15 m。

穿脈平巷布置在礦柱采場兩端，作為礦塊回采的聯(lián)絡(luò)道。其余采切工程布置基本同方案4。

先采礦房后采礦柱。在礦房和礦柱中央分別布置切割井，采用上向中深孔分段后退式側(cè)向崩礦。普通鏟運機和遙控鏟運機聯(lián)合出礦。

礦房采場回采后用尾砂膠結(jié)充填，灰砂比1∶4和1∶10；礦柱則用廢石或1∶20尾砂膠結(jié)充填。

2.6 采礦方法綜合比較與優(yōu)選

采礦方法技術(shù)經(jīng)濟綜合比較及優(yōu)選見表1，其中方案一、方案二、方案三針對礦體厚度>15 m，方案四、方案五針對礦體厚度≤15 m。

表1 開采方案技術(shù)經(jīng)濟綜合比較

圖4 間柱式中深孔空場嗣后充填采礦法

圖5 兩步驟中深孔空場嗣后充填采礦法(沿礦體走向)

3 結(jié) 論

根據(jù)烏蘭礦945 m以下礦體厚度范圍分別進(jìn)行多種充填采礦方法的綜合比較和優(yōu)選，主要得出以下結(jié)論。

1)當(dāng)?shù)V體厚度>15 m時，采場垂直礦體走向布置，優(yōu)先采用大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法；而當(dāng)大直徑深孔方案與分段工程協(xié)調(diào)困難而難以適用時，可以采用兩步驟中深孔空場嗣后充填采礦法。

2)在礦體厚度≤15 m的條件下，采場沿礦體走向布置。當(dāng)品位較低時，采用間柱式中深孔空場嗣后充填采礦法；而當(dāng)品位較高時，采用兩步驟中深孔空場嗣后充填采礦法。

[1] 解聯(lián)庫，董凱程，萬串串，等.甕福磷礦大塘礦段急傾斜中厚多層礦體安全高效采礦方法[J].有色金屬工程，2015，5(S1)：58-61，66.

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[3] 李樟鶴.高階段大直徑深孔爆破技術(shù)在安慶銅礦的應(yīng)用[J].金屬礦山，2002(2)：25-27.

[4] 崔松，魯忠華，董凱程，等.復(fù)雜第四系條件下急傾斜厚大破碎礦體采礦方法研究[J].有色金屬：礦山部分，2014(1)：10-13.

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Optimization study on mining method of open-stope succeed by fill for steeply inclined and medium-large thick orebody

FENG Panxue1，2，CHEN He1，XIE Lianku1，DONG Kaicheng1，LIU Lishun1，CUI Song1

(1.Beijing General Research Institute of Mining & Metallurgy，Beijing 100160，China；2.School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China)

Wulan mine currently adopts the mining method of sublevel drilling and stage room stoping，facing the problems of goaf safety，surface subsidence damage and poor technical and economic indexes.Backfilling mining methods are comprehensively compared and optimized below 945m level.When ore body thickness >15 m，the stopes are arranged vertically to the direction of orebody strike.The large diameter longhole mining method of stage open stoping with subsequent backfilling is selected in preference，and the two-step mining method as supplement of sublevel open-stope succeed by fill with mid-depth blasthole.When ore body thickness ≤ 15 m，the stopes are arranged along the direction of orebody strike.According to ore grade，the two-step mining method and barrier pillar reserved method are adopted respectively of sublevel open-stope succeed by fill with mid-depth blasthole.

medium thickness orebody；large and thick ore body；steeply inclined；open-stope succeed by fill；large diameter longhole

2017-03-06 責(zé)任編輯：劉艷敏

“十三五”國家重點研發(fā)計劃課題資助(編號：2016YFC0600802)；國家國際科技合作專項資助(編號：2015DFR70880)

馮盼學(xué)(1984-)，男，工程師，碩士，采礦工程專業(yè)，主要研究方向為采礦工藝與設(shè)計、爆破技術(shù)等，E-mail：fengpanxue@126.com。

TD823.7

A

1004-4051(2017)07-0096-05