盤區(qū)機械化上向水平分層充填法在哈圖金礦的應用研究

顧生春，董群柱，王海文，孔令喜，肖曉文

(1.西部黃金克拉瑪依哈圖金礦有限責任公司，新疆 克拉瑪依市 834025；2.甘肅中金黃金礦業(yè)有限責任公司，甘肅 天水市 741000)

0 引 言

西部黃金克拉瑪依哈圖金礦有限責任公司隸屬哈圖金礦是一個集采、選、冶為一體的黃金生產(chǎn)企業(yè)，位于新疆維吾爾自治區(qū)西北部。礦床嚴格受構造斷裂控制，地表及深部礦化帶多達幾十條，多分布于區(qū)域性斷裂兩側次一級斷裂破碎帶中，礦體總體走向近東西向。由于該區(qū)斷裂活動的多期性、繼承性，導致了成礦期的多期性，在含礦斷裂帶中可見各期石英脈相互充填、重疊、穿插等特征。北東東-近東西向斷裂構造為本區(qū)主要含礦斷裂，斷裂走向80°～90°，傾向北北西，傾角58°～72°，斷裂長數(shù)十至數(shù)百米。

礦體主要受斷裂控制，存在石英脈型+蝕變巖型兩種礦體，細小石英脈+蝕變巖型礦體發(fā)育于石英脈型礦體兩側的圍巖中，處于擠壓破碎帶中，屬熱液充填交代型礦床，一般呈致密塊狀，比較堅硬，后期構造對礦帶破壞性不顯著。礦體形態(tài)呈層狀、似層狀、似馕狀、透鏡狀狀以及豆莢狀。含金礦石均分布于蝕變破碎帶中。一般石英脈形成礦化中心，蝕變圍巖對稱或不對稱分布于石英脈的兩側或兩端，形成石英脈間斷而礦體連續(xù)，或石英脈呈復脈與細網(wǎng)脈穿插于蝕變圍巖中，石英脈與圍巖一般界線清晰。

哈圖金礦采用豎井開拓。原采用淺孔留礦法開采，貧化率達到50%，損失率達到40%，2012年改用普通上向水平分層充填采礦方法進行開采。

1 現(xiàn)有上向水平分層充填法的不足

1.1 井下采礦過程中遇到的難題

現(xiàn)有普通上向水平分層充填法(見圖1)采用YT-28鉆鑿巖，電耙出礦，采場貧化損失基本控制在5%左右，生產(chǎn)能力40～60 t/d，在采場貧化損失指標上取得了很好的成效，實現(xiàn)了資源的充分利用。哈圖金礦現(xiàn)有3個采區(qū)，井下3個中段共30多個生產(chǎn)采場同時作業(yè)，生產(chǎn)能力為2000 t/d。

圖1 哈圖金礦普通上向水平分層充填法

目前，哈圖金礦產(chǎn)能達到了設計規(guī)模，但是井下生產(chǎn)仍然存在兩大方面的問題，對企業(yè)長期穩(wěn)定發(fā)展帶來了不小影響：

(1) 采礦作業(yè)戰(zhàn)線長、采場間作業(yè)相互影響大、生產(chǎn)管理難度大。礦山采用的普通上向水平分層充填法貧化損失低，但卻一直沿用最傳統(tǒng)的電耙出礦，單分層采礦周期達3個月之久，導致采場生產(chǎn)能力十分低下，平均生產(chǎn)能力僅40～60 t/d，而生產(chǎn)任務又重，迫使企業(yè)不斷增加生產(chǎn)采場，30多個生產(chǎn)采場同時作業(yè)，導致井下開采作業(yè)戰(zhàn)線很長，采場上下左右采礦作業(yè)相互影響大，采場作業(yè)人員多且分散，生產(chǎn)管理難度很大，生產(chǎn)作業(yè)布置編排很復雜，生產(chǎn)組織管理人員需求大。

(2) 采礦效率低、周期長、采場內(nèi)作業(yè)人員數(shù)量多、安全風險高。由于采用電耙出礦，采礦效率低，單分層采礦周期長。同時，采場內(nèi)作業(yè)人員多，造成作業(yè)人員在采場頂板暴露總和時間很長。加上開采深度已超過800 m，地壓活動顯現(xiàn)，容易導致采場內(nèi)片幫和冒頂，使得采場安全生產(chǎn)的風險日益增加。另一方面采場點多面廣且人員分散，也給企業(yè)現(xiàn)場安全管理帶來很大難度。

因此，針對哈圖金礦井下生產(chǎn)及安全管理存在的問題，建議在確保目前采場貧化損失和產(chǎn)量不變的情況下，開展機械化上向水平分層充填法試驗研究，采用安全高效的開采技術，實現(xiàn)礦山機械化強采強出，提高采場生產(chǎn)能力，減少同時開采采場數(shù)量，減少作業(yè)人員數(shù)量，大幅減少采場作業(yè)人員暴露在采場的總和時間量，降低采場作業(yè)安全風險，保障采場生產(chǎn)安全，大幅減少采場安全事故，為公司的可持續(xù)性平穩(wěn)發(fā)展，以及西部地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定做出貢獻。

1.2 采礦技改研究技術路線

根據(jù)哈圖金礦開采技術條件，本研究將通過現(xiàn)場資料收集、調查分析以及相關現(xiàn)場及室內(nèi)試驗，結合現(xiàn)有普通上向水平分層充填法開采技術現(xiàn)狀，獲得哈圖金礦礦巖物理力學性能參數(shù)、礦巖體質量等級、巖體穩(wěn)定性狀況、井下開采難題。

然后，以此為基礎數(shù)據(jù)采用三維巖土仿真模擬分析軟件，進行采場結構參數(shù)、回采順序數(shù)值模擬優(yōu)化，確定合理的采場長度、寬度、最大控頂高度及采場間回采順序。同時，依據(jù)基礎數(shù)據(jù)資料開展采場支護技術研究，確定合理的支護技術和相應工藝參數(shù)。接著，根據(jù)采場結構參數(shù)模擬分析結果以及采場支護工藝技術，進行機械化上向水平分層充填采礦法具體回采工藝以及設備配套研究。

最后，根據(jù)哈圖金礦生產(chǎn)狀況，選擇一中段采場進行整體規(guī)劃，并選擇一典型礦塊作為機械化開采試驗采場，提交采場的采準施工設計，并對采場施工、鑿巖、落礦、充填、出礦進行現(xiàn)場指導，跟蹤統(tǒng)計鑿巖效率、出礦效率、充填、貧化損失指標，檢驗評價項目研究成果。

2 盤區(qū)機械化開采現(xiàn)場應用

2.1 采礦技改礦塊開采技術條件及現(xiàn)狀

(1) 開采技術條件。齊I礦區(qū)主體構造為近東西走向的斷裂帶及次級共軛斷裂裂隙，725中段E12至E17線的主要礦脈為L27-08、L27-14金礦脈主要賦存于其間，局部斷層破碎帶內(nèi)較破碎。礦體存在尖滅側現(xiàn)現(xiàn)象。礦體上下盤圍巖主要由蝕變玄武巖組成，少量蝕變凝灰?guī)r及石英脈組成。礦體走向70°～ 80°，礦體長約200 m，礦體平均厚度約6.5 m，傾角55°～ 75°，平均品位5.5 g/t。

(2) 工程現(xiàn)狀。725中段主要采用普通上向水平分層充填法開采，采場長度40～50 m，寬度為礦體厚度，高度為中段高度(約48 m)，頂?shù)字? m，間柱5～6 m。目前，中段內(nèi)大部分礦段正在回采。其中，11～18線C15270812采場已采高35 m(含底柱，下同)；C15270813采場下盤一步采場已采高33 m，靠近上盤的二步礦體還未開采；C15270814采場已采高20 m；C15271416采場已采高25 m；C15271417采場已采高36 m。各采場內(nèi)順路溜礦井、人行通風天井及充填井都能正常使用。

2.2 盤區(qū)機械化開采方案設計

2.2.1 采場結構參數(shù)與采切布置

盤區(qū)機械化上向水平分層充填法是將3采場劃分為一個盤區(qū)，通過在脈外施工斜坡道和溜礦井以改造現(xiàn)有采準系統(tǒng)(見圖2)，滿足無軌出礦設備——鏟運機出礦要求。

(1) 結構參數(shù)。根據(jù)開采現(xiàn)狀和采準工程情況，采用盤區(qū)機械化上向水平分層充填法開采725中段11～18線剩余礦體時，原則上不對采場結構參數(shù)進行大的調整。因此，在回采C15270813采場上盤二步礦體時，將該采場兩側的間柱一同回采，采場長度將增加到47 m；在回采C15270814采場時，將其與C15271416采場的間柱一并回采，采場長度將增加到58 m；其余采場的結構參數(shù)不進行調整。

(2) 采切布置。725中段11～18線剩余礦體的采切工程盡可能利用現(xiàn)有工程，設計的主要新工程有：斜坡道、分段平巷、溜礦井、采場聯(lián)絡巷。為保證鏟運機的高效運行，作為試驗采場，初期將巷道坡度均控制在20%以內(nèi)。在巖體穩(wěn)固性較差的地段，采用錨網(wǎng)支護。首先自725中段施工11～18線脈外主運輸巷、溜礦井，可同時施工725中段至773中段的斜坡道。當斜坡道施工至溜礦井附近時，應及時與溜礦井先行貫通。其中，與2#溜礦井貫通后，可同時施工采場聯(lián)絡巷至C15270813采場上盤二步礦體。

2.2.2 回采工藝

在豎向上分段、分層自下而上依次回采；盤區(qū)內(nèi)采場之間呈階梯超前回采，要求超前回采高度不小于10 m(5個回采分層，分層高度2 m)。采場依次呈階梯超前回采。采場最大控頂高度3.5 m。

(1) 鑿巖爆破。采用淺孔落礦方式，鑿巖采用YT-28鑿巖機。落礦高度2.0 m，控頂高度3.5 m。頂板穩(wěn)固性好時，采用上向傾斜孔落礦；頂板穩(wěn)固性較差時，采用水平孔落礦。炮孔孔距1～1.2 m，排距0.8～1 m，孔深2～2.5 m，矩形布孔或梅花形布孔。鑿巖結束后，清潔炮孔，采用人工裝填2#巖石炸藥，起爆器配導爆管非電擊發(fā)針擊發(fā)導爆管雷管，導爆管雷管再引爆導爆索，由導爆索起爆每個炮孔中敷設的導爆管雷管，引爆炸藥。

(2) 采場通風。爆破作業(yè)后，先進行通風，新鮮風流通過斜坡道-分段平巷-采場聯(lián)絡巷進入采場，污風通過充填回風井-上中段的平巷-礦山回風井排出。

(3) 采場頂板管理與支護。采場支護和頂板管理應隨回采工作的推進及時進行。在采場回采的過程中，采場頂板支護以錨桿+雙筋條為主要支護手段(支護方案見圖CSXBHJ-HT01-11)，輔以錨網(wǎng)和圓木支護等形式。

(4) 采場出礦。采場支護排險完成后，可采用1 m3鏟運機出礦。

(5) 充填。采場分層出礦結束、經(jīng)驗收合格后，架設充填管、順路溜礦井，砌筑好充填擋墻，充填料漿經(jīng)充填鉆孔下放至773中段主運輸巷，然后接分支塑料軟管，由采場充填通風井(或斜坡道-分段平巷-采場聯(lián)絡巷)輸送至采場內(nèi)，先用低灰砂比充填料漿膠結充填1.5 m，然后用較高灰砂比膠結充填澆面0.5 m。待充填體養(yǎng)護3～7 d后進行下一分層的采礦、出礦、充填作業(yè)。

2.2 盤區(qū)機械化主要技術經(jīng)濟指標

為了提高盤區(qū)生產(chǎn)效率，消除或降低回采與充填之間相互影響的制約關系，采用盤區(qū)作業(yè)的生產(chǎn)組織方式，3個采場交替作業(yè)，即1個采場充填養(yǎng)護時，另2個采場采礦、出礦。盤區(qū)機械化技改前后主要技術經(jīng)濟指標如表1所示。

表1 哈圖金礦盤區(qū)機械化技改前后主要技術經(jīng)濟指標

從表1可以發(fā)現(xiàn)，通過引入鏟運機出礦，采取盤區(qū)式開采，采場生產(chǎn)能力提高了一倍多，回采周期進一步縮短，采場作業(yè)人員減少了，回采安全性得到明顯改善。該試驗成果顯著，為一種安全高效的采礦方法，已在礦山全面推廣應用，將礦山的同時作業(yè)采場數(shù)減少一半至15個，作業(yè)安全性提高一倍。

圖2哈圖金礦機械化上向水平分層充填法

3 結 論

(1) 針對哈圖金礦存在兩大方面的問題：采礦作業(yè)戰(zhàn)線長、采場間作業(yè)相互影響大、生產(chǎn)管理難度大，采礦效率低、周期長、采場內(nèi)作業(yè)人員數(shù)量多、安全風險高，進行了相關采礦技改研究，設計采用盤區(qū)機械化上向水平分層充填法代替現(xiàn)有采礦方法。

(2) 通過引入鏟運機出礦，采取盤區(qū)式開采，采場生產(chǎn)能力提高了一倍多，回采周期進一步縮短，采場作業(yè)人員減少了，回采安全性得到明顯改善。該試驗成果顯著，為一種安全高效的采礦方法，已在礦山全面推廣應用，將礦山的同時作業(yè)采場數(shù)減少一半至15個，作業(yè)安全性提高一倍，企業(yè)生產(chǎn)和安全管理的緊張局面得到有效緩解。

總之，該盤區(qū)機械化上向水平分層充填法為本礦提供了一種安全高效的采礦工藝方案，也值得類似礦山推廣應用。