深部厚礦體低貧損分段崩落法技術研究

賈 珍，原少潔

(棲霞市金興礦業(yè)有限公司，山東 煙臺 265300)

0 引 言

礦產資源是在國民經濟發(fā)展中具有舉足輕重的地位，隨著淺層地表資源的枯竭，目前國內大部分礦山已逐步轉向地下深部開拓延深，有的深度已超千米[1]。此外，礦體賦存環(huán)境千差萬別，采礦方法分為空場法、崩落法、充填法三大類，且各類采礦方法各有其缺點和自身的最佳適用條件，一井之內也有適當調整，采礦方法選擇的正確與否，是決定一個礦山企業(yè)生產經營效果好壞的重要因素之一[2-3]。

某礦7#礦體埋藏深度大，圍巖穩(wěn)固性差，以往采用上向干式充填采礦法，采空區(qū)頂板圍巖冒落嚴重，危及設備和人員安全，存在較大的安全隱患。該礦開采轉為深部后，7#礦體厚度增大，圍巖裂隙發(fā)育，礦山壓力作用變強，繼續(xù)使用上部的干式充填方法，出現(xiàn)了礦石貧化損失大、頂板控制比較困難、效率低、作業(yè)環(huán)境差等缺點。鑒于以上問題，該礦-350 m以下水平采用低貧損分段崩落法，來替代-350 m以上水平采用的上向干式充填采礦法，以改善上向干式充填采礦法在該礦深部開采中存在的缺陷，因此，加強該礦7#礦體采場結構參數(shù)優(yōu)化技術研究具有重要意義[4]。

1 工程概況

該礦的7#礦體屬中溫熱液破碎帶蝕變巖型金礦床，礦體位于招平斷裂帶中段，主要產于斷裂帶的黃鐵絹英巖化碎裂巖，平均水平厚度13.25 m，傾角50°，平均品位6.70 g/t，礦體總體產狀穩(wěn)定，水文地質條件簡單。礦石類型為含金黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖，物質成份和礦石類型簡單，屬于低硫低品位礦石，可選性能良好，7#礦體頂?shù)装鍑鷰r均為黃鐵絹英巖化碎裂巖、蝕變閃長玢巖，礦體與頂?shù)装鍑鷰r無明顯地質界線。

2 采礦方法選擇

2.1 現(xiàn)有采礦方法存在的問題

該礦自投產以來，一直沿用水平分層干式上向充填采礦法，三期工程(-270 m中段以下)也沿用水平分層上向干式充填采礦方法。但是深部礦體厚度較大，圍巖條件差，礦房冒頂現(xiàn)象時有發(fā)生，支護成本和支護工作量大大增加，使得安全生產受到嚴重威脅；留設的支撐礦柱增大了礦石損失，當?shù)V體厚度超過7 m時，采場留設的頂柱和保安礦柱礦量損失高達15%～27%，且隨著礦體厚度的增大而增大；充填工藝復雜，綜合成本較高?？梢姼墒匠涮罘ㄔ谠摰V深部已經不再適用[5]。

7#礦體淺部使用的水平分層上向干式充填采礦法，采場結構如圖1所示，其具體工藝流程為，沿走向布置采場，采場尺寸為長28 m，垂高約40 m。

圖1 干式充填法采場結構示意圖Fig.1 Sketch map of stope structure with dry filling method

2.2 采礦方法選擇

1) 空場法。該礦礦體上盤有一厚層泥巖，不穩(wěn)固，節(jié)理裂隙發(fā)育，易垮落；礦區(qū)淺部礦體采用充填法已經回采，性質不易把握。因此，空場法不能被列入候選范圍[6]。

2) 充填法。從工藝上說，充填法是一種全能的采礦方法，具有回采率高，貧化低，采選綜合效益好，對地表不會構成嚴重破壞等優(yōu)勢，但工藝相對復雜，回采成本中增加了充填成本，因此，原礦成本相對較高。且該礦長期以來一直采用這種采礦方法，但隨著礦山選礦能力的科技進步，礦區(qū)地表無農田和重要民用設施，充填法對于深部厚大礦體的開采已經無明顯的技術優(yōu)勢。

3) 崩落法。按照有無底柱分為“有底柱分段崩落法”和“無底柱分段崩落法”。有底柱分段崩落法具有比較實惠的優(yōu)點，如對礦巖無特殊要求，方法靈活，工藝簡單，一步回采不留礦柱；回采率高、生產能力大、勞動生產率高、裝備要求低等，比較適用于開采礦石價值不高的礦石。無底柱分段崩落法和有底柱分層崩落法相反，具有回采率高，生產能力大，機械化程度高，采場運搬效率高，采切工程量小，放礦技術要求高等特點。

該礦是貴金屬礦床，礦體頂板比較破碎，主要考慮到分段留礦崩落法的貧化，損失較小，經濟效益好，分段無底柱分段崩落法比較適合該礦7#礦體的開采條件和企業(yè)的裝備水平。但是分段崩落法也有自身無法克服的缺陷，因此必須采場結構參數(shù)優(yōu)化，使之更好的適應該礦深部7#礦體目前面臨的深部開采難題，改進后的無底柱分段崩落法，也可稱之為“低貧損分段崩落法”。

3 低貧損分段崩落采場結構優(yōu)化

根據(jù)7#礦體賦存深部狀態(tài)以及其圍巖力學特性，結合低貧損分段崩落法開采工藝[7]，現(xiàn)場擬設計采用“頂板自然冒落、底板布置回收進路”的采場結構(圖2)。為使分段礦石損失率、貧化率較低，需要進一步優(yōu)化采場參數(shù)，即確定合理的分段高度H、崩礦步距L和進路間距S[8]。

圖2 采場結構示意圖Fig.2 Stope structure diagram

3.1 分段高度的選擇

無底柱分段崩落采礦法的采準系數(shù)和分段高度存在密切聯(lián)系，且采準系數(shù)隨分段高度的增大而減小，同時采礦的效率愈高。根據(jù)該礦7#礦體厚賦存條件和已有采掘設備情況，應選擇較大的分段高度，此時礦體垂直厚度(約20 m)在一定程度上制約著分段的高度。采場結構采用圖2布置時，其第一分段(5～7 m)內崩落的礦石在第三分段才能進行充分回收，故分段高度選擇時至少需要布置三個分段才能滿足低損失率的要求。在確定分段高度時，需要考慮不少于三個分段回采的要求，因此，分段高度應取6～7 m。

3.2 進路間距的選擇

采場結構參數(shù)中的進路間距和分段高度是相互聯(lián)系相互制約的，在一定的分段高度情況下，合理的進路間距有利于礦巖充分回收，選擇進路間距時主要應考慮放礦后脊部殘留礦石位于兩進路中部(間距不宜過大)，且脊部殘留礦石峰點在下分段放礦時首先被放出(間距不宜過小)。這就要求我們選擇適宜礦體放出率大的進路間距，可以根據(jù)放礦時礦石流動分析方法選擇合理的進路間距。

放礦時為了控制出礦品位，降低貧化率，往往兩個進路之間的礦石會有較大脊部殘留，如圖3所示，菱形布置進路的采場結構中下分段的進路應能夠充分回收上分段兩進路間的脊部殘留，且不能對上分段相鄰的脊部殘留造成較大擾動，這也是布置進路放礦時有效流動帶的邊界。

根據(jù)散體流動規(guī)律，可得出散體有效流動寬度R和進路間距S的計算式，見式(1)和式(2)。

(1)

(2)

式中：R為散體流動帶寬度；μ為系數(shù)(和放礦方式有關)；b為進路寬度；α、β為進路垂直方向散體流動參數(shù)值；H為分段高度。

采用無貧化放礦方式時，μ≈0；當采用截止品位放礦方式時，μ≈0.75；采用低貧化法放礦方式時，μ≈0.1～0.6。進路寬度取2.5 m，根據(jù)現(xiàn)場試驗可得此時端部放礦時的散體流動參數(shù)為：α=1.5940，β=0.1266。

將上述參數(shù)帶入式(2)可得式(3)。

1.26(60.797～70.797)+2.5μ

(3)

分段高度H分別取6 m和7 m時，不同放礦方式下進路間距計算結果見表1。

圖3 進路間距選擇示意圖Fig.3 Schematic diagram of route spacing selection

表1 不同放礦方式條件下進路間距計算結果Table 1 Calculation results of approach spacing under different ore drawing modes

為了最大限度地回收礦產資源，該礦采用低貧化法放礦，根據(jù)表1計算結果可知，分段高度取6 m時，進路間距為5.3～7.2 m；當分段高度取7 m時，進路間距6.2～7.8 m為宜。選擇合理的進路間距，不僅要考慮礦石貧化率，還要考慮深部回采進路承受較大的礦山壓力，進路維護困難。如果進路間距太小的話，進路穩(wěn)定性難以保證。綜合考慮進路的穩(wěn)定性和放礦貧化率，進路間距取8 m較適宜。

3.3 崩礦步距的選擇

鑿巖爆破后礦石堆體的幾何形態(tài)千差萬別，實際崩落步距的確定需要根據(jù)出礦口廢石出露的位置，如果崩礦步距過小，則廢石被礦石包裹且出露部位較低，應適當加大崩礦步距；如果崩礦步距過大，則廢石靠出礦口眉線呈“高位薄層”流出，應適當縮小崩礦步距[9]。崩礦步距對廢石漏斗出露位置的影響如圖4所示。通過現(xiàn)場觀測表明，7#礦體深部采場在進路間距8 m，段高7 m布置的情況下，廢石漏斗在端部口出露的位置較好，此時的崩礦步距約為1.1 m，故采場內確定崩礦步距L=1.1 m。

圖4 崩礦步距對廢石漏斗出露位置的影響Fig.4 The influence of the distance of ore caving on the location of the waste rock funnel

3.4 回收進路選擇

礦房底部的拉底高度對出礦品位也有較大影響，為了放礦實現(xiàn)低貧化率，需要研究合理拉底高度，選擇在-385 m分段15號進路對回收進路的出礦過程進行標定，標定點在拉底進路布置，如圖5所示?，F(xiàn)場試驗中漏斗放礦直至放出大量頂板斷層泥時停止放礦，放礦過程中不斷取樣化驗出礦品位，取樣品位變化見圖6。

根據(jù)圖6可知，回收進路初始出礦品位同后續(xù)放礦相差無幾，雖然初始采準切割量較大，但是礦石貧化率相對較低，此時最大拉底高度為4.5 m。為放礦管理簡單化，加快回收進度，可以將拉底巷道崩落的廢石同礦石一塊放出，建議加強初始放礦石品位的控制，最大限度地減少礦石的貧化，提高出礦品位。

圖5 回收進路剖面圖Fig.5 Recovery route profile

圖6 出礦品位變化直方圖Fig.6 Histogram of ore grade change

4 結 論

1) 該礦7#礦體在-350 m以下厚度迅速增大，礦體與近礦圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，在較大的地壓作用下易于冒落，可采用低貧損分段崩落法替代上向干式充填采礦法，可使安全條件得到徹底改善、顯著降低生產成本與礦石損失率。

2) 無底柱分段崩落法的礦巖摻雜主要發(fā)生在放礦口附件，而礦石損失主要為下盤殘留。因此，根據(jù)礦石移動空間條件確定放礦控制方法，同時在下盤圍巖里設置回收工程，便可有效地控制無底柱分段崩落法的礦石損失率與貧化率。

3) “低貧損分段崩落法”采用小結構參數(shù)的“自落頂、設置進路的采場結構”和低貧化法放礦方式，同時合理解決崩礦過程中的礦巖摻雜問題，比較適應深部7#礦體的開采。采場的結構優(yōu)化參數(shù)為：分段高度6～7 m，進路間距7～8 m，崩礦步距1.1 m，最大拉底高度為4.5 m，在此參數(shù)下可以實現(xiàn)7#礦體低貧損回采。