不穩(wěn)固緩傾斜薄至中厚礦體上向進路充填采礦法

賴 偉，郭勤強，柳小勝，劉婉瑩

(1.長沙礦山研究院有限責任公司，長沙 410012；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 洛陽 471023；3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，長沙 410012)

1 工程概況

某金礦床屬破碎帶蝕變巖型金礦，礦體產(chǎn)出嚴格受構(gòu)造控制，礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙內(nèi)高嶺土、方解石充填，近上盤礦巖蝕變加強，更為破碎松軟，礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡單。礦體局部有分支復合現(xiàn)象，在主礦體上盤有小型次生礦脈。礦體厚度為2～10 m，礦體傾角約20°，礦體品位約2.63 g/t。

礦山原采用淺孔留礦法和底盤階梯式漏斗留礦采礦法，由于礦體不穩(wěn)固，采場拉底擴漏后，上采一部分后，采場剩余部分未采動礦體自然崩落，但是礦體上盤圍巖也不穩(wěn)固，冒落無法控制，導致采礦貧化率和損失率均特別大，出礦品位≤1.5 g/t，并且安全問題突出。

因此，礦山進行了采礦方法優(yōu)化研究，通過調(diào)研國內(nèi)外類似礦山采礦方法[1-8]，經(jīng)過技術(shù)方案制定和比選，確定采用上向進路充填采礦法，通過開展工業(yè)試驗研究驗證，該方法適應礦山開采技術(shù)條件。

2 上向進路充填采礦法工業(yè)試驗

2.1 礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)

礦塊工程布置見圖1，礦塊沿礦體走向布置，礦塊長度為40 m，寬度為礦體厚度，中段高度40 m，采場之間不留間柱和底柱。當?shù)V塊處于空場法轉(zhuǎn)充填法過渡中段，留4～6 m頂柱，在下部進路全部回采完成后，和上分段的底柱一起回收，采用小分段窄間距分段崩落法回采；當?shù)V塊處于充填法中段之下時，留4～6 m頂柱，上部中段自下的第一、二分層回采時構(gòu)筑人工假底，頂柱在假頂保護下回采，所留頂柱分為兩個分層回采，采用上向窄進路充填法回采。

圖1 采場工程布置Fig.1 Engineering layout of test stope

分段高度10 m；分層高度3～4 m；進路寬度3～4 m，具體參數(shù)根據(jù)礦巖條件調(diào)整。

由于礦體直接頂板極不穩(wěn)固，當?shù)V體水平厚度≥15 m時，為縮小單次揭露上盤圍巖面積，降低支護難度，提高回采安全性，垂直礦體走向布置進路，進路長度為礦體厚度；當?shù)V體水平厚度<15 m時，進路沿走向布置。第1分段進路沿走向布置，第2～4分段進路垂直走向布置。

2.2 采準切割工程布置

主要工程有：斜坡道、分段平巷、分層聯(lián)絡(luò)道、溜礦井及聯(lián)絡(luò)道、充填回風井及聯(lián)絡(luò)道、分層切割巷。除分層切割巷外，其余工程均布置于礦體下盤，通過斜坡道聯(lián)絡(luò)分段巷道，再通過分層聯(lián)絡(luò)道進入礦體。

2.3 回采工藝

中段和分段自下而上回采，分層內(nèi)進路采用隔一采一的兩步驟回采方式。如圖2所示，根據(jù)礦體穩(wěn)固性、進路斷面大小以及緩傾斜礦體特性采用不同的回采方式。

圖2 回采工藝圖Fig.2 Diagram of mining technology

1)類巷道掘進式回采工藝

當?shù)V體穩(wěn)固性較差時，進路回采采用類巷道掘進回采工藝，全斷面一次回采。

鑿巖：采用淺孔落礦方式，鑿巖采用7655型鑿巖機，鉆鑿水平孔，炮孔深度2.2 m，炮孔直徑40 mm。進路回采與巷道掘進鑿巖方式類似，采用螺旋形掏槽，掏槽區(qū)布置兩個空眼，空眼超深200 mm，掏槽眼間距100～250 mm，輔助眼間距400～600 mm，周邊眼間距600～700 mm，炮眼眼底要求落在同一深度的平面上。為了減少超采和頂板支護工作量，進路頂板和兩側(cè)采用光面爆破。

采用人工裝填乳化炸藥，拉槽區(qū)炮孔裝藥系數(shù)0.7～0.8，輔助眼裝藥系數(shù)0.6～0.7，周邊眼裝藥系數(shù)0.4～0.6。為了提高拉槽爆破質(zhì)量，在拉槽空眼底裝一條排渣藥，在拉槽眼爆破之后起爆。起爆采用數(shù)碼電子雷管，采用毫秒微差間隔，拉槽區(qū)先爆，輔助眼后爆，周邊眼最后爆破。

2)二步驟進路分層交叉接頂壓頂回采工藝

當?shù)V體穩(wěn)固性較好時，為提高回采效率和降低采礦成本，分層二步驟進路在即將轉(zhuǎn)層時，充填不接頂，二步驟進路預留0.5 m左右高的空區(qū)作為上一分層礦體爆破的自由面和補償空間。轉(zhuǎn)至上一分層后，立即進行下分層二步驟進路對應的上分層進路回采，回采采用壓頂爆破方式，回采完成后接頂充填。具體見長沙礦山研究院有限責任公司授權(quán)專利[9](授權(quán)號：ZL201110244788.7)。

3)先期導硐后期擴壓回采工藝

當進路斷面大時，為了縮短最終頂板的暴露時間并降低爆破對頂板的損傷，先回采一個進路全長的小斷面進路，斷面大小以巷道能自穩(wěn)、不支護為佳，然后再擴幫壓頂至最終進路斷面。先期導硐斷面2 m×2 m至2.5 m×2.5 m，終期斷面3 m×3 m至4 m×4 m。

4)進路近上盤楔體礦回采工藝

由于礦體傾角緩，為降低貧化率，下層進路回采時，壓頂回采上層進路靠上盤的尖角，以高度≤5 m為限，壓頂高度≯2 m，壓頂采取后退式回采，步距2～4 m，采取強采強出強充的組織方式。

2.4 采場通風

爆破作業(yè)后，先進行通風，等待時間≥30 min，在檢查確認井下空氣質(zhì)量合格后，方準作業(yè)人員進入爆破作業(yè)地點。新鮮風流通過分段平巷至分層聯(lián)絡(luò)巷進入分層進路，污風通過充填回風井從上分段的分段平巷返回至礦山回風井。進路回采屬于盲巷通風，采用壓抽混合式通風。

2.5 采場頂板管理與支護

排險工進入作業(yè)地點后，應由外而內(nèi)進行采場排險；撬掉采場兩幫松石；大塊浮石如人工無法撬下，則采取爆破強制崩落。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，以噴漿和錨網(wǎng)支護為主要支護方式，特殊地段輔以支柱、支架、錨網(wǎng)噴聯(lián)合等支護方式。

2.6 采場出礦

采用1 m3電動鏟運機出礦，鏟運機搬運礦石至溜礦井。

2.7 進路充填

1)充填體強度結(jié)構(gòu)

一期進路充填體的單軸抗壓強度要求≥1.0 MPa；二期進路充填體的單軸抗壓強度要求≥0.6～0.8 MPa(能凝固)；為滿足上分層作業(yè)要求，提高充填接頂率，保證接頂效果，充填接頂時采用高強度充填體，頂部高強度充填高度0.5 m，進路下層充填和接頂充填應分次進行，充填體的單軸抗壓強度要求≥1.5 MPa。

2)充填管道架設(shè)

進路出礦結(jié)束、經(jīng)測量及驗收合格后，架設(shè)充填用管道，DN125的PVC充填料漿輸送管1根，DN25的PVC排氣管1根(兼做接頂指示管)，DN25進路充填料漿料位指示管1根，其中排氣管架設(shè)于進路最高點，充填管架設(shè)于下部，保證排氣管高于充填管10 cm，指示管位于進路分層充填結(jié)束和接頂充填開始位置高度[10]。

3)充填擋墻構(gòu)筑

材料包括鋼管立柱和橫撐，Φ10 mm直徑圓鋼焊接的網(wǎng)度10 cm×10 cm鋼筋網(wǎng)片與300 g/m2土工布，16#鋼絲，雜木板及木楔。充填擋墻砌筑在采場進路口，既要確保分層巷道的跨度不增加太大，又要確保擋墻的立柱固定在穩(wěn)固區(qū)域。位置確定后，先架設(shè)立柱和橫撐管架，間距500 mm；然后將鋼筋網(wǎng)片固定于管架上，網(wǎng)片布滿整個擋墻斷面；最后鋪設(shè)土工布，采用木楔將土工布固定于進路幫壁，以防充填料漿泌水軟化擋墻周邊巖石，導致充填料漿泄露，土工布向進路擋墻內(nèi)側(cè)鋪設(shè)的長度要求≥1 m。擋墻砌筑完畢后，附近采場爆破作業(yè)時應做好防護工作，以避免爆破沖擊波破壞擋墻。

4)充填

因進路斷面相對較小，單進路單次充填量較少，采用多條進路交替充填的方式，延長充填站單次作業(yè)時間。一次充填高度控制在1.0～1.5 m，待充填體凝固后方可繼續(xù)充填，以防充填擋墻受力過大。進路接頂部分充填獨立進行，宜在充填開始時或中間進行，嚴禁在充填結(jié)束時進行。

3 工業(yè)試驗效果

在礦山2-4線礦塊進行了工業(yè)試驗，礦塊礦量約20萬t，地質(zhì)品位2.65 g/t。

進路式充填采礦法能夠控制頂板暴露跨度和暴露時間，采取的二期進路分層交叉接頂壓頂回采工藝和先期導硐后期擴壓回采工藝，回采后采空區(qū)如圖3所示。有效地降低了爆破對進路頂部巖體的損傷，進路最終頂板暴露時間大幅縮短，降低了支護難度，提高了進路回采安全性。采用壓頂回采工藝，大幅提高了回采落礦效率，其中部分進路還試驗了一次全長挑頂作業(yè)方式，效率較壓頂方式更高，但是進路終期頂板穩(wěn)定性控制效果差，穩(wěn)固性差的礦體不宜采用。

圖3 采空區(qū)Fig.3 Mining goaf

二步驟進路回采時，周邊孔距離一步驟進路充填體的孔距≥0.5 m時，崩落礦石大塊少，充填體側(cè)幫規(guī)整，基本不片落(圖4)，控制了因充填體爆破損傷混入造成的礦石貧化。

圖4 充填體側(cè)幫Fig.4 Side wall of backfill

土工布鋼骨架式柔性透水擋墻(圖5)，構(gòu)筑效率3工班/座，能夠耐受一次3 m高度充填料漿的壓力作用。充填過程中宜分段充填，并嚴密觀測擋墻的受力情況。在充填料漿終凝后，擋墻構(gòu)筑材料可全部回收利用。

圖5 充填擋墻Fig.5 Backfill retaining wall

根據(jù)已回采進路統(tǒng)計數(shù)據(jù)，主要技術(shù)經(jīng)濟指標：采掘比7.68 m/kt、40.64 m3/kt，進路生產(chǎn)能力105 t/d，炸藥單耗0.30 kg/t，雷管單耗0.27發(fā)/t，采礦貧化率≤4.3%，采礦損失率≤3.7%，提高出礦品位近1 g/t，降低損失率30%以上。

4 結(jié)論

礦山從空場法優(yōu)化為上向進路充填采礦法，通過工業(yè)試驗驗證，能夠適應礦體形態(tài)多變和礦巖不穩(wěn)固等開采技術(shù)條件。

相比原淺孔留礦法和底盤階梯式漏斗留礦法，上向進路充填采礦法可大幅度降低礦石損失率和貧化率，提高資源綜合利用率，有效延長礦山服務(wù)年限，提高礦山綜合經(jīng)濟效益。