干式充填法在五龍溝金礦薄礦體回采中的應(yīng)用研究

祁煥斌，李新本

(1.青海省第六地質(zhì)勘查院，青海 格爾木 816000；2.青海省金礦資源開發(fā)工程研究中心，青海 格爾木 816000)

在五龍溝金礦礦山開采中，礦體賦存復(fù)雜多變，薄礦體占比重，薄礦體回采技術(shù)難度大，薄礦體的礦石回采率與采礦方法的選擇關(guān)系很大，直接影響著礦山的經(jīng)濟效益和綠色礦山建設(shè)指標的完成率。選擇合理的采礦方法對礦山的可持續(xù)發(fā)展作用很大。結(jié)合SM2礦體賦存條件，通過對比選擇出干式充填采礦法，且在礦山應(yīng)用實踐。

1 礦體特征與開采技術(shù)條件

1.1 礦體賦存特征

五龍溝金礦SM2礦體呈連續(xù)的條帶狀，具波狀彎曲和分支特點，且向深部礦體產(chǎn)狀有變陡的趨勢。礦體真厚度變化系數(shù)80.29%，礦體真厚度為0.87～2.76 m，平均品位3.13×10-6，最高品位13.5×10-6，品位變化系數(shù)81.79%。礦體傾向33°～65°，傾角57°～68°。

1.2 開采技術(shù)條件

礦坑涌水量較小，坑道中多以滴水形式涌出，礦床開采過程產(chǎn)生突水危險性較小，礦體頂?shù)装鍨閴K狀結(jié)構(gòu)堅硬-半堅硬侵入巖組，圍巖穩(wěn)固性差，礦體由大理巖、糜棱巖化斜長花崗巖組成，呈中細粒粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，巖石質(zhì)量中等，穩(wěn)固性中等。

2 開采現(xiàn)狀

五龍溝金礦井下采用平硐+溜井的開拓方式，現(xiàn)主要采用空場法和無底柱分段崩落法，綜合礦石損失率為15%、礦石貧化率20%，采空區(qū)均已通過自然冒落或強制崩落圍巖方式進行處理，現(xiàn)基本沒有采空區(qū)。

3 采礦方法選擇

根據(jù)采場礦體賦存條件及開采技術(shù)條件，原則上空場法、崩落法、充填法[1]均可使用。本次方案將充填法與礦山現(xiàn)采用的采礦方法進行比較分析。礦體穩(wěn)固性中等、圍巖穩(wěn)固性差的薄礦體不易采用空場法。因尾礦庫離采區(qū)較遠，考慮到充填成本，不建議采用尾砂膠結(jié)充填[2]。因此以干式充填采礦法[3]和無底柱分段崩落法進行對比(表1)。

表1 干式充填采礦法和無底柱分段崩落法參數(shù)對比

開采品位較高的富礦、價值較高的貴金屬以及國家稀缺金屬的礦石采用回收率較高的采礦方法，在回采時不僅要提高礦石質(zhì)量和合理利用地下資源，還需降低貧化率和損失率，從而保證金屬礦山企業(yè)獲得最大經(jīng)濟效益。

綜上分析，再考慮綜合利用地下礦產(chǎn)資源及黃金屬于貴金屬，故選用干式充填法。

4 干式充填法實施方案

4.1 采場結(jié)構(gòu)

礦房采用沿走向布置的干式充填法(圖1)，先采礦房再采礦柱，礦房自下而上分層回采，隨著工作面的向上推進，逐層充填采空區(qū)來維護圍巖。此次采用上向水平分層充填法[4]，采場寬40 m、階段高度40 m、頂柱和底柱厚4 m、回采間柱7 m。

圖1 礦房沿走向布置的干式充填采礦方法示意圖Fig.1 Schematic diagram of dry filling mining method arranged along the strike of the mine house

4.2 采準切割工作

采準工作主要有運輸巷、人行井、溜井、沿脈巷、充填井、聯(lián)絡(luò)巷等。

利用現(xiàn)有各中段運輸巷，斷面尺寸能夠滿足使用；每個采場需兩個人行井，人行井布置在下盤礦體邊界處，斷面為圓形，內(nèi)徑1.5 m，傾角大于60°，在回采間柱時改為充填井；為增大生產(chǎn)能力及以免一個溜井發(fā)生堵塞或破壞影響生產(chǎn)，采場設(shè)置兩個溜礦井，斷面為圓形，內(nèi)徑1.5 m，用混凝土澆灌，澆灌厚度200 mm，傾角大于60°，下口與放礦沿脈相通，并設(shè)置放礦閘門；沿脈巷，沿礦體走向設(shè)置，供鏟運機或小型礦用汽車運礦；充填井布置在礦房中央靠上盤，有利于充填料在礦房中的自然鋪設(shè)，上部出口與上中段運輸巷間接連通，斷面為圓形，內(nèi)徑1.5 m，傾角大于60°便于充填料因重力順利傾倒至采空區(qū)內(nèi)，同時充填井擔(dān)負升降設(shè)備和爆破器材作用；在人行井每隔5 m垂直高度布置一條聯(lián)絡(luò)巷，斷面1.5 m×2 m，兩個人行井內(nèi)的聯(lián)絡(luò)巷交錯布置，在回采采場礦石時作為人行通道，在回采間柱時作為施工炮孔的作業(yè)空間。

4.3 回采工作

4.3.1 回采順序

回采工作按分層逐層進行回采，每采完一層立即充填一層，工作空間保持在2 m的高度，每一次回采作業(yè)是相同的，包括落礦、撬毛、拉運礦石、充填、澆灌混凝土底板、護壁及溜井。

4.3.2 鑿巖爆破

1)采場下部拉底部巷道(自由空間)，首先以拉底空間水平的聯(lián)絡(luò)巷施工切巷和采場溜井連通，并施工至礦體邊界處(底部空間邊界)，以切巷作為補償空間，利用無切井拉槽法(采用楔形對稱平行深孔[5]拉槽)和扇形中深孔聯(lián)合爆破[6](圖2)，裝藥爆破逐次形成落礦底部自由空間。

圖2 無切井拉槽法和扇形中深孔聯(lián)合爆破示意圖Fig.2 Schematic diagram of the combined blasting without slot cutting method and fan-shaped medium and deep holes

無切井拉槽法楔形對稱平行深孔(圖3)拉槽，以采場切巷為自由面，用楔形對稱平行深孔進行爆破，逐次爆破至拉底邊界高度。以楔形對稱平行深孔爆破形成的空間為自由面，對扇形中深孔依次爆破，最終形成底部空間，并在地板上澆灌一層0.3 m的鋼筋混凝土作為下階段回采的保護層。

圖3 無切井拉槽法楔形對稱平行中深孔示意圖Fig.3 Schematic diagram of wedge-shaped symmetrical parallel mid-deep hole without slot cutting method

2)采場回采，中段高度40 m，4 m為一個分層，每個中段由10個分層組成，回采時暫不回采頂、底柱所在分層，采用上向平行炮孔落礦，孔深4 m，孔距1.5 m，孔徑42 mm，前后炮孔錯開排列，以充填井為自由面布置炮孔(圖4)，邊孔孔距1.8 m布局，距離間柱0.5 m，邊孔采用光面爆破，每個回采分層一次性或多次爆破，適當(dāng)?shù)募哟笈诳酌芏?，減少大塊率。

圖4 炮孔布置示意圖Fig.4 Schematic diagram of blast hole layout

在技術(shù)上和炮孔施工及爆破時嚴格控制，炮孔間距、孔底距等參數(shù)的選擇和爆破效果有直接的影響，從而影響施工進度和生產(chǎn)能力，同時也大大降低了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

4.3.3 出礦

出礦采用電耙+溜礦閘門+小型礦用汽車運輸至主溜井中，平均每班生產(chǎn)能力可以達到120 t，在充填時電耙可以將礦房中的充填料和鋪設(shè)混凝土底板料鋪平。

4.3.4 充填工作

礦房充填時采用干式充填[7-8]，充填料采用地表堆積的廢石及掘進巷道所產(chǎn)生的廢石，經(jīng)破碎處理后通過充填井，溜至采空區(qū)內(nèi)，由電耙鋪設(shè)至所需高度。

在充填之前先澆筑混凝土間柱護墻、溜礦井井壁。礦房內(nèi)礦石全部運輸完畢后，先進行溜井井壁和間柱護壁支模板，采用不拆卸混凝土預(yù)制板，再進行混凝土澆筑，待混凝土強度符合要求后進行充填工作。支護溜井井壁0.25 m，間柱護壁為0.5 m，間柱施工護壁是為了下一步回采間柱時，防止礦房內(nèi)的充填料混入礦石內(nèi)，增大貧化率。

充填至所需高度后進行澆灌混凝土底板，作用是避免粉礦掉入充填料內(nèi)從而使礦石貧化和損失，同時為下個回采分層回采時提供有利條件以提高生產(chǎn)率和降低采礦成本，混凝土厚度8 cm，在澆筑5 cm后鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)片(Φ6.5 mm鋼筋間距 30 cm×30 cm)，再在鋼筋網(wǎng)上部澆筑3 cm混凝土。為降低回采時間應(yīng)采用噴漿法，水泥和砂的體積比例為1∶3，選用強度等級為C325的水泥，加入適量的石膏，下一次落礦作業(yè)之前混凝土軸向抗壓強度應(yīng)不小于20 kg/cm2，即鋪設(shè)2個臺班后能達到相應(yīng)效果。設(shè)備采用JZC-500型混凝土攪拌機進行攪拌，插入式振動棒進行振搗。澆筑時先墻后拱、分層澆筑、充分振搗，墻部澆筑要求均勻進行，以防跑模。

4.3.5 頂、底柱的回采

在一個中段回采結(jié)束后回采頂柱(圖5)，頂柱與上中段采場底柱聯(lián)合回采的方式，將頂、底柱分為2個分層回采，每層4 m，回采頂柱時以充填井為自由面，回采上中段采場底柱時以溜礦井為自由面進行回采，充填時通過沿脈巷將充填料送入采場空區(qū)。

圖5 頂柱回采示意圖Fig.5 Schematic diagram of top pillar recovery

4.3.6 間柱的回采

回采頂、底柱結(jié)束后，首先施工拉底巷，利用無切井拉槽法(采用楔形對稱平行深孔拉槽)和扇形中深孔爆破，裝藥爆破逐次將自由空間抬至設(shè)計高度，形成間柱落礦底部自由空間，并在地板上澆灌一層0.3 m的鋼筋混凝土作為下階段回采的保護層。回采間柱(圖6)，利用人行井聯(lián)絡(luò)巷作為作業(yè)空間，傾斜扇形中深孔爆破落礦方式回采間柱，隨著落礦高度的提升，下部人行井已破壞，鑿巖設(shè)備、爆破材料的運送從人行井，從上中段自上而下送至作業(yè)面，逐次提升至回采完上中段間柱，最終出礦完畢后一次性廢渣充填回采間柱所形成的空區(qū)。

圖6 間柱回采示意圖Fig.6 Schematic diagram of mining between pillars

5 技術(shù)經(jīng)濟指標

1)采礦損失率

礦房、礦柱、頂板全都能回采，因礦體屬薄礦體，充填法回采時采礦損失率會相對增大。設(shè)計要科學(xué)合理，并嚴格按照設(shè)計施工，回采過程中加大技術(shù)監(jiān)管力度，盡可能地降低損失率。礦石損失率為9%。

2)礦石貧化率

礦房回采時，礦體邊界處進行光面爆破，在充填過程中杜絕充填料的溢流，盡可能地降低礦石貧化率。礦石貧化率為13%。

3)礦石質(zhì)量指標

礦石損失率為9%，回收率為91%，采出礦石品位為2.85 g/t。

干式充填法對支撐圍巖和管理地壓是一種較有效方法，混凝土護壁和廢石破碎充填[9]整個采空區(qū)，確保了圍巖的穩(wěn)固性，保證了井下安全生產(chǎn)作業(yè)，同時相對于無底柱分段崩落法降低了損失率6%和貧化率7%，尤其是對于回采薄礦體優(yōu)點更突出。利用礦山廢渣就地充填，減少了井下廢石的運輸費用，緩解了井下運輸、提升的壓力，扭轉(zhuǎn)了采掘比例失調(diào)的被動局面。

6 結(jié)論

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，國家對礦產(chǎn)資源利用和綠色礦山建設(shè)的要求增大，同時對相關(guān)指標提出了要求，干式充填法的應(yīng)用有效地解決了損失、貧化大的問題，廢石就地充填符合綠色開采技術(shù)。五龍溝金礦干式充填法應(yīng)用效果很好，在回采時各參數(shù)的選擇、落礦工藝、充填工藝是可行的，為五龍溝金礦回采傾斜或急傾斜薄礦體時，解決了貧化高損失多的技術(shù)難題，干式充填法的初步應(yīng)用取得了良好的技術(shù)指標。