蘇尼特金礦無底柱分段崩落采礦法的優(yōu)化及應(yīng)用

張文官 馮凱

摘要：蘇尼特金礦緩傾斜—傾斜厚礦體采用無底柱分段崩落采礦法回采時(shí)，采場垂直礦體走向布置，受礦體產(chǎn)狀影響，存在采礦損失貧化大的問題。根據(jù)礦體開采技術(shù)條件，在原采礦方法基礎(chǔ)上采用多種優(yōu)化改進(jìn)方案：改直切井為斜切井，改平進(jìn)路為坡進(jìn)路，改進(jìn)路為塹溝，改切巷切井聯(lián)合拉槽為扇形中深孔爆破拉槽等。工程實(shí)踐表明，優(yōu)化改進(jìn)方案實(shí)施后效果明顯，不僅減少了工程量，降低了采掘成本，而且降低了礦石貧化率和采礦損失率，在同類礦山中具有推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：無底柱分段崩落采礦法;緩傾斜—傾斜厚礦體;切井;進(jìn)路;塹溝;扇形中深孔爆破;拉槽

中圖分類號(hào)：TD853.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2021）10-0054-05doi：10.11792/hj20211011

引 言

無底柱分段崩落采礦法具有安全性好，采礦方法結(jié)構(gòu)和工藝簡單、容易標(biāo)準(zhǔn)化，機(jī)械化程度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于礦體產(chǎn)狀較規(guī)則、穩(wěn)固性中等的急傾斜厚礦體和緩傾斜極厚礦體的開采[1-2]。但是，由于其回采巷道多為獨(dú)頭作業(yè)，導(dǎo)致工作面通風(fēng)困難;而且由于每次崩礦量小，放礦時(shí)礦巖接觸面積大，導(dǎo)致采礦損失貧化較大。對于不規(guī)則的傾斜（或緩傾斜）厚大礦體來說，使用該方法開采時(shí)的采礦損失貧化問題更為突出，嚴(yán)重影響礦山經(jīng)濟(jì)效益。因此，在無底柱分段崩落采礦法基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝改進(jìn)，降低采礦損失貧化和采礦成本十分必要。

蘇尼特金曦黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司（下稱“蘇尼特金礦”）主采礦體屬緩傾斜—傾斜厚礦體，前期為露天開采，2014年轉(zhuǎn)為地下開采，受露采坑的影響，采用無底柱分段崩落采礦法開采時(shí)，井下進(jìn)路接近露采坑部分難以布置工程，存在安全隱患，且采用該方法開采時(shí)采礦損失貧化較大。因此，在無底柱分段崩落采礦法方案基礎(chǔ)上對回采工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以適應(yīng)礦體產(chǎn)狀變化。采用優(yōu)化改進(jìn)后的無底柱分段崩落采礦法進(jìn)行開采，采礦損失率和礦石貧化率明顯降低，順利回采了局部難采礦體，既保證了采礦回采率，又降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 工程概況

蘇尼特金礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟蘇尼特右旗境內(nèi)的朱日和鎮(zhèn)，地處內(nèi)蒙古高原中部的低山丘陵草原區(qū)，地勢平坦、山勢低緩，區(qū)域海拔高度為1 200～1 460 m。

蘇尼特金礦所采Ⅱ號(hào)礦體形態(tài)呈板柱狀，總體呈北北西向展布，水平長372 m，斜長450 m，平均寬35 m，最大見礦厚度99.98 m，最小厚度3.01 m，平均厚度30.27 m;礦體向南南東深部傾伏，傾向65°～75°，傾角34°～55°，屬緩傾斜—傾斜厚礦體。賦礦標(biāo)高935～1 230 m，金平均品位1.92×10-6。礦巖普氏硬度系數(shù)f=8～10，礦石自然類型為貧硫化物石英網(wǎng)脈狀蝕變巖型，工業(yè)類型為斑巖型，以原生硫化礦石為主，極少數(shù)氧化礦石，礦石密度2.67 t/m3，圍巖密度2.60 t/m3;礦石松散系數(shù)1.55。

蘇尼特金礦于2009年開始露天開采，于2015年9月結(jié)束露天開采工程。同時(shí)，2014年開始轉(zhuǎn)入地下工程建設(shè)，歷經(jīng)2年完成罐籠豎井掘砌安裝工作，2016年下半年進(jìn)行二期基建工程，2017年進(jìn)行試生產(chǎn)，2018年基本實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)。

地下開采采用豎井開拓，單罐籠配平衡錘提升，3 t 架線電機(jī)車牽引1.2 m3側(cè)卸式礦車或0.75 m3翻斗車出礦，對角抽出式機(jī)械通風(fēng);井下中段段高60 m，各中段間通過輔助斜坡道連接，以適應(yīng)無軌設(shè)備通行需要。

2 無底柱分段崩落采礦法

Ⅱ號(hào)礦體厚大，上部覆蓋層較薄，1 130 m標(biāo)高以上礦體埋藏淺，采用露天開采。1 130 m標(biāo)高以下深部礦體，采用地下開采。根據(jù)礦體的開采技術(shù)條件，經(jīng)過方案比較，選擇采用無底柱分段崩落采礦法開采。

2.1 礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)

礦塊垂直礦體走向布置，礦塊寬50 m，長為礦體厚度。階段高度60 m，分段高度15 m，進(jìn)路間距12 m。切巷和進(jìn)路規(guī)格3.6 m×3.5 m，能滿足大型鑿巖臺(tái)車工作空間，切井規(guī)格2.0 m×3.0 m。

2.2 采準(zhǔn)切割工程

每個(gè)礦塊各布置1條礦石溜井、1條廢石溜井，在礦體下盤圍巖中布置回風(fēng)天井。進(jìn)路垂直礦體長軸方向并在上下呈菱形交錯(cuò)布置，脈外運(yùn)輸巷布置在礦體下盤的圍巖中，可減少礦石損失，改善通風(fēng)條件。

在礦體下盤開掘輔助斜坡道，以解決鏟運(yùn)機(jī)通行問題，直道坡度15 %，彎道坡度0 %，斷面（寬×高）2.6 m×2.8 m，曲線半徑為10 m。

切割工程采用切割平巷和切割天井聯(lián)合拉槽法。拉槽孔采用平行孔或近似平行孔，孔數(shù)3～4個(gè)，排間距1.2 m，孔底距1.0～1.2 m。

鑿巖采用YT28型和HT72型采礦鉆車，裝礦（巖）采用DRWJD-1型德瑞電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)，在回采工作面配置JK55-2№4.5型局扇輔助加強(qiáng)通風(fēng)。

2.3 回 采

回采工作從進(jìn)路端部切割巷道開始，自上而下分層開采，采用HT72型采礦鉆車鉆鑿上向中深孔，炮孔呈扇形布置，孔徑70 mm，邊孔角50°，排面傾角90°，每排孔11～12個(gè)，孔總長100～145 m，排距1.5 m，孔底距1.6～2.2 m，每米崩礦量4.5～5.0 t。根據(jù)各個(gè)采場巖石硬度不同，需要在切割槽與進(jìn)路間布置1排加強(qiáng)排，加強(qiáng)排距離切割槽邊緣0.8～1.0 m，炮孔參數(shù)與進(jìn)路第一排炮孔相同。爆破采用2號(hào)巖石乳化炸藥和毫秒導(dǎo)爆管，非電起爆，每次崩礦量720 t左右，一次炸藥單耗0.45 kg/t。采用DRWJD-1型德瑞電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦。

2.4 存在問題及原因分析

在采用無底柱分段崩落采礦法開采過程中，逐漸暴露出一些突出問題，主要表現(xiàn)在以下2方面：

①采礦損失貧化大;

②受露采坑影響，井下采礦進(jìn)路接近露采坑部位難以布置工程，存在安全隱患。

針對上述存在問題，及時(shí)查找原因。經(jīng)過分析，其主要原因?yàn)椋?/p>

1）無底柱分段崩落采礦法適用條件之一為規(guī)則的陡傾厚礦體，而該礦體為緩傾斜—傾斜厚礦體，采礦進(jìn)路自礦體上盤向下盤掘進(jìn)時(shí)，如果進(jìn)入下盤巖體部分的進(jìn)路短，雖能減少礦石貧化，但會(huì)造成前方礦體不能回采、上分段結(jié)存礦石不能回收，采礦損失增大;如果進(jìn)入下盤巖體部分的進(jìn)路加長，雖能保證前方礦體順利回采、上分段結(jié)存礦石能夠回收，但會(huì)增大礦石貧化，這就是損失或貧化產(chǎn)生的原因。

2）按照初步設(shè)計(jì)，露天開采與地下開采銜接部位留有10 m保護(hù)帶，為提高回采率，蘇尼特金礦決定回收該保護(hù)帶。露采坑口大底小，邊幫已風(fēng)化，在露天開采與地下開采銜接部位布置工程難度大，既存在安全風(fēng)險(xiǎn)，又會(huì)導(dǎo)致礦石損失。

3 采礦工藝優(yōu)化改進(jìn)

鑒于上述存在問題，采礦損失貧化過高將嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益，為做到既要不浪費(fèi)礦產(chǎn)資源又要不減經(jīng)濟(jì)效益，需采取切實(shí)可行措施降低采礦損失率和礦石貧化率。保護(hù)帶的施工方案既要做到技術(shù)上可行，又要保證安全上可靠。蘇尼特金礦結(jié)合現(xiàn)有開采技術(shù)條件，有針對性地對原有采礦方法進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化改進(jìn)，應(yīng)用效果明顯。

3.1 改進(jìn)方案

3.1.1 改直切井為斜切井

原采礦方法進(jìn)路端部拉槽為切巷+切井聯(lián)合拉槽，切井為直切井（傾角90°），現(xiàn)將直切井改為斜切井（傾角50°～60°）（見圖1）。采礦實(shí)踐證明，斜切井傾角只要不小于50°，就能夠保證爆下礦石及上個(gè)分段結(jié)存礦石下落。通過1401#采場直、斜切井對照圖（見圖1）可以看出，改進(jìn)方案還可以減少進(jìn)路工程量，當(dāng)斜切井傾角為59°時(shí)，每條進(jìn)路可減少7 m（82 m3）工程量，節(jié)省工程費(fèi)用3萬元，同時(shí)降低礦石貧化。

需要注意的是，利用斜切井拉槽前，宜將斜切井先擴(kuò)井，擴(kuò)井后切井呈倒三角形，然后再進(jìn)行拉槽[3]。生產(chǎn)實(shí)踐表明，因補(bǔ)償空間增大，這種方式拉槽效果更好，而且拉槽施工難度有所降低（見圖2）。

3.1.2 改平進(jìn)路為坡進(jìn)路

原采礦進(jìn)路為平進(jìn)路（坡度為0 ‰），現(xiàn)將平進(jìn)路改為坡進(jìn)路（帶坡度的進(jìn)路）（見圖3）。生產(chǎn)實(shí)踐表明，坡度不宜超過100 ‰，否則電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)礦時(shí)會(huì)變得困難。由圖3可知：隨著坡進(jìn)路的延長，在垂向上降低了采高，同時(shí)進(jìn)路端部的切井也將變短，這樣不僅減少了采掘成本，而且降低了礦石貧化率。僅以1 125 m分段1條進(jìn)路為例進(jìn)行對比，坡進(jìn)路比平進(jìn)路少采廢石3 200 t;切井減少進(jìn)尺5 m，節(jié)約工程費(fèi)用1.5萬元。若1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采場按5條進(jìn)路計(jì)算，則可少采廢石1.6萬t。

3.1.3 改進(jìn)路為塹溝

原各采礦進(jìn)路在垂向上以菱形布置，上下交錯(cuò)，上分段結(jié)存礦石自下分段進(jìn)路放出。現(xiàn)將下分段采礦進(jìn)路改為塹溝，將交錯(cuò)布置改為上下垂直對應(yīng)布置（見圖4），既解決了結(jié)存礦石的放出問題，避免了采礦損失，又減少了工程量，降低了礦石貧化。采用此改進(jìn)方案的前提是塹溝作為最底部工程在巖體中掘進(jìn)，最大目的是回收上分段結(jié)存礦石，減少采礦損失，降低礦石貧化。

3.1.4 改切巷切井聯(lián)合拉槽為扇形中深孔爆破拉槽

原采用切巷切井聯(lián)合拉槽法形成采場補(bǔ)償空間，采礦生產(chǎn)應(yīng)用比較成功，其特點(diǎn)之一是采切工程量較大?，F(xiàn)改為進(jìn)路端部扇形中深孔爆破拉槽（見圖5），免去了切巷與切井的施工，減少了工程量。充分利用露采坑邊幫臨空面，也是選用該方案的前提條件。

改進(jìn)方案采用多排扇形中深孔爆破拉槽，不需掘進(jìn)切割巷道和天井，自進(jìn)路端部開始，以進(jìn)路頂板為最初自由面，鉆鑿排孔角由小到大的扇形孔，爆破采用毫秒導(dǎo)爆管和乳化炸藥，施行排內(nèi)、排間微差爆破，爆破順序呈“V”字型（見圖5），逐步拉開切割槽。

此種拉槽法取消了施工成本高、安全性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大的切割天井和切割巷道（接近露采坑邊幫），回采工藝簡單，提高了生產(chǎn)效率，降低了采掘費(fèi)用。

3.2 應(yīng)用效果

1）經(jīng)計(jì)算，采用斜切井比采用直切井少采廢石8 330 t，按照1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采場有5條進(jìn)路（總寬60 m）計(jì)算，整個(gè)采場礦石貧化率可降低6.9百分點(diǎn);每條進(jìn)路長度可減少7 m，采用斜切井比采用直切井節(jié)省工程費(fèi)用15.83萬元，效果明顯。2種方案的回采率保持不變。

2）采用坡進(jìn)路方案施工時(shí)，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采場比平進(jìn)路施工少采廢石1.6萬t，可降低礦石貧化率13.3 百分點(diǎn)，同時(shí)節(jié)約工程費(fèi)用1.5萬元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

3）采用塹溝方案比進(jìn)路方案在穿孔工程量、爆破器材消耗、礦石貧化率方面均可下降三分之二左右，可大幅縮減鑿巖工程量和材料消耗，減少廢石混入，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4）采用扇形中深孔爆破拉槽方案，可省去切井施工，既降低了施工切井安全風(fēng)險(xiǎn)，又可節(jié)省施工切井工程費(fèi)用1.35萬元。

綜上，采用優(yōu)化改進(jìn)的采礦方案后，采場礦石貧化率下降幅度明顯，設(shè)計(jì)礦石貧化率18 %，采用原方案實(shí)際礦石貧化率達(dá)24 %，采用改進(jìn)方案后礦石貧化率為18 %，下降6百分點(diǎn);并且保證采礦損失率只降不增，原方案設(shè)計(jì)采礦損失率15 %，采用改進(jìn)方案后采礦損失率為7 %，比設(shè)計(jì)采礦損失率降低了8百分點(diǎn)。同時(shí)，工程費(fèi)用降低15～20萬元（按1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采場計(jì)算），且降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié) 論

1）針對蘇尼特金礦緩傾斜—傾斜厚礦體的開采技術(shù)條件，采用無底柱分段崩落采礦法的優(yōu)化改進(jìn)方案，較好地解決了大量廢石混入導(dǎo)致的急劇貧化問題，在降低礦石貧化率的基礎(chǔ)上保證了采礦回采率，同時(shí)減少了工程量，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）采用優(yōu)化改進(jìn)方案，采場礦石貧化率降低為18 %，下降6百分點(diǎn);采礦損失率降低為7 %，比設(shè)計(jì)采礦損失率降低了8百分點(diǎn)。

3）工程費(fèi)用降低15～20萬元（按1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采場計(jì)算），降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4）此類改進(jìn)方案的實(shí)施不僅解決了該金礦緩傾斜—傾斜厚礦體應(yīng)用無底柱分段崩落采礦法的技術(shù)難題，而且為同類型采礦方法在相似礦山的應(yīng)用和推廣提供了成功的案例，具有較強(qiáng)的參考價(jià)值和借鑒意義。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] 賈旭峰，趙龍，任紹勇，等.上向水平分層充填采礦法回采技術(shù)改進(jìn)及應(yīng)用[J].黃金，2018，39（9）：30-34.

[2] 熊國華，趙懷遙.無底柱分段崩落采礦法[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1988.

[3] 《黃金礦山實(shí)用手冊》編寫組.黃金礦山實(shí)用手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1990.

Optimization and application of pillarless sublevel caving mining method in Sunite Gold Mine

Zhang Wenguan，F(xiàn)eng Kai

（Sunite Jinxi Gold Mining Industry Co.，Ltd.）

Abstract：When the gently inclined-inclined thick ore bodies are mined by pillarless sublevel caving mining method，the stope is arranged perpendicular to the ore bodies and affected by the ore body occurrences，leading to great mining loss and dilution.According to the technical conditions for ore body mining，many optimization plans are adopted based on the previous mining method：the straight cut shaft is changed into inclined cut shaft，the level approach is changed into ramp approach，the approach is changed into trench，the cut groove combining cut drift and cut shaft is changed into fan-shaped medium-long hole blasting cut groove.Engineering practice shows that after optimization，the construction load is reduced，the mining and excavation cost is lowered as well as the ore dilution and mining loss rate.The optimization is worth promotion in similar mines.

Keywords：pillarless sublevel caving mining method;gently inclined-inclined thick ore body;cut shaft;approach;trench;fan-shaped medium-long hole blasting;cut groove