探討急傾斜極薄礦脈機(jī)械化開采新技術(shù)及應(yīng)用

葉光祥

（贛州有色冶金研究所有限公司，江西 贛州 341000）

國內(nèi)的地勢狀況十分繁雜，蘊(yùn)藏的礦藏非常豐富，隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，各種能源的需求量不斷攀升。其中急傾斜極薄礦脈在國內(nèi)有色和稀貴礦山有相當(dāng)大的占比資源數(shù)量，長久以來受困于開采的難度及其特殊的狀況，此種礦脈的開采工作長期擱置下來。然而，伴隨著礦山技術(shù)探究與優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用科學(xué)分配礦塊結(jié)構(gòu)，提升機(jī)械化程度，經(jīng)過嚴(yán)格管理制度，強(qiáng)化監(jiān)督管制，按照規(guī)定程序等方式方法，在某種程序上提升了出礦質(zhì)量，減少了極薄礦脈開采的貧損標(biāo)準(zhǔn)。由于遭受采幅干擾，其減少程度非常有限，因此勢必要探尋新的采礦技術(shù)從本質(zhì)上減低礦石的貧損標(biāo)準(zhǔn)。接下來文章通過急傾斜極薄礦脈的機(jī)械化開采進(jìn)行研討，給出對(duì)應(yīng)的創(chuàng)新技術(shù)，同時(shí)給予分析。

1 參照案例具體情況闡述

文章以橫斷山脈某處所處極薄礦床當(dāng)作案例，此地區(qū)氣候濕潤，年年陰雨連綿，其類別歸屬于急傾斜的極薄礦脈，極薄位置有1m上下，針對(duì)目前礦場挖掘?qū)嵺`中，重點(diǎn)采取無底柱淺眼留礦方式實(shí)施有關(guān)挖掘工作，同時(shí)應(yīng)用鑿巖機(jī)實(shí)施鑿巖有關(guān)裝卸機(jī)與運(yùn)送貨車實(shí)施裝運(yùn)。無底柱淺眼留礦方式，呈現(xiàn)出生產(chǎn)能力高，技術(shù)施工困難度小，費(fèi)用相對(duì)較少的優(yōu)勢。然而，相對(duì)于礦脈挖掘工作產(chǎn)生的積極效率，目前挖掘過程中集中呈現(xiàn)的礦石難題就是礦石品質(zhì)問題。

2 急傾斜極薄礦脈開采關(guān)鍵疑難問題

2.1 礦石貧化率較大

極薄礦脈實(shí)踐中，此種礦床相對(duì)儲(chǔ)存情況簡單，而對(duì)于礦脈極薄，受制于設(shè)施與技術(shù)人員作業(yè)空間，欠缺機(jī)械化設(shè)備，同時(shí)操作員技術(shù)不達(dá)標(biāo)，且能夠采用的采礦方法極少，所以采礦成果極差，技術(shù)人員作業(yè)時(shí)，經(jīng)常發(fā)生超負(fù)荷的狀況，操控人員與機(jī)械在很大負(fù)荷工作情況下，依舊會(huì)導(dǎo)致礦石貧化率提升，尤其在開采實(shí)踐中運(yùn)出許多飛石，不僅增加了成本投入，而且浪費(fèi)了自然資源。

2.2 作業(yè)安全性低

在此礦產(chǎn)中，地勢和橫斷山脈相似，連綿起伏，山勢蜿蜒崎嶇，無論設(shè)施運(yùn)送或者施工作業(yè)，困難程度極大，尤其在挖掘?qū)嵺`中，技術(shù)人員勢必要進(jìn)入作業(yè)場地，相關(guān)安全措施等不確定因素較多，存在較大潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 選礦困難度較大

礦產(chǎn)不僅挖掘有一定難度，而且礦石篩選類別同樣具有難度，首先需要把控礦石貧化率，務(wù)必采取貧化率較小的挖掘方式；此外，畢竟礦脈極薄，其在選礦實(shí)踐中，務(wù)必針對(duì)采場分布方法、參數(shù)實(shí)施客觀科學(xué)解析，確保三級(jí)礦量均衡，但是在選礦挖掘?qū)嵺`中，拓展采準(zhǔn)壓力非常大，對(duì)于礦山挖掘產(chǎn)生相應(yīng)干擾，造成生產(chǎn)進(jìn)程中斷。

2.4 其他主要困難分析

以某金礦為例，該礦體屬于蝕變巖型金礦床和石英脈，同時(shí)礦體呈現(xiàn)出透鏡狀和脈狀，其產(chǎn)自于13條礦化碎帶內(nèi)，受到破碎帶影響較為嚴(yán)重。而且在急傾斜極薄礦脈采礦工作中，該礦體的區(qū)域內(nèi)主要包括八條主礦體和十多條的小礦體，其中礦體結(jié)構(gòu)形態(tài)十分復(fù)雜，其產(chǎn)狀也存在不穩(wěn)定因素。礦體主要是西北走向，平均礦體長度在80m～120m，其中最長的礦體可達(dá)400m，厚度平均值也在0.2m～2.1m之間，大多數(shù)都處于0.5m厚左右，而且礦體傾角基本都為50°左右，一般都為急傾斜形態(tài)礦體。頂?shù)装宓膰鷰r主要包括粉砂巖、千糜巖和千枚巖，圍巖結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)固。但是在一些裂隙比較嚴(yán)重的區(qū)域，巖礦結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較差，礦區(qū)水文地質(zhì)條件也主要為簡單和中等位置，能夠?qū)眱A斜極薄礦脈開采造成威脅的主要是裂隙較多的破碎區(qū)域、民采坑滲漏水和山澗水溝，地下水能夠通過泉水流經(jīng)途徑滲透到地層表面，具有良好的排水條件，在采礦是只需要重視局部突水以及用水的防護(hù)工作，并且不會(huì)對(duì)回采產(chǎn)生一定的影響。然而急傾斜極薄礦脈開采中也具有一定的困難，具體困難包括以下幾種：①急傾斜極薄礦脈礦床雖然具備賦存簡單的特點(diǎn)，但是礦體本身比較薄，所以在開展礦產(chǎn)資源開采工作中會(huì)出現(xiàn)采礦效率低，作業(yè)成本高，采礦難度大，損失嚴(yán)重等情況；②從礦體賦存狀況來講，其深處位置礦脈表現(xiàn)的特性逐漸變薄，遭受深處地質(zhì)干擾，采場地質(zhì)變動(dòng)激烈，導(dǎo)致巖層把控有極大難度。③急傾斜極薄礦脈，礦體規(guī)模不大，階段把控地質(zhì)儲(chǔ)存數(shù)量較少，礦體挖掘時(shí)降速非?？?，拓展采準(zhǔn)壓力較大，造成礦山采掘失調(diào)，三級(jí)礦量失去均衡，直接影響生產(chǎn)。④畢竟礦脈比較薄，其采場分布方法與參數(shù)篩選上遭受制約，無法展現(xiàn)出高效設(shè)施與技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，造成挖掘技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低，礦山潛在安全風(fēng)險(xiǎn)事件。

針對(duì)急傾斜極薄礦脈采礦以上主要問題，跟國內(nèi)外礦山的采礦損失率高、貧化率大、脈外采準(zhǔn)工程量大、機(jī)械化程度低、人工強(qiáng)度高、地亞管理有困難、經(jīng)濟(jì)收益低等問題非常類似?；诖耍眱A斜極薄礦脈挖掘依然有技術(shù)瓶頸需要突破。

3 急傾斜極薄礦脈采礦方法的選擇

在該項(xiàng)目研究中，為了提高急傾斜極薄礦脈采礦效率，在進(jìn)行急傾斜極薄礦脈采礦方式的選擇中，必須遵循以下思路：首先，一般選擇的采礦方式要能夠有助于該礦體的安全作業(yè)，同時(shí)采礦效率高，具有一定的便捷性，在開展爆破、鑿巖等施工中要避免在外部環(huán)境下，盡量選擇在巷道內(nèi)來完成；其次對(duì)于出礦或者填充一般通過順路天井等自重方式，有效降低作業(yè)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。進(jìn)行鑿巖作業(yè)、爆破作業(yè)、出礦以及填充作業(yè)中，一般要選擇水平采礦方法，有效減輕勞動(dòng)量，提高開采效率。結(jié)合本項(xiàng)目中的礦床地質(zhì)環(huán)境來看，要符合國家對(duì)于采礦作業(yè)中提出的明確要求，結(jié)合以往類似礦體條件的開采技術(shù)應(yīng)用，對(duì)急傾斜極薄礦脈開采可以采用削壁充填法或者潛孔留礦法，對(duì)于特殊的礦體也可以利用點(diǎn)柱法進(jìn)行施工。在選擇急傾斜極薄礦脈采礦方法中也要明確每一種采礦技術(shù)的具體優(yōu)勢和缺陷，從而結(jié)合實(shí)際情況科學(xué)選擇。針對(duì)削壁充填法和潛孔留礦法的應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)分析具體如下表：

表1 極薄礦脈采礦方法優(yōu)缺點(diǎn)比較

如上表對(duì)比可以看出，淺孔留礦法和削壁充填法都具有不同的優(yōu)勢，而采礦方法的選擇一般由礦脈厚度所決定，淺孔留礦法和削壁充填法采幅也存在一個(gè)合理區(qū)間，可以基于經(jīng)濟(jì)進(jìn)行對(duì)比獲取。但是基于留礦法和削壁充填法這兩種采礦方法差別分析，主要在于廢石混入率問題，前者可以與廢石一起運(yùn)送至選廠，在礦體比較薄的情況下，廢石量摻入較大，由于留礦法的采幅不能過窄，因此最小也要保證3個(gè)大塊的尺寸寬度，否則會(huì)積極產(chǎn)生夾制現(xiàn)象，從而導(dǎo)致上層和中層的礦石無法放下來。對(duì)于削壁充填法的應(yīng)用問題來看，主要體現(xiàn)在采礦水平較低，工作強(qiáng)度較大，同時(shí)廢石填充場對(duì)礦體較薄的區(qū)域作業(yè)時(shí)一般可以采用這種方法，能夠降低廢石混入了，從而提高采礦效果。

如果采礦過程中混入的廢石量越大，那么在選礦成本和采選費(fèi)用上都會(huì)相應(yīng)的提高。如何處理勞動(dòng)生產(chǎn)率以及采選綜合費(fèi)用關(guān)系也是留礦法和削壁充填法的選擇關(guān)鍵。在礦體的薄度達(dá)到一定程度時(shí)，由于廢石量比較大，不建議選擇留礦法進(jìn)行采礦作業(yè)，這一厚度和采選綜合費(fèi)用有著直接關(guān)聯(lián)。具體的礦體厚度和采礦費(fèi)用關(guān)系如下圖所示：

圖1 金屬量采選費(fèi)用與礦體厚度的關(guān)系

通過圖1可以看出，如果礦體厚度越薄，那么相應(yīng)的采礦成本會(huì)越高。如果通過留礦法進(jìn)行采礦作業(yè)，那么廢石混入量也會(huì)有所提升，導(dǎo)致選礦的成本也會(huì)提升。在礦體厚度處于0.67m時(shí)那么削壁充填法的采礦效果要比留礦法表現(xiàn)更好，通過小臂填充法的運(yùn)用，在單位采礦量中，選礦的成本更低。但是如果在礦體厚度大于0.67m時(shí)，那么采用留礦法要比削壁充填法更加理想，能夠提高采礦效率，降低貧化損失。在利用削壁充填法過程中，削下的巖石會(huì)留在采場，只爆破不出坑，費(fèi)用也會(huì)比較少。在薄礦體下盤可以運(yùn)用巷道式削壁，也能夠起到良好的節(jié)約成本效果。

結(jié)合以上對(duì)不同采礦方法的分析可以看出，當(dāng)?shù)V體的脈厚達(dá)到0.67m時(shí)，一般可以而結(jié)合急傾斜薄礦運(yùn)用削壁充填法和留礦法的經(jīng)濟(jì)效益銷差無幾，但是要具體結(jié)合其他因素進(jìn)行考慮選擇。通過本項(xiàng)目的研究可以看出，金礦的礦體節(jié)后厚度一般都小于0.6m，那么一般會(huì)優(yōu)先選用削壁充填法進(jìn)行采礦作業(yè)，相比之下更具合理性。為了全面提高采礦的機(jī)械化水平，有效降低人為采礦作業(yè)產(chǎn)生的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高采礦工作效率，還要充分結(jié)合本項(xiàng)目中金礦的開采條件進(jìn)行具體分析，并針對(duì)機(jī)械化采礦技術(shù)進(jìn)行全面分析。

4 急傾斜極薄礦脈機(jī)械化開采新技術(shù)應(yīng)用

4.1 機(jī)械化水平分層削壁充填法—采準(zhǔn)切割技藝

此技藝工程施工實(shí)踐中，率先要在礦體下盤順著傾斜工作面設(shè)立折返式斜坡道，整體構(gòu)造由上至下順序?yàn)閮A斜工作面，下方采取削壁充填廢石實(shí)施填充墊層，并在傾斜面上使用鏟運(yùn)機(jī)，其尾部跟溜井相關(guān)聯(lián)，要想確保施工安全，溜井需要跟拉低平巷、脈外運(yùn)送平巷、采場聯(lián)絡(luò)巷相關(guān)聯(lián)，巷道尺寸與強(qiáng)度務(wù)必符合有關(guān)工程指標(biāo)，而在礦場基礎(chǔ)建造達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，方才能實(shí)施下一步回采工程施工。

4.2 回采技藝工程

目前礦體賦存狀況，探尋有效性的采礦方法，率先由拉底巷道由下至上實(shí)施分層回采，此工程中重點(diǎn)技藝程序?yàn)椋罕缽U巖充填、平場、墊層鋪設(shè)、落礦、礦石搬運(yùn)，經(jīng)歷過上述反復(fù)流程，才可確保此切割技藝的基礎(chǔ)實(shí)施。

4.2.1 鑿巖

此礦場鑿巖實(shí)踐中，要想貧化率下降，則要采取32mm～35mm小直徑釬頭實(shí)施鑿巖，畢竟爆破效果非常明顯，同時(shí)操控難度不大，其在極薄礦脈的鑿巖實(shí)踐中應(yīng)用普及率極高。采礦場的工作面通常為承擔(dān)臺(tái)階實(shí)施推進(jìn)，借助鑿巖機(jī)的開鑿，預(yù)備出大量炮眼。

4.2.2 爆破

極薄礦脈的回采實(shí)踐中，率先要針對(duì)炮眼深度實(shí)施嚴(yán)密的把控，對(duì)于不一樣厚度的極薄礦脈，炮眼深度則要把控在1.3m～1.9m區(qū)間之內(nèi)，并且炸藥含量占據(jù)整體炮孔深度的2/3空間，采取電導(dǎo)爆管實(shí)施預(yù)警裝置，等待全部設(shè)施裝置完成后，引爆技術(shù)員與其他全體工作人員需要有序離開施工場地，在安全范圍內(nèi)停留，預(yù)防爆破形成的石彈射，引起潛在安全事件。

4.2.3 通風(fēng)

此礦場地勢相對(duì)較高，自身通風(fēng)條件非常優(yōu)越，新鮮的風(fēng)流在整體礦產(chǎn)主風(fēng)壓的影響下，可順利實(shí)現(xiàn)整體工作面清潔任務(wù)，待到半個(gè)小時(shí)之后，炮眼全部清理干凈后，隨后便可回到采場工作。

此時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注的是，在返回采場前，專業(yè)技術(shù)員務(wù)必多加留意爆破效果，是否發(fā)生結(jié)構(gòu)性損壞，工作范圍內(nèi)的炮煙有沒有全部散盡等，上述情況全部達(dá)到相關(guān)工作標(biāo)準(zhǔn)后，才可回到采場工作。

4.2.4 出礦及其出渣

工作面出礦及其出渣務(wù)必使用小型鏟車運(yùn)送出采場之外，確保有關(guān)通道安全通行后，方能檢驗(yàn)礦石，重點(diǎn)的檢驗(yàn)項(xiàng)目為礦石的貧化率和礦石純度等相關(guān)內(nèi)容。

4.2.5 平場

要想確保工作順利展開，在爆破工作完成后，則要借用小型鏟運(yùn)機(jī)實(shí)施平場，確保整體工作的平整，遭遇大塊碎石，則要實(shí)施破碎且填充至低洼位置。

4.2.6 鋪墊

要想提升礦石回采率和減少采礦費(fèi)用，使用廢舊運(yùn)送皮帶加工成膠墊，可利用到采場落礦時(shí)礦石和廢石填充料間的阻隔層，設(shè)置膠墊會(huì)極大減少損耗，各膠墊需間隔100m之上的壓茬，同時(shí)要按照相應(yīng)順序，避免氣腿式鑿巖機(jī)與爆破沖擊波把膠墊打錯(cuò)位，膠墊和上、下盤連接位置需有50mm折邊，落礦段向相鄰段鋪設(shè)長度不小于3m的過梁膠墊。

4.2.7 安全檢查和支護(hù)

安全檢查與支護(hù)針對(duì)整體施工安全起到極強(qiáng)的保護(hù)作用，技術(shù)人員務(wù)必嚴(yán)格貫徹執(zhí)行施工制度規(guī)范實(shí)施有關(guān)安全問題的篩查，一旦遭遇結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定狀況，立即遵照實(shí)踐圍巖狀況實(shí)施支護(hù)構(gòu)造篩選，搭建支護(hù)結(jié)構(gòu)。

利用植入機(jī)械化水平分層削壁充填法，針對(duì)有關(guān)工程中開展采場施工實(shí)踐中，需要對(duì)應(yīng)施工技術(shù)員擁有相關(guān)專業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)，相關(guān)單位針對(duì)自身狀況采取此方式時(shí)，務(wù)必針對(duì)單位專業(yè)技術(shù)員水準(zhǔn)實(shí)施綜合評(píng)判，同時(shí)務(wù)必采取有針對(duì)性地訓(xùn)練，確保采場施工實(shí)踐中每項(xiàng)施工任務(wù)符合相關(guān)施工指標(biāo)，進(jìn)一步完成機(jī)械化挖掘目標(biāo)。

5 新技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐中出現(xiàn)的不足之處及其對(duì)應(yīng)策略

5.1 技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì)達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

急傾斜極薄礦場施工狀況非常繁雜，有關(guān)設(shè)計(jì)人員在施工設(shè)計(jì)實(shí)踐中，無法針對(duì)實(shí)際狀況進(jìn)行勘測，造成施工設(shè)計(jì)不符合實(shí)際情況，畢竟在新技術(shù)的施工實(shí)踐中，牽涉到爆破任務(wù)，技術(shù)不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，勢必造成潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)事故。

基于此，在技術(shù)施工實(shí)際操作中，有關(guān)設(shè)計(jì)人員務(wù)必進(jìn)入施工場地，針對(duì)礦脈厚薄實(shí)施實(shí)地勘測，明確創(chuàng)新技術(shù)使用的可操作性，參照?qǐng)龅貙?shí)踐狀況，綜合國內(nèi)外先進(jìn)的機(jī)械化水平分層削壁充填法應(yīng)用案例，實(shí)施科學(xué)的規(guī)劃，確保技術(shù)使用工程的科學(xué)性，給施工帶來合理化建議。

5.2 技術(shù)施工和材料品質(zhì)不符合標(biāo)準(zhǔn)

在機(jī)械化水平分層消壁充填法使用實(shí)踐中，前期經(jīng)驗(yàn)不足，施工團(tuán)隊(duì)嚴(yán)重缺乏施工經(jīng)驗(yàn)，且專業(yè)水平技能欠缺，結(jié)果勢必造成挖掘基礎(chǔ)設(shè)施建造無法達(dá)到相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，更有甚者發(fā)生潛在安全事故。然而，施工所用的原材料品質(zhì)不過關(guān)，勢必導(dǎo)致施工實(shí)踐中發(fā)生潛在安全隱患，從而給施工技術(shù)員的人身安全埋下隱患；尤其在巷道開采實(shí)踐中，假設(shè)有關(guān)的支護(hù)構(gòu)造原材料不堅(jiān)固，其在實(shí)施爆破過程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，篩查技術(shù)員進(jìn)到爆破場地后，巷道有坍塌的危險(xiǎn)性，進(jìn)一步針對(duì)整體礦場產(chǎn)生了致命性的損害。

基于此，相關(guān)單位施工技術(shù)員在整體培訓(xùn)體系上，率先要大量借鑒國內(nèi)外有關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)資源，加強(qiáng)技術(shù)員工的培訓(xùn)頻率，增強(qiáng)其整體安全責(zé)任觀念。施工技術(shù)員不僅要按照標(biāo)準(zhǔn)施工，同時(shí)也要確保自身與工程安全；其在原材料管控實(shí)踐中，采購員需要綜合場地施工要求，采購達(dá)到國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的原材料，并且重點(diǎn)關(guān)注原材料的相關(guān)質(zhì)量檢測報(bào)告，保證規(guī)格符合施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過施工技術(shù)提升與原材料品質(zhì)管控，通過人為因素的管控確保施工安全與品質(zhì)，最終才可全方位推動(dòng)創(chuàng)新技術(shù)的使用。

6 總結(jié)

總而言之，在國內(nèi)急傾斜極薄礦脈的儲(chǔ)存量非常廣泛，其實(shí)際需求量日益激增。然而，有關(guān)礦產(chǎn)的挖掘技術(shù)有所欠缺，致使礦石貧化率較高，挖掘難度非常大。文章借助引進(jìn)機(jī)械化水平分層削壁充填法針對(duì)某礦產(chǎn)具體投入應(yīng)用，給予了其他極薄礦場的可執(zhí)行性思考。