空場法在厚大礦體開采中的應用

李凡超

(湖南柿竹園有色金屬有限責任公司， 湖南 郴州市 423037)

目前，我國大部分礦體較厚大的金屬非金屬地下礦山主要采用空場法進行采礦，空場法中應用比較普遍的方法主要有留礦采礦法、分段礦房法和大直徑深孔階段礦房法。分段鑿巖階段空場法相對于其他2種采礦方法分段工程較多，爆破效率低，成本較高，已逐步被淘汰。某白云礦資源儲量較大，礦體為厚大礦體，選用空場法進行開采。針對不同的礦體，采用2種空場法進行開采，本文介紹了這2種采礦方法，可為厚大礦體的開采方式提供參考。

1 地質(zhì)概況

某白云巖礦位于湖南省郴州市境內(nèi)，設計生產(chǎn)能力為120.0萬t/a。礦區(qū)地形地貌屬構(gòu)造剝蝕低山-丘陵地貌，礦山內(nèi)出露地層全部為石炭系，巖性為1套以碳酸鹽巖類為主夾少量碎屑巖的淺海相、濱海相沉積。白云巖礦產(chǎn)于花崗巖體與石炭系中上統(tǒng)壺天群碳酸鹽巖接觸帶近圍，為熱接觸變質(zhì)作用產(chǎn)生，受地層層位及深部巖體形態(tài)控制，該礦山礦體產(chǎn)于巖體接觸帶附近，經(jīng)熱接觸變質(zhì)作用蝕變?yōu)榘咨小毦О自茙r礦。礦體走向北北東，傾向為92°～110°、傾角為35°～42°；走向長約820m、傾向長為92m，視厚度為308m～396m，均未封邊控制，礦體屬于傾斜厚礦體。礦體賦存標高為+197m～+289m；平均含CaO 31.03%、MgO 21.30%，白度為92.8%；礦巖穩(wěn)固，f=8～10，礦石比重為2.82t/m3，開采技術(shù)條件好。

2 礦山開采條件

該礦山開采采用平硐+斜坡道聯(lián)合開拓，目前井下已形成298中段西部、250中段、196中段，各中段通過斜坡道相連，均通地表，其中298中段主要開拓工程為西部盤區(qū)，西部通過西部回風巷與地表相通，東部未設置井巷工程，250中段、196中段為人員、材料、礦石、廢石、設備進出主要通道。主平硐斷面規(guī)格為6m×5.5m，斜坡道斷面為5.5m×5m，各中段運輸平巷斷面規(guī)格為5m×4.5m。

井下采用無軌運輸，井下運輸工具為UK-18型地下運礦車，礦石經(jīng)250中段主平硐及196平硐運送。

礦井西部主扇位于298中段平硐口，北部主扇硐室位于+415m標高，經(jīng)北部回風井與250中段、196中段貫通，采用各運輸平硐進風，西回風平硐與北回風井作為專用回風井的對角式通風系統(tǒng)，通風方法為機械抽出式。

井下各中段水經(jīng)自流至196中段后排至196工業(yè)廣場水倉，最后經(jīng)沉淀后排出。

3 采礦方法比較

根據(jù)該礦山的礦體形狀和厚度，目前西部盤區(qū)采場開采以留礦法為主，礦房規(guī)格為55m×15m×50m，設計底部結(jié)構(gòu)，開采高度為+250m～+300m，東部盤區(qū)采用大直徑深孔階段礦房法，礦房規(guī)格為80m×15m×54m（長×寬×高），設計有底部結(jié)構(gòu)，開采標高為+196m～+250m。

3.1 留礦采礦法

礦塊長55m，寬15m，間柱寬10m，兩側(cè)布置有行人天井，兩側(cè)天井內(nèi)每隔5m交錯布置1條聯(lián)絡道連通礦房，在250中段設計運輸平巷、集礦塹溝、出礦進路，底部形成漏斗狀，爆破后礦石因自重掉落至集礦塹溝，經(jīng)鏟運機鏟運至運礦車輛。底部結(jié)構(gòu)拉底采用YGZ90鉆機進行施工，孔徑為65mm，采場內(nèi)采礦主要使用7655型鑿巖機，礦塊平均生產(chǎn)能力約為655t/d，淺孔留礦法布置見圖1。單個采場前期采準工程布置時長約為2.5個月。中段礦塊采出礦量約為100780t，采準礦量為13800t。其中采礦成本約為17元/t，采準成本約為48元/t，綜合成本約為20.73元/t。

圖1 淺孔留礦法

3.2 大直徑深孔階段礦房法

礦塊長80m，寬15m，間柱寬10m，礦房中間布置切割天井，在196中段設計運輸平巷、集礦塹溝、出礦進路，底部拉底采用YGZ90鉆機。在250中段布置鑿巖硐室，通過鑿巖硐室在采場內(nèi)布置垂直深孔，采用KQG-150鉆機施工，孔徑為165mm，參考國內(nèi)外大直徑深孔鑿巖爆破參數(shù)，選取排距W=2.8m，孔距a=3.75m，單個采礦共布置23排炮孔，每排5個炮孔，考慮到切割拉槽，在切割天井附近補充8個鉆孔，呈梅花狀布置，單個礦房共布置大直徑深孔123個，鉆孔長度共計5412m。礦塊平均生產(chǎn)能力為1070t/d，大直徑深孔布置見圖2。單個采場前期采準工程布置時長約為3個月，中段礦塊采出礦量約為161000t，采準礦量約為31600t （其中250中段鑿巖硐室采準礦量約為11600t）。其中采礦成本約為7.53元/t（大直徑深孔單價108元/m，炸藥成本為3.5元/t），采準平均成本為36.6元/t，綜合成本約為12.26元/t。

兩種采礦方法的經(jīng)濟指標見表1。

表1 兩種采礦方法經(jīng)濟指標參數(shù)

3.3 優(yōu)缺點

留礦法是我國金屬礦山中應用最早、最廣泛的采礦方法之一，它具有生產(chǎn)能力大、開采不受礦體厚度限制、開采過程中可以根據(jù)礦體邊界進行調(diào)整的優(yōu)點，同時它還可以起到配礦作用。但是相對于大直徑深孔階段礦房法，留礦法難以實現(xiàn)機械化，其主要通過人工在空場中鑿巖爆破，頂板管理和通風管理的難度大，開采過程中，需要在采場內(nèi)存留60%左右的礦石，需要等采礦開采完后才能實現(xiàn)全面出礦，積壓企業(yè)的流動資金。

大直徑深孔階段礦房法則具有回采強度大，勞動生產(chǎn)率高，采礦成本低，無需掘進行人天井、分段巷道等采準工程，采礦作業(yè)集中化程度高，機械化程度高，人員均在巷道或硐室內(nèi)作業(yè)，安全性能好等優(yōu)勢。但是相對于留礦法而言，大直徑深孔不易控制礦體邊界，不能分采和剔除夾石，貧化率大，同時采用大直徑深孔階段礦房法需要在上下兩個中段均形成開拓中段，開拓成本大于留礦法。

2種方法在厚大礦體開采的應用中，都存在礦柱礦量比重大，損失率較高的缺點。

圖2 大直徑深孔階段礦房法

4 結(jié)語

隨著國內(nèi)采礦水平的提高，留礦法逐漸減少，但是對于一些機械化開采較難，或者實現(xiàn)機械化費用太大的小型礦山，使用留礦法采礦的情況依舊比較普遍。無論是使用留礦法還是大直徑深孔階段礦房法開采厚大礦體，都需要考慮尋求高效率、低成本與可靠的巖層加固技術(shù)，減少礦柱礦量所占比例，增加回采率。