某金礦空場法轉充填采礦法方案研究與實踐

史群輝，羅佳，閆宇，王樹新，韓新志

(1.洛寧吉家洼金礦有限公司， 河南 洛陽市 4717181；2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

0 引言

近年來我國開始大力提倡充填采礦法，從2012年開始相繼出臺了一系列關于環(huán)保與安全的法律法規(guī)。2018年1月起開始施行的將排污費轉變?yōu)榄h(huán)境保護稅，對尾礦排放每噸收取15元，對礦山的實際經(jīng)濟效益產(chǎn)生較大的影響。從國家近幾年的政策來看，采用充填采礦法將尾礦充填至井下是發(fā)展的主要方向。

采用空場采礦法的礦山普遍存在礦石損失嚴重、采空區(qū)無法得到有效治理、生產(chǎn)安全問題突出、地表塌陷隱患無法解除、整體和局部地下問題突出的情況，大量空場法開采礦山都逐漸轉換為采用充填采礦法[1]。采用充填法開采不僅可以解決井下空區(qū)地壓問題，還具有提高礦產(chǎn)資源回收率、保護井下及地表環(huán)境、減少尾廢排放等眾多優(yōu)勢[2?5]。文章以某金礦的生產(chǎn)實際為背景，針對空場采礦法引發(fā)的采礦作業(yè)安全問題、礦石損失貧化問題、地壓顯現(xiàn)等問題，開展了空場法轉換為充填采礦法方案研究，并進行了現(xiàn)場實踐。

1 礦山概況

某金礦劃分為一采區(qū)共4個金礦體，部分礦體出露地表，傾向延伸約500m左右，走向長度最長520m。礦體總體傾向為95°，傾角為70°～85°，呈近南北向平行延伸。礦體厚度一般為0.4m～1.73m，平均厚度約0.9m。礦體厚度總體上有上部薄、深部漸厚的趨勢，走向上表現(xiàn)出兩端薄，中部厚的特征，局部有夾石存在。該礦段礦體具有“薄而富”的特點，礦石品位和礦體厚度在走向及傾向上均相對穩(wěn)定。

對礦山開采技術條件進行了調(diào)查分析，開采技術條件主要存在以下特征：

（1）礦區(qū)內(nèi)斷裂構造發(fā)育，各礦體產(chǎn)出嚴格受斷裂構造控制，一般斷裂構造帶頂?shù)装寮礊榈V體與圍巖接觸界線，礦體形態(tài)、產(chǎn)狀與構造帶形態(tài)、產(chǎn)狀基本一致；

（2）礦體呈急傾斜透鏡狀，薄脈狀，厚度較小，礦石品位高，開采經(jīng)濟價值高。

2 采礦方法選擇

2.1 留礦法

礦體屬于急傾斜薄礦體，依據(jù)礦體產(chǎn)狀情況，適合采用淺孔留礦法開采。

（1）礦塊沿礦體走向布置，礦塊長40m～50m，寬為礦體厚度，只留頂柱不留間柱，頂柱高3m～5m。

（2）自中段運輸巷沿走向每隔40m～50m在脈外施工人行通風天井，每隔4m～6m開鑿人行聯(lián)絡巷通往采場，采場兩端的人行聯(lián)絡巷錯開布置；在采場底部每隔7m～8m布置一條出礦穿脈巷，開鑿拉底平巷并擴幫成拉底層，拉底高度為2m～2.5m，拉底寬度不小于1.2m。

（3）自下而上分層回采，分層高度為2m，施工上向炮眼，以梯段工作面從采場一端向另一端回采。放礦分為局部放礦和大量放礦，局部放礦放出每次崩落礦石的30%左右，礦房內(nèi)暫留礦石，使回采工作面保持2m～2.5m的空間，當?shù)V房回采到位后，再進行大量放礦。

（4）新鮮風流自運輸平巷經(jīng)礦房一側的人行通風天井和聯(lián)絡巷至采場工作面，清洗工作面的污風由采場另一側的回風天井排至回風（運輸）平巷，最后經(jīng)回風井排出地表。

（5）頂柱不再回收，用來支撐空場。礦房回采結束后，對采空區(qū)進行封閉，任其自然崩落上盤圍巖填充采空區(qū)。

采用留礦法開采，礦山生產(chǎn)存在一些問題?；夭勺鳂I(yè)過程中，容易引發(fā)頂板冒落事故，部分采場一般回采2/3高度即不得不停止回采作業(yè)；回采不到位和出礦過程廢石提前混入導致大量礦石損失，礦石損失率達到20%以上；大量放礦期間，由于上盤圍巖提前混入，造成礦石貧化嚴重，據(jù)統(tǒng)計，礦石貧化率達到30%以上，嚴重影響礦山的技術經(jīng)濟指標。

礦山多年生產(chǎn)實踐證明，空場法開采（留礦法）不適合礦山開采技術條件，有必要進行調(diào)整優(yōu)化，采用安全性好、資源回收率高、礦石貧化率低的采礦方法。

2.2 上向水平分層充填采礦法

根據(jù)礦山開采技術條件，礦石經(jīng)濟價值，以及現(xiàn)有采礦方法開采過程中存在的主要問題，推薦采用上向水平分層充填采礦法[6?9]。

2.2.1 方案特征

上向分層充填采礦法是國內(nèi)外應用最廣泛的充填采礦法之一，其特征是：工作面分層推進，每層又以采、出、充形式循環(huán)作業(yè)，工藝環(huán)節(jié)多，礦塊生產(chǎn)能力隨著生產(chǎn)管理水平和機械化程度而異；分層回采并分層充填，采空區(qū)高度較小，兩幫維護較容易，能適應礦體的變化，不容易丟邊和超采，還可以進行選別回采，貧損指標容易控制；人在采場內(nèi)作業(yè)，直接頂板需要進行護頂加固，否則安全性差；充填料可以是尾砂、廢石、爐渣、山砂等；可以進行膠結、水砂、干式充填；采準、切割工程量較少。

根據(jù)礦巖穩(wěn)固性情況，可以將上向水平分層充填法開采改為上向進路充填法，靈活采用多種回采方式，壓頂回采或掘進式回采。

2.2.2 采準切割工程布置

上向分層充填采礦法采用水平分層，分層高度2m～3m。礦塊沿礦體走向布置，不留間柱和頂?shù)字?。采場全長40m～50m，寬為礦體的水平厚度，高為中段高度50m。上向水平分層尾砂充填采礦法方案如圖1所示。

圖1 上向水平分層充填采礦方案

采準切割工程包括充填通風井、出礦平巷、泄水平巷、切割拉底平巷、溜礦井和泄水井。溜礦井和泄水井為順路架設。充填通風天井布置在礦塊中央，靠礦體下盤圍巖內(nèi)，天井傾角與礦體傾角一致，斷面為2.0m×1.5m。在回采過程中，下部隨采礦充填消失，上部兼作行人、下材料和架設管路之用。出礦平巷和泄水平巷利用探礦穿脈。拉底平巷是沿礦脈拉開，拉底平巷高度為2.5m，寬為礦體水平寬度。拉底完成后澆筑600mm厚的鋼筋混凝土假底。

2.2.3 回采工藝

由下而上分層回采礦塊，以充填天井為界將采場分成2個區(qū)，分區(qū)鑿上向傾斜炮孔。炮孔布置根據(jù)礦體厚度而定，當?shù)V厚為0.8m～1.0m，采用“之”字形布孔，當?shù)V厚大于1.0m時，采用“梅花”形布孔。炮孔排距為0.6m～0.8m，孔間距為0.8m～0.9m，孔深為1.2m～1.5m，炮孔傾角為50°～60°。每分層落礦高度為1.0m。爆破采用2#巖石炸藥，炮孔裝藥系數(shù)為0.7，分次多排毫秒微差導爆管雷管起爆，一次爆破長度為15m～20m。爆破后，新鮮風流由泄水平巷經(jīng)人行泄水井進入采場，沖洗作業(yè)面后污風由充填通風天井排至上中段回風巷。采場采用電耙出礦，中段運輸采用0.75m3礦車。

2.2.4 充填

充填前須進行加高順路泄水人行井和順路溜井、構筑充填隔墻、吊掛采場水平充填管等充填準備工作，準備工作完成后方可充填。采用分級尾砂膠結充填，料漿濃度在70%以上，分層待充空區(qū)底部可以采用低配比膠結充填，待充空區(qū)上部澆面層厚度0.5m，充填體強度要求達到1.5 MPa以上。

3 采礦方法對比分析

3.1 經(jīng)濟技術指標對比分析

留礦法和上向分層充填采礦法主要經(jīng)濟技術指標見表1。相比于留礦法，上向分層充填采礦法生產(chǎn)能力、貧化率、損失率指標全面占優(yōu)。留礦法的采礦成本為128元/t；充填法開采的充填成本約為80元/t，采充成本為208元/t，留礦法開采的噸礦成本占優(yōu)。

表1 采礦方法主要技術經(jīng)濟指標

采用上向分層充填采礦法開采，雖然采礦單價增加，但是由于技術經(jīng)濟指標的全面提高，可以抵消采礦單價的影響，并且能夠增加更多盈利。

3.2 優(yōu)缺點對比分析

表2為2種采礦方法的優(yōu)缺點對比，從表2中可以看出，與原來的留礦法相比，上向分層充填采礦法不僅能在有效進行回采的同時提高生產(chǎn)能力，降低礦石貧化率與損失率，而且能夠對采空區(qū)及時進行充填，保護地表，減少尾礦庫庫容的壓力。但同樣會面臨更復雜的生產(chǎn)管理，以及對技術的更高要求。

表2 采礦方法優(yōu)缺點對比

4 結論

（1）某金礦山的礦體屬于急傾斜破碎極薄礦體，采用留礦法開采頂板冒落安全隱患突出，礦石損失、貧化大，該采礦方法不適合礦山的開采技術條件，有必要進行調(diào)整優(yōu)化。

（2）研究確定采用上向水平分層充填采礦法方案，礦塊沿礦體走向布置，不留間柱和頂?shù)字?，采場長40m～50m，寬為礦體的水平厚度，高為中段高度50m。分層高度2m～3m，根據(jù)礦巖穩(wěn)固性情況，靈活采用壓頂回采或掘進式回采方式。（3）通過現(xiàn)場實踐應用，采用充填法開采后，礦山生產(chǎn)安全性大幅提高，技術指標得到明顯改善，貧化率降低了近20%，損失率降低了近15%，技術經(jīng)濟指標大幅提高。