機(jī)械化上向水平分層充填采礦法在某金礦的應(yīng)用研究

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（招金北疆礦業(yè)有限公司，新疆 塔城 834500）

新疆某金礦主要開采的礦體位于礦區(qū)中部偏西，礦體傾角北傾約48-72°，厚度3-16 m，埋深為85-145 m。該礦體以復(fù)脈帶形式產(chǎn)出，具有東緩西陡、上緩下陡等地質(zhì)特征。礦體分支較多，各支脈呈平行展布，礦脈頂?shù)装鍘r石堅(jiān)固，工程地質(zhì)條件良好。

礦體原采用淺孔留礦法開采[1]，開采損失、貧化率可達(dá)40%以上，后為滿足礦山選礦生產(chǎn)能力要求，改用損失、貧化率較低的傳統(tǒng)上向水平分層充填采礦法進(jìn)行開采，井下多中段同時(shí)作業(yè)，最多可達(dá)35個(gè)采場(chǎng)同時(shí)開采。但是，該金礦仍采用機(jī)械運(yùn)搬（電耙）形式出礦[2]，存在生產(chǎn)效率難以提高、機(jī)械化水平低、安全生產(chǎn)管理困難、礦柱資源浪費(fèi)等難題，嚴(yán)重影響了礦山安全高效生產(chǎn)的發(fā)展。

1.礦山現(xiàn)有采礦方法概述

該金礦目前采用的上向水平分層充填采礦法如圖1所示。采場(chǎng)由下向上逐層回采，回采工作按分層進(jìn)行，每采完一層即充填一層，分層高度為2-2.5 m；每采完一個(gè)分層，隨即進(jìn)行充填，充填體作為上分層的回采平臺(tái)；礦石經(jīng)機(jī)械運(yùn)搬（電耙）到放礦溜井，通過自重經(jīng)放礦溜井漏斗裝入礦車進(jìn)行回采出礦。相比于淺孔留礦法開采，傳統(tǒng)的上向水平分層充填采礦法可將采場(chǎng)貧化、損失率控制在5%左右，控制貧化損失效果較好。

圖1 某金礦傳統(tǒng)上向水平分層充填采礦法示意圖

但是，傳統(tǒng)的電耙出礦方式出礦效率低下，使得分層回采的周期較長(zhǎng)，導(dǎo)致單個(gè)礦塊的生產(chǎn)能力低，僅有45-60 t/d。為滿足生產(chǎn)需求，礦山采區(qū)增加同時(shí)開采的采場(chǎng)數(shù)量的方式來提高出礦量，導(dǎo)致回采工作面長(zhǎng)度變大，井下同時(shí)作業(yè)的人員數(shù)量增多，生產(chǎn)組織管理復(fù)雜；同時(shí)，隨著采場(chǎng)數(shù)量以及開采深度的不斷增加，井下地壓活動(dòng)（冒頂、片幫）不斷顯現(xiàn)[3,4]，加大了企業(yè)安全生產(chǎn)的管理難度。

2.機(jī)械化上向水平分層充填采礦法設(shè)計(jì)

為增強(qiáng)礦山生產(chǎn)現(xiàn)代化機(jī)械化技術(shù)水平，加強(qiáng)礦山的安全生產(chǎn)管理效率，根據(jù)該金礦主礦體的賦存形式與開采條件，廢棄原有的電耙出礦手段，設(shè)計(jì)采用鏟運(yùn)機(jī)出礦的機(jī)械化上向水平分層充填采礦法，該采礦方法沿礦體走向布置采場(chǎng)，采場(chǎng)走向長(zhǎng)度45-60 m，中段高度40-60 m，如圖2所示。

圖2 機(jī)械化上向水平分層充填采礦法示意圖

2.1 采準(zhǔn)工程

在礦體下盤沿礦體走向每隔50-60 m掘進(jìn)穿脈平巷，再沿礦體走向掘進(jìn)脈內(nèi)平巷連接各穿脈巷道，穿脈巷道可作為前期的探礦巷道，同時(shí)作為后期中段的開采平臺(tái)。在礦體下盤脈外掘進(jìn)分段平巷，分段高度為12.5 m，分段間采用斜坡道相連。

2.2 切割工程

在每個(gè)分段巷道內(nèi)，向礦體掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)斜坡道，每個(gè)聯(lián)絡(luò)斜坡道之間相隔40 m。聯(lián)絡(luò)斜坡道將每個(gè)分段分為三個(gè)高度為4 m的分層（或者根據(jù)圍巖穩(wěn)定性，劃分為四個(gè)3 m的分層）。聯(lián)絡(luò)斜坡道高度隨著充填工作進(jìn)行而逐步升高，聯(lián)絡(luò)斜坡道坡度可取10°-15°，以滿足鏟運(yùn)機(jī)的爬坡角度[5]，如圖3所示。

圖3 分段巷道內(nèi)的分層示意圖

2.3 回采工作

采用鑿巖臺(tái)車鉆鑿水平方向中深孔，使用巖石乳化炸藥，全斷面一次爆破。爆破工作完成后，鏟運(yùn)機(jī)由聯(lián)絡(luò)斜坡道進(jìn)入工作面鏟裝崩落礦石，隨后通過聯(lián)絡(luò)斜坡道以及分段巷道，將礦石倒入溜井。當(dāng)鏟運(yùn)機(jī)在采場(chǎng)底部中段工作時(shí)，可將礦石直接倒入礦車，由電機(jī)車牽引礦車組，將礦石倒入溜破系統(tǒng)主溜井或措施井，經(jīng)箕斗豎井提升至地表。

2.4 充填工作

充填工作開始前，在聯(lián)絡(luò)斜坡道附近搭建充填擋墻，開始進(jìn)行充填。充填高度根據(jù)當(dāng)前頂板穩(wěn)固情況以及預(yù)留工作面高度等因素決定。當(dāng)某一聯(lián)絡(luò)斜坡道分層回采完畢，對(duì)分層進(jìn)行充填作業(yè)前，先封堵聯(lián)絡(luò)道兩側(cè)，并將聯(lián)絡(luò)斜坡道充填至一定高度，以保證鏟運(yùn)機(jī)能順利進(jìn)入工作面。充填體完全膠結(jié)硬化后，需開展平場(chǎng)、鋪設(shè)膠面層等工作，方便鏟運(yùn)機(jī)在充填體上方進(jìn)行作業(yè)。

3.新舊采礦方法對(duì)比

為驗(yàn)證機(jī)械化上向水平分層充填采礦法在該金礦的可實(shí)施性，在礦區(qū)內(nèi)選用三個(gè)試驗(yàn)采場(chǎng)開展改進(jìn)采礦方法的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)得到的機(jī)械化改進(jìn)采礦方法與原有采礦方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比如表1所示。

由表1可以看出，相比較于傳統(tǒng)的上向水平分層充填采礦法，改進(jìn)的機(jī)械化上向水平分層充填采礦法可以較大幅度提高采場(chǎng)的生產(chǎn)能力（50 t/d提高至90 t/d）以及采場(chǎng)出礦效率（115 t/d·臺(tái)提高至290 t/d·臺(tái)），兩種采礦方法的優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比如表2所示。雖然采用機(jī)械化設(shè)備出礦會(huì)帶來開采成本、機(jī)械購置成本以及設(shè)備維修成本的增加，但機(jī)械化所帶來的開采效率提升的同時(shí)可使得采場(chǎng)內(nèi)作業(yè)的人數(shù)減少，有利于礦山的安全生產(chǎn)管理。

表1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

表2 采礦方法優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比

4.結(jié)論

本文簡(jiǎn)述了某金礦原有傳統(tǒng)的上向水平分層充填采礦法的缺點(diǎn)，并基于機(jī)械化設(shè)備出礦、高效安全生產(chǎn)等基本原則，提出一種機(jī)械化上向水平分層充填采礦法的設(shè)計(jì)思想。該金礦選用三個(gè)試驗(yàn)采場(chǎng)開展了機(jī)械化上向水平分層充填采礦法的試驗(yàn)應(yīng)用，試驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)械化改進(jìn)的采礦方法能大幅度提高采場(chǎng)的生產(chǎn)能力以及采場(chǎng)的出礦效率。