金青頂?shù)V區(qū)急傾斜破碎礦體下向進(jìn)路充填采礦法的優(yōu)化與應(yīng)用

李施慶 李洪浦 刁子航 王靖丹

摘要：隨著采深增加，金青頂?shù)V區(qū)采用的高水固結(jié)尾砂下向進(jìn)路充填采礦法存在采礦效率低，回采安全性差，礦石質(zhì)量管理困難，工人勞動強(qiáng)度大等問題。根據(jù)礦區(qū)急傾斜破碎礦體開采技術(shù)條件，開展了采礦方法及實施工藝優(yōu)化試驗研究，最終確定了C料尾砂下向進(jìn)路充填采礦法為最佳方案，并且在現(xiàn)場工業(yè)試驗中取得了采礦損失率4.43 %，礦石貧化率3.52 %，單個采場生產(chǎn)能力56.6 t/d的良好技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：急傾斜;破碎礦體;下向進(jìn)路;充填采礦法;人工假頂;C料膠結(jié)充填

中圖分類號：TD853.34文章編號：1001-1277（2021）11-0044-05

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20211108

下向進(jìn)路充填采礦法因其回采作業(yè)安全性高、支護(hù)工作量小等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜破碎礦體開采[1-4]。山東金洲礦業(yè)集團(tuán)有限公司金青頂?shù)V區(qū)（下稱“金青頂?shù)V區(qū)”）位于山東省乳山市下初鎮(zhèn)，主礦體受斷裂蝕變帶控制，礦巖極破碎，并且在斷層泥的影響下導(dǎo)致圍巖極易脫落，穩(wěn)固性極差。礦區(qū)采用高水固結(jié)尾砂下向進(jìn)路充填采礦法，電耙出礦，效率較低;同時，受膠結(jié)材料及充填工藝等的影響，充填體存在強(qiáng)度低、接頂效果差，與鋼筋網(wǎng)膠結(jié)效果差等問題?；诖耍叫鑼ΦV區(qū)急傾斜破碎礦體采礦方法和施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到礦山精細(xì)化、低貧損、安全高效開采的目標(biāo)，從而提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，延長礦山服務(wù)年限。

1工程概況

金青頂?shù)V區(qū)-590 m-1#盤區(qū)位于-590 m中段1勘探線—4勘探線，該盤區(qū)沿礦體走向劃分為3個采區(qū)，地質(zhì)礦量102 896 t，金品位5.37 g/t，金金屬量552.55 kg。礦體大致形態(tài)為板狀，走向30°，平均傾角60°，平均厚度7 m。由于礦體賦存于構(gòu)造蝕變帶內(nèi)，導(dǎo)致礦體上下盤圍巖結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，巖石極破碎，并且存在隱性三角節(jié)理。針對礦區(qū)內(nèi)急傾斜破碎礦體，該礦山一直采用高水固結(jié)尾砂下向進(jìn)路充填采礦法（見圖1）進(jìn)行回采，該方法能有效減小頂板暴露面積，提高作業(yè)安全性，同時，回采進(jìn)路布置靈活，易于實現(xiàn)探采結(jié)合。

高水固結(jié)尾砂下向進(jìn)路充填采礦法采場長50 m，寬度為礦體水平厚度，中段高40 m，分層高3.4 m，進(jìn)路寬3.0 m。采切工程采用下盤人行溜井加分層道布置，YT-27型氣腿式鑿巖機(jī)鑿巖，電耙裝巖機(jī)聯(lián)合出礦，高水材料充填。礦石貧化率15.00 %，采礦損失率8.00 %，采場生產(chǎn)能力30.0 t/d。根據(jù)礦區(qū)長期的實踐經(jīng)驗，該采礦方法逐步暴露出以下問題：

1）電耙出礦，工人勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)能力低。

2）礦房只有1條溜井，礦石質(zhì)量管理困難，采礦損失貧化大。

3）高水充填成本高，充填體后期易風(fēng)化、碳化，最終強(qiáng)度不高、安全性差。

4）力學(xué)穩(wěn)定性未知，構(gòu)筑工藝有待優(yōu)化。

2采礦方案優(yōu)化

針對上述工程概況，結(jié)合金青頂?shù)V區(qū)急傾斜破碎礦體開采技術(shù)條件與采礦方案選擇原則[5-7]，初步選擇2種適合于礦區(qū)實際情況的開采方案：方案一，C料尾砂下向進(jìn)路充填采礦法（見圖2）;方案二，人工假頂下向交錯分段充填采礦法（見圖3）。

C料尾砂下向進(jìn)路充填采礦法采用自上而下在人工假頂保護(hù)下分層回采礦體，進(jìn)路回采屬于掘進(jìn)式回采，全進(jìn)路斷面爆破，鏟運機(jī)經(jīng)分層聯(lián)絡(luò)道出礦，待上分層回采完并充填結(jié)束后再回采下一分層。人工假頂下向交錯分段充填采礦法采用后退式回采，先回采上分段礦房，回采結(jié)束后立即充填，待強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后開始回采下分段礦房，回采結(jié)束后通過上分段脈外出礦橫巷立即充填，最后對上分段礦柱和下分段礦柱進(jìn)行回采。詳細(xì)分析了2種采礦方法的優(yōu)缺點和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，結(jié)果見表1。

從表1可以看出：人工假頂下向交錯分段充填采礦法回采時具有較大自由面及補償空間，回采強(qiáng)度較高，但隨著回采作業(yè)的進(jìn)行，所暴露的頂板面積越來越大，產(chǎn)生的回采安全隱患也越來越大，從而增加了支護(hù)工作量和費用，同時為了保證礦房的穩(wěn)定性，階段需留有頂柱，造成貴重金屬礦石的損失。而C料尾砂下向進(jìn)路充填采礦法可有效降低回采暴露面積，減少支護(hù)工作量，且人員在人工假頂下作業(yè)安全性高，采礦損失貧化低，故選擇C料尾砂下向進(jìn)路充填采礦法作為金青頂?shù)V區(qū)急傾斜破碎礦體的最佳回采方案。

3工業(yè)試驗

3.1盤區(qū)及采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

工業(yè)試驗地點為-590 m-1#盤區(qū)，根據(jù)優(yōu)選結(jié)果，采用C料尾砂下向進(jìn)路充填采礦法回采金青頂?shù)V區(qū)急傾斜破碎礦體。盤區(qū)沿礦體走向劃分為3個采場，采場長為25 m，寬為礦體水平厚度，中段高40 m，首采層結(jié)束后及時構(gòu)筑人工假底，然后自上而下在上分層假底的保護(hù)下依次回采。首采層從上中段探礦穿開始回采，高2.5 m，寬2.5 m，當(dāng)?shù)V體極破碎時可適當(dāng)縮小進(jìn)路長度和寬度，從第二分層開始進(jìn)路寬度改為3.0 m，高度改為3.4 m。

3.2采切工程布置

采用下盤脈外斜坡道加分段巷采準(zhǔn)方式，自斜坡道垂直于礦體在-559.492 m、-569.683 m、-579.872 m水平分別掘進(jìn)各分段聯(lián)絡(luò)巷，分段運輸巷沿礦體走向平行布置于礦體下盤，斷面3.1 m×2.7 m，分段運輸巷與斜坡道之間通過分段聯(lián)絡(luò)巷相連，從各分段運輸巷以不同坡度垂直于礦體掘進(jìn)采場聯(lián)絡(luò)巷與采場連通。采準(zhǔn)切割工程量見表2。

3.3回采工藝

1）回采順序。采場自上而下順序回采，單條分段運輸巷服務(wù)3個分層：第一分層由分段運輸巷上掘聯(lián)絡(luò)巷至礦體，第二分層由分段運輸巷水平掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)巷至礦體，第三分層由分段運輸巷下掘聯(lián)絡(luò)巷至礦體。盤區(qū)內(nèi)出礦、支護(hù)、充填等工序在時間上可以互相錯開，確保出礦量的穩(wěn)定。

2）鑿巖爆破。采用單臂式鑿巖臺車鑿巖，乳化炸藥進(jìn)行爆破。針對下盤三角礦體改用7655手動式鑿巖機(jī)進(jìn)行局部回采。

3）采場通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由新豎井→5勘探線主運巷→斜坡道→分段聯(lián)巷→分段運輸巷→分層聯(lián)巷→采場，新鮮風(fēng)流清洗采場后，污風(fēng)由2.5勘探線脈外通風(fēng)天井排至-590 m中段的0.5勘探線回風(fēng)系統(tǒng)。由于采場沿脈進(jìn)路回采，獨頭掘進(jìn)，因此必須輔以局扇強(qiáng)制通風(fēng)。

4）采場支護(hù)。下向采場回采是在上分層的假底下作業(yè)，安全性較好，一般不支護(hù)。若遇到頂板質(zhì)量較差的情況可采用木架或錨桿+金屬網(wǎng)進(jìn)行臨時支護(hù)。

5）采場出礦。礦石通過1 m3柴油鏟運機(jī)鏟裝至礦石溜井，經(jīng)溜井進(jìn)入-590 m中段，由電機(jī)車牽引外運。

6）采場充填。金青頂?shù)V區(qū)早期采用高水材料進(jìn)行充填，該材料具有早期強(qiáng)度高、不需脫水、無毒害的優(yōu)點，但由于高水充填體中自由水、吸附水含量較高，后期流失或蒸發(fā)易造成充填體風(fēng)化或碳化，導(dǎo)致強(qiáng)度下降，同時，高水固結(jié)充填體與鋼筋間黏結(jié)強(qiáng)度低，易形成弱面和應(yīng)力集中，也會直接影響充填體的整體穩(wěn)定性。優(yōu)化后的采礦方法以C料作為膠凝材料，全尾砂作為充填骨料，料漿濃度為68 %～72 %，由-550 m中段主充填管路接至-550 m中段2.5勘探線充填管路井，然后充入采場，經(jīng)過規(guī)定時間的脫水、養(yǎng)護(hù)后達(dá)到一定強(qiáng)度，不僅能降低充填成本，還能更好地保障采場穩(wěn)定性。

各采場在出礦完畢后鋪設(shè)人工假底，厚度為1.6 m。 人工假底鋼筋網(wǎng)按0.36 m×0.36 m的網(wǎng)度構(gòu)筑，橫向鋼筋外端預(yù)留0.25～0.30 m鋼筋鉤，與相鄰進(jìn)路鋼筋焊接，緊鄰上下盤進(jìn)路要在巖幫上安裝錨桿，與鋼筋網(wǎng)焊接，形成完整的人工假底，確保下分層進(jìn)路回采安全。普通充填采用C料（灰砂比1∶10）充填料漿直接進(jìn)行接頂充填，待充填體養(yǎng)護(hù)結(jié)束后即可回采相鄰進(jìn)路。

3.4主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

C料尾砂下向進(jìn)路充填采礦法采用盤區(qū)多進(jìn)路交替式回采布置;采用下盤脈外斜坡道、分段運輸巷、分層聯(lián)絡(luò)巷及脈外出礦溜井的無軌采準(zhǔn)系統(tǒng);采用無軌設(shè)備鑿巖、出礦;構(gòu)筑C料尾砂鋼筋網(wǎng)人工假頂護(hù)頂，極大地提高了礦區(qū)機(jī)械化水平，降低了工人勞動強(qiáng)度，同時也保證了作業(yè)環(huán)境的安全性。

通過對-590 m-1#盤區(qū)進(jìn)行C料尾砂下向進(jìn)路充填采礦法工業(yè)試驗，最終取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，與高水固結(jié)尾砂下向進(jìn)路充填采礦法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比情況見表3。由表3可知，C料尾砂下向進(jìn)路充填采礦法較高水固結(jié)尾砂下向進(jìn)路充填采礦法具有生產(chǎn)能力高，采礦損失貧化低等優(yōu)點，并且能夠保證回采作業(yè)的安全性，達(dá)到金青頂?shù)V區(qū)安全高效生產(chǎn)的目標(biāo)。

4結(jié)論

1）針對金青頂?shù)V區(qū)采用高水固結(jié)尾砂下向進(jìn)路充填采礦法回采存在的不足，通過方案對比優(yōu)選出C料尾砂下向進(jìn)路充填采礦法作為礦區(qū)急傾斜破碎礦體開采的最佳方案。

2）現(xiàn)場工業(yè)試驗結(jié)果表明，C料尾砂下向進(jìn)路充填采礦法能保證作業(yè)采場的穩(wěn)定性，確保礦石安全高效回采，并且較高水固結(jié)尾砂下向進(jìn)路充填采礦法生產(chǎn)能力大幅提高，采礦損失貧化顯著降低，可為急傾斜破碎礦體開采提供參考借鑒。

[參 考 文 獻(xiàn)]

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Optimization and application of downward approach filling mining method

for steeply inclined broken orebody in Jinqingding Mining DistrictLi Shiqing，Li Hongpu，Diao Zihang，Wang Jingdan

（Shandong Jinzhou Mining Group Co.，Ltd.）

Abstract：With increasing mining depth，the highwater tailings solidification downward filling mining method used in the Jinqingding Mining District becomes poor in mining efficiency and safety，leads to difficulty of ore management and high labour intensity.Based on the technical conditions of steeply inclined broken orebodies of the district，experimental research on the optimization of mining methods and construction process was conducted.The C material tailings downward approach filling mining method was decided as the optimal scheme，and has achieved good technical and economic indexes in field industrial test，include mining loss rate 4.43 %，mining dilution rate 3.52 %，single stope capacity 56.6 t/d.

Keywords：steeply inclined;broken orebody;downward approach;filling mining method;artificial false roof;C material cementation filling

收稿日期：2021-06-18; 修回日期：2021-09-17

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（51974043，51774058）

作者簡介：李施慶（1979—），男，山東萊州人，工程師，從事采礦及管理等工作;山東省乳山市下初鎮(zhèn)南東莊，山東金洲礦業(yè)集團(tuán)有限公司，264500;Email：2980389205@qq.com