某鉛鋅礦回采方案改造研究*

劉大榮

（云南黃金礦業(yè)集團股份有限公司，云南 昆明 650220）

金屬與非金屬礦山多采用崩落法或充填法回采上盤巖石破碎的急傾斜礦體[1]，對于直接頂局部不穩(wěn)固的礦體，若采用崩落法開采，需要強制崩落頂板以形成覆蓋巖層，且出礦過程貧化率很高，嚴重影響企業(yè)整體經濟效益[2-3]。采礦方法使用是否恰當，對一個礦山是至關重要的，它直接決定著礦床開采的安全性、資源回收利用率以及企業(yè)的經濟效益[4]。

某鉛鋅礦主礦體屬急傾斜中厚至厚礦體，礦巖總體屬于中等穩(wěn)固，但礦體直接頂板出露一層厚度（2～8）m不等的千枚巖，該巖層受斷層破碎帶影響，局部穩(wěn)定性較差。采用淺孔留礦法開采，曾多次發(fā)生采場片冒事故。企業(yè)為了開采安全，在礦房靠上盤方向留設（2～3）m厚的礦石保護層來維護頂板穩(wěn)定，嗣后采用低灰砂比尾砂膏體充填空區(qū)。由于充填體強度低，礦柱及礦石保護層等均無法有效回收，礦塊綜合回收率不足60%，造成大量資源浪費，不利于企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

為了可持續(xù)發(fā)展，企業(yè)對原采礦工藝進行優(yōu)化改造，將原“淺孔留礦嗣后充填法”改造為“上向分層+進路式”充填法回采方案，有效解決了頂板不穩(wěn)固對開采帶來的安全威脅，大幅提高了資源的綜合回收率。

1 采區(qū)歷史及現(xiàn)狀

礦區(qū)開采歷史悠久，明末清初即有采礦活動，但主要以小規(guī)模民采為主。近代規(guī)?；_采自20世紀80年代初開始，經過近四十年的開采，目前礦區(qū)1 300 m以上資源已基本采完，累計采出鉛鋅礦石約1 300余萬t。采用平硐開拓，電機車牽引有軌礦車運輸，中段高度（30～40）m，采礦方法以平底底部結構淺孔留礦法+嗣后尾砂充填為主，局部礦塊為削壁充填法，礦山配套建設有選礦廠兩座，尾礦庫3座。礦山已于2018年建成充填站一座，日最大充填能力可達800 m3，目前正在對1 300 m及以上中段空區(qū)進行嗣后充填處理。

2 開采技術條件

2.1 礦體特征

礦區(qū)已發(fā)現(xiàn)的礦體總數(shù)有18個，但具有一定工業(yè)價值或歷次地質工作列入資源儲量估算的礦體只有4個，以Ⅱ1礦體為區(qū)內主礦體。Ⅱ1主礦體產于F3斷層破碎帶之硅化白云質碎裂巖中，礦體位于破碎帶靠下盤接觸帶處，走向長2 320 m，礦體垂深1 170 m，礦體分布最高標高 （2 190～1 020）m，礦體總體產狀為226°<68°。礦體厚度總體穩(wěn)定，真厚度（1.07～29.08）m，平均6.10 m。平均品位Pb 2.01%，Zn 10.32%，伴生銀65.10 g/t。

2.2 水文地質和工程地質條件

礦區(qū)地處滇東北高中山峽谷區(qū)，山高谷深，溝谷縱橫，地形高差大，有利于地表水、地下水的自然排泄。探明的礦體全部分布于礦區(qū)最低侵蝕基準面之上，地形有利于平硐開采，可以自流排水。礦體賦存于震旦系上統(tǒng)燈影組上部白云巖斷層破碎帶旁側，主要充水含水層為震旦系上統(tǒng)燈影組巖溶裂隙含水層，富水性中等，為直接充水含水層。構造破碎帶發(fā)育，富水性弱，導水性差。礦區(qū)水文地質條件為以巖溶裂隙水充水為主的簡單偏中等類型。

礦體圍巖以碳酸鹽巖類巖石為主，巖溶弱發(fā)育，屬弱巖溶化巖石。井巷圍巖堅硬，以中厚層狀結構為主，工程穩(wěn)固性一般較好，局部受斷層擠壓呈碎裂結構，工程穩(wěn)固性較差。礦體底板為堅硬白云巖，穩(wěn)固性良好，直接頂板為一層厚度（2～8）m不等的千枚巖，受F3斷層破碎帶影響，局部穩(wěn)固性較差，容易發(fā)生垮塌、冒落等工程地質問題。根據(jù)現(xiàn)場調查的情況，礦山近年來主要采用淺孔留礦法進行采礦，采場直接頂板在采場大量出礦后即自然垮落，局部穩(wěn)固性較差地段采場頂板在回采過程中會出現(xiàn)小規(guī)模片冒。

3 原采礦方案存在問題

礦山2018年前采用普通淺孔留礦法開采，礦塊沿礦體走向布置，長（50～60）m，中段高度（30～40）m。平底底部結構，頂柱高 （3～5）m，間柱寬（6～8）m，礦柱未回收，礦塊回采完成后采用磚砌塊封閉空區(qū)入口，頂板自然垮落。存在的主要問題：采場回采過程中常出現(xiàn)直接頂小規(guī)模片冒，工人靠近上盤區(qū)域作業(yè)時安全受到威脅；采場大量出礦過程中或出礦完成后頂板即開始坍塌，導致頂柱及間柱來不及回收；由于采用平底出礦，采場底部總有部分礦石無法放出，損失率較大。

2018年，企業(yè)對回采工藝進行了調整，在礦房靠上盤方向留設（2～3）m厚礦石保護層來維護采場頂板的穩(wěn)定（圖1），基本解決了采場頂板在回采過程中或放礦中發(fā)生坍塌的危險。礦塊回采完成后采用鋼筋砼封閉空區(qū)入口，并對空區(qū)進行嗣后充填，充填體一般為1∶12低灰砂比配比尾砂。存在的主要問題：頂柱及間柱仍無法安全回收，礦石保護層占用大量資源也無法回采，礦塊綜合回收率不足60%，造成大量資源浪費，不利于企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

圖1 開采現(xiàn)狀剖面圖Fig.1 Profile map of mining status

4 回采方案改進研究

為了企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，科學合理地開發(fā)礦區(qū)內有限的礦產資源，對現(xiàn)有采礦方案進行了優(yōu)化改造[5]。改造后采用“上向分層+進路式充填法”（圖2），其主要工藝如下：

圖2 改造后開采工藝圖Fig.2 Chart of extraction process after improvement

4.1 礦塊布置和構成要素

礦山現(xiàn)有各中段運輸巷道均掘于礦體下盤巖石中，距離礦體（5～20）m不等，生產探礦過程中已掘有大量穿脈揭露礦體，穿脈間距為50 m左右。因此，采礦工藝改造時本著充分利用原有井巷工程的原則，采場仍沿走向布置，采場長50 m，寬度為礦體厚度，中段高度（30～40）m（試驗中段為1 226 m中段，中段高約33 m）。中段內分為3個分段進行開采，分段高度11 m。分段內再分為4個分層，分層高度為（2.7～3.0）m。改造后的采礦工藝不留頂?shù)字伴g柱。

4.2 采準工程

采準切割主要工程有采準斜坡道、分段巷道、分段及分層聯(lián)絡道、溜井聯(lián)絡道、溜井、回風井等。自中段運輸巷道向上掘采準斜坡道并與上部中段（回風）貫通，作為聯(lián)絡各分段的主要工程，供人員及鏟運機等設備通行；自采準斜坡道在各分段標高向礦塊方向掘聯(lián)絡道，并在礦體下盤方向沿走向掘分段巷道，自分段巷道向礦塊間隔50 m掘分層聯(lián)絡道，并掘回風天井貫通上下分段。溜井設置在靠近各分段巷道的下盤方向，每個礦塊設置一條溜井。改造后采礦方法無切割工程。

4.3 回采、出礦及通風

采場內自下而上分層開采。采場最底部分層（首采層）采用整層式開采，自分層聯(lián)絡道開始向采場中部以礦體全厚推進回采。第二分層及以上各分層采用沿走向進路式開采，自分層聯(lián)絡道開始，向兩側礦房沿礦體走向以進路為單位進行開采，先采靠上盤方向的一條進路，同時對直接頂板局部不穩(wěn)固地段采用錨桿（或超前錨桿）維護其穩(wěn)定，回采進路斷面形式為矩形，進路寬（3.0～3.5）m，高（2.7～3.0）m。第一進路采完后即進行該進路的充填，然后再開采靠下盤方向其它進路并進行充填。靠下盤方向剩余礦體開采時的進路寬度應根據(jù)礦體穩(wěn)固性而定，若礦體穩(wěn)固性較好，可以按剩余礦體全厚一次回采。使用1 m3電動鏟運機出礦，將礦石經分層聯(lián)絡巷、分段巷道、溜井聯(lián)絡道運至采場溜井下放。下分層開采完畢并開始上分層開采前，應先掘上分層的分層聯(lián)絡道，自分段巷道開始，采用淺孔爆破下分層聯(lián)絡道頂板巖石即形成上分層聯(lián)絡道，部分巖碴用于填埋下分層聯(lián)絡道，多余巖碴用鏟運機運至下分層空區(qū)充填。

回采時，采用YT28型鑿巖機打眼，孔徑（45～48）mm，孔深 （1.8～2.5）m，進行水平淺孔落礦；采用磁電雷管和導爆管進行微差爆破，單段藥量控制在2 kg以內。礦石合格塊度小于350 mm，大于350 mm的大塊采用破碎錘二次破碎[6]。

新鮮風流由中段巷道通過采準斜坡道、分段巷道、分層聯(lián)絡巷道再經局部通風機送入采場回采工作面，污風經從回采進路排至分層聯(lián)絡道，經分層聯(lián)絡道端部回風天井排至上中段巷道，匯入上回風系統(tǒng)排出地表。

4.4 采場充填

采場充填形式及配比等按照采場分層或進路不同分為以下情況：①采場最底部分層（首采層），整層回采結束后，先進行平底，并在采場底部敷設鋼筋網，并將鋼筋網吊掛、焊接，修筑充填擋墻，架設充填管道等充填準備工作，然后開始充填。充填灰砂比為1∶4～1∶5，待充填體強度達到4.5 MPa以上時才能開始上部分層的開采[7]；②上部各分層，一步驟回采靠上盤進路時，采用充填灰砂比為1∶8的膏體；二步驟回采其它進路時，采用充填灰砂比1∶12的膏體充填。采場各進路在充填前，要架設擋墻，阻斷采空進路與分段聯(lián)絡道。在整個采場回采充填結束后，封閉各分段巷道與分層聯(lián)絡道等，對采場最上分層及聯(lián)絡道等進行接頂充填。

5 方案評價

改造前后采礦方法技術經濟指標對比如表1。新方案在各分層內首采靠上盤方向的進路時，對不穩(wěn)固地段頂板采用錨桿（或超前錨桿）維護其穩(wěn)定，減少了原方案留設礦石保護層所損失的資源，有效提高了資源回收利用率。各進路采用鏟運機出礦，避免了原方案集中大量出礦過程中頂板坍塌導致的貧化，出礦品位得到有效提高。改造后方案不留設頂?shù)字伴g柱，資源綜合回收率較原方案提高了41.4%。與原開采方案相比，新方案采礦貧化損失指標均得到大幅度下降，出礦品位得到提高，企業(yè)總體效益得到明顯改善。雖然新方案單位采礦綜合成本增加了8.4元，但單個礦塊可多采出鉛鋅礦石量32 192.6 t，初步估算礦山未來可多采出鉛鋅礦石240余萬t，生產服務年限可延長至少8年。

表1 采礦技經濟術指標對比表Tab.1 Correlation table for economic and technical norms of mining

6 結語

對某鉛鋅礦采礦方法進行了改造，將原來“留設礦石保護層的淺孔留礦法”改造為“上向分層+進路式充填法”開采。

1）新方案采礦貧化損失指標均得到大幅度下降，出礦品位得到明顯提高，企業(yè)總體效益得到明顯改善，資源綜合回收率提升了41.4%，可延長企業(yè)生產服務年限8年以上，有利于企業(yè)可持續(xù)發(fā)展；

2）頂板（局部）穩(wěn)定性較差的急傾斜中厚或厚礦體，采用上向分層+進路式充填法開采能有效的降低頂板冒落對工作面人員及設備帶來的安全威脅，該方法對類似開采技術條件的礦山具有較好的應用前景及推廣價值。