急傾斜極薄礦脈采礦方法的選擇及應(yīng)用

鄧國明，戴嘉誠

（湖南瑤崗仙礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 郴州 423000）

急傾斜極薄礦體的開采由于其礦體賦存條件不同，常常存在采礦方法難以確定、礦石損失率高、貧化大、作業(yè)空間狹小、機(jī)械化程度低等問題。目前，國內(nèi)外礦山對于急傾斜極薄礦體采礦方法的主要選擇有：無底柱分段崩落法、淺孔留礦法、削壁充填法等。李軍順研究了無底柱分段崩落法開采急傾斜薄礦脈的方法，分析了礦山貧化的原因并對降低貧化提出了相關(guān)技術(shù)措施［1］；張傳柱、曲展鵬等進(jìn)行了無底柱淺孔留礦嗣后充填采礦工業(yè)試驗，提高了礦石回收率，取得一定的經(jīng)濟(jì)效益［2］；田振軍通過采礦方法的對比分析，確定了適應(yīng)于其礦山的最佳采礦方法［3］；張伶年、尹彥波等通過綜合比較和模糊評判，確定上向水平充填采礦法為礦山最優(yōu)采礦方法［4］，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益；曹宇介紹了削壁充填法在急傾斜極薄礦脈開采的應(yīng)用實踐，總結(jié)了削壁充填法在類似礦體開采的優(yōu)缺點［5］。

某礦山為百年老礦，薄至中厚礦體已基本采完，剩余邊緣礦體較多，多為急傾斜極薄礦脈。本文從資源綜合利用的角度出發(fā)，為最大化的采出礦石，確保礦山的經(jīng)濟(jì)效益，研究設(shè)計合理的采礦方法。

1 開采技術(shù)條件

某礦山位于華南地區(qū)，其大地構(gòu)造位于南嶺東西構(gòu)造帶邊緣，是一個典型的脈狀黑鎢礦床和矽卡巖白鎢礦床密切共生的鎢礦區(qū)。區(qū)內(nèi)有寒武系、泥盆系、侏羅系地層，褶皺斷裂發(fā)育，火成巖活動頻繁。礦床水文地質(zhì)極為簡單，僅有少量裂隙水，可以排出地表。其中楊梅嶺礦段位于礦區(qū)西部，標(biāo)高+1 060～+375 m，主要為石英脈狀礦體，呈脈狀產(chǎn)出。礦體走向285°～315°，傾向北東，傾角60°～80°，礦脈密集組成帶近平行分布，單礦體控制長150～530 m，深80～355 m，脈幅懸殊較大，厚度0.21～0.85 m，平均厚度0.57 m。

礦床整體構(gòu)造簡單，礦巖整體性較好，局部裂隙及節(jié)理大部分被礦巖填充，且充填膠結(jié)性較好。礦體圍巖主要由花崗巖、砂巖以及變質(zhì)巖組成，其結(jié)構(gòu)緊密，穩(wěn)固性好，抗壓強度大于700 kg/cm2，巖石內(nèi)摩擦角＞80°，屬于堅硬工程地質(zhì)巖組，礦巖穩(wěn)固性好，工程地質(zhì)條件好。

2 采礦方法選擇

根據(jù)礦山圍巖特性、礦體賦存特征、礦山開采深度等條件，適合的采礦方法有淺孔留礦法和削壁充填法。從礦山實際情況出發(fā)，對淺孔留礦法及削壁充填法進(jìn)行比較，比較結(jié)果見表1。淺孔留礦法采礦方法如圖1所示，削壁充填法采礦方法如圖2所示。

圖1 淺孔留礦法采礦方法示意圖

圖2 削壁充填法采礦方法示意圖

表1 采礦方法綜合比較表

楊梅嶺礦段礦體傾角60°～80°，礦層頂、底板均穩(wěn)固。礦石不結(jié)塊且無氧化性及自燃性。通過對淺孔留礦法和削壁充填法綜合比較，淺孔留礦法與削壁充填法礦石損失率相近，雖然淺孔留礦法礦石貧化率較削壁充填法高，但削壁充填法工藝及管理較復(fù)雜，且采礦成本高、前期投資高、資金回籠慢，考慮到礦山現(xiàn)有生產(chǎn)開采技術(shù)裝備、管理水平及礦山現(xiàn)行經(jīng)濟(jì)壓力，最終選擇淺孔留礦法。

3 采礦工藝

3.1 礦塊布置和采切工程

礦塊的主要構(gòu)成要素有：階段高度、礦塊長度和寬度、礦柱的尺寸等。

1.中段高度：礦體為急傾斜薄礦脈產(chǎn)出，為了與礦區(qū)已有各中段水平進(jìn)行更好的銜接，故中段高度選擇與礦區(qū)中部的中段劃分一致。同時考慮到礦區(qū)西部的礦坑水需要通過現(xiàn)有中段平硐自流水排出地表，其自流水距離較遠(yuǎn)，因此，設(shè)計西部中段水平標(biāo)高一般要高出中部中段水平標(biāo)高5 m以上，便于地下水自流。確定中段高度為45 m。

2.開采順序：采用自下而上的開采順序。

3.礦塊結(jié)構(gòu)要素：（1）中段高度：35～50 m；（2）礦房長度：50～80 m；（3）頂柱：垂高3 m；（4）底柱：垂高3 m；（5）間柱寬度：6 m（礦脈沿走向出現(xiàn)分支交叉時，在分支或交叉口留間柱，并設(shè)共用天井或共用漏斗，主脈與分支脈同時上采）；（6）采礦采幅：0.9～1.5 m；（7）在豎向剖面上交替出現(xiàn)平行礦脈時，兩脈間距小于1.5 m，由原采場以60°傾角逐步過渡到上平行脈；當(dāng)脈間距為1.5～3.0 m時，工作面向平行脈開掘60°斜漏斗，并做二次切割后繼續(xù)上采；當(dāng)脈間距大于3.0 m時，另開盲中段單獨回采。

3.2 采準(zhǔn)與切割

1.采準(zhǔn)工作有：階段運輸平巷工程、通風(fēng)行人天井和聯(lián)絡(luò)道以及漏斗頸工程等。階段運輸平巷布置在礦體中并靠近下盤接觸線位置；行人通風(fēng)天井布置在間柱中間位置，天井中每隔5 m向上掘進(jìn)一個聯(lián)絡(luò)道，與兩側(cè)礦房貫通。當(dāng)?shù)V房長度超過50 m時，在中央增設(shè)一個輔助通風(fēng)天井。該礦脈為薄礦層，在礦房的一側(cè)或中央，掘進(jìn)一個天井，而在另一側(cè)或兩側(cè)用支柱架設(shè)順路天井；在底部沿運輸平巷每隔6～8 m設(shè)計一個放礦漏斗，漏斗貼近下盤。

2.切割工作主要有：拉底平巷工程。為了給礦石回采提供爆破自由面，以及為放礦提供空間，需要對礦體底部進(jìn)行拉底。拉底高度為2.0～2.5 m。寬度隨礦體厚度變化而變化，且不小于0.9 m。

3.3 礦石回采

回采工作有：鑿巖、爆破、通風(fēng)、局部出礦、撬頂及平場、大量出礦等。

礦石回采自下而上分層進(jìn)行。分層高度根據(jù)釬桿長度及爆破補償空間確定，設(shè)計為2.0～3.0 m。因礦石較穩(wěn)固，可采用上向炮孔。上向炮孔深度一般為1.3～1.8 m，炮孔排距為1～1.2 m，炮孔間距0.8～1 m，炮孔排列形式采用“梅花形”排列。鑿巖采用YT-28型鑿巖機(jī)打眼。

3.4 采場通風(fēng)

礦房通風(fēng)，新鮮空氣由進(jìn)風(fēng)側(cè)天井進(jìn)入，通過采場工作面后，由中段回風(fēng)天井排至上中段回風(fēng)平巷后進(jìn)入主回風(fēng)天井排出地表。爆破后應(yīng)及時通風(fēng)，且經(jīng)空氣檢測合格后方準(zhǔn)進(jìn)入作業(yè)面。

3.5 放礦與出礦

采場分兩步驟放礦：局部放礦和完全放礦。（1）礦石崩落后，因碎脹必須放出一部分，才能保證工作面穿孔工作空間，此為局部放礦，每次爆破后的局部放礦量，大約為爆破礦量的三分之一；（2）礦房采完后，暫留在礦房中的礦石，應(yīng)及時全部運出，否則，隨著時間的拖延，上盤巖石局部發(fā)生冒落或下沉而擠緊礦石，造成放礦困難，導(dǎo)致礦石的貧化與損失。

3.6 采場清理松石，支護(hù)和平場

采場爆破、局部放礦后，經(jīng)過30 min的通風(fēng)，稀釋炮煙，人員可進(jìn)采場。首先進(jìn)行灑水降塵，排除頂板及邊幫松石，檢查設(shè)備設(shè)施及排除不安全隱患，對不穩(wěn)固的地段進(jìn)行安全處理和支護(hù)。遇到巖石破碎時可在頂?shù)装彘g用圓木或木垛進(jìn)行支護(hù)，然后進(jìn)行平場和二次破碎工作。

3.7 采空區(qū)處理

礦塊采空區(qū)處理：礦塊按自下而上的開采順序開采到頂柱時，在頂柱上預(yù)先打一個小溜井與上中段平巷相通，小溜井規(guī)格為1.5 m×1.5 m，待礦房內(nèi)礦石全部出完后，將臨時廢石場內(nèi)的廢石運輸至井下，通過小溜井充填至采場空區(qū)。因廢石量少，采場空區(qū)無法完全充填，根據(jù)廢石情況應(yīng)優(yōu)先充填盲斜井下盤和總回風(fēng)井底部的采空區(qū)，以便更好的保護(hù)盲斜井和總回風(fēng)井的安全穩(wěn)定。

4 結(jié) 論

通過對楊梅嶺礦段進(jìn)行采場淺孔留礦法開采試驗，結(jié)果表明：

1.試驗采場位于礦區(qū)西部16中段，標(biāo)高+835 m，中段高度40 m，采場長度80 m，采幅1.5 m。從拉底平巷開始至出礦時間3個月，工程投資少，資金回收快。

2.試驗采場綜合回采率約90%，但由于礦巖界限分布不明顯，導(dǎo)致礦石貧化率高，約87%。

3.生產(chǎn)技術(shù)及管理人員適應(yīng)性強，安全管理到位，采場安全系數(shù)高。

4.礦體厚度0.84 m，采場礦石貧化率高；后續(xù)需加強生產(chǎn)管理，采取相關(guān)技術(shù)措施，如做好鉆孔精準(zhǔn)定位、嚴(yán)格控制采幅等，切實做到降低礦石貧化率，提高礦石入選品位。