深部急傾斜厚大金礦采礦方法選擇及應(yīng)用研究

曲 巖 涂旭東 馬浩吉

（陜西鳳縣四方金礦有限責(zé)任公司）

崩落法開(kāi)采易造成地表塌陷，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，不利于礦山綠色發(fā)展，且技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較差，而充填采礦法不僅能夠滿(mǎn)足環(huán)保要求，又能夠達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，所以得到了廣泛應(yīng)用［1-3］。

四方金礦1 300 m標(biāo)高以上目前采用無(wú)底柱分段崩落法開(kāi)采，主要面臨地表塌陷、山體滑坡、尾礦庫(kù)使用壽命等問(wèn)題［4］?，F(xiàn)有采礦方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足安全生產(chǎn)需求，隨著開(kāi)采深度的增加，地壓活動(dòng)會(huì)更加明顯，治理也會(huì)愈發(fā)困難［5］，為了有效解決上述問(wèn)題，確保礦山可持續(xù)發(fā)展，特開(kāi)展采礦方法研究，確定最優(yōu)開(kāi)采方案。

1 開(kāi)采技術(shù)條件

四方金礦位于陜西省鳳縣坪坎鎮(zhèn)境內(nèi)，生產(chǎn)規(guī)模為70萬(wàn)t/a，根據(jù)礦山現(xiàn)行的工業(yè)指標(biāo)，可圈出一個(gè)Ⅰ2號(hào)主礦體及圍繞主礦體的多個(gè)小礦體。通過(guò)地質(zhì)勘探工作，Ⅰ2號(hào)主礦體占全礦床資源量的85%以上，長(zhǎng)490.80 m，平均厚18.14 m，傾斜沿伸421 m，賦存標(biāo)高在890 m以上，產(chǎn)狀為43°～47°∠46°～83°，總體呈透鏡狀。

金礦體賦存于螞蟥溝—八卦溝倒轉(zhuǎn)向斜翼部星紅鋪組鐵白云質(zhì)絹云母千枚巖中，地表風(fēng)化裂隙帶外為區(qū)域主要隔水層，含水性差。礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，礦床水文地質(zhì)條件屬于中等類(lèi)型。

礦床為韌性剪切帶蝕變巖型金礦床，礦體主要賦存在受韌性剪切帶控制的蝕變帶范圍內(nèi)，礦體圍巖主要為炭質(zhì)千枚巖、鐵白云質(zhì)千枚巖、綠泥石千枚巖等，均為半堅(jiān)硬圍巖。礦體中夾石性質(zhì)同圍巖一樣，均為含金蝕變巖體。通過(guò)穿脈連續(xù)取樣，夾石中含有少量金，與礦體界線(xiàn)不清。

2 采礦方法的選擇及主要技術(shù)參數(shù)

2.1 崩落法轉(zhuǎn)充填法整體規(guī)劃

四方金礦礦體屬于急傾斜厚大礦體，綜合分析礦體及圍巖條件、礦山現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)條件及裝備水平，參考國(guó)內(nèi)外類(lèi)似礦體的開(kāi)采情況，得出在現(xiàn)有無(wú)底柱分段崩落法下部預(yù)留一層水平隔離礦柱作為充填法回采的安全隔離層，下部主礦體采用充填采礦法進(jìn)行回采，既保證采礦方法順利轉(zhuǎn)型，同時(shí)保證礦山正常的生產(chǎn)產(chǎn)能。

2.2 采礦方法的選擇

在前期研究工作的基礎(chǔ)上，得出適合四方金礦深部礦體回收的采礦方法有2種，分別為分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法及大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法。這2種采礦方法均能滿(mǎn)足礦山生產(chǎn)需要，但兩者在礦房布置結(jié)構(gòu)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上有所差異。需要結(jié)合礦山實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)條件對(duì)兩者進(jìn)行研究比較，最終確定最優(yōu)采礦方法。

2.2.1 分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法

中深孔分段鑿巖階段出礦空?qǐng)鏊煤蟪涮畹幕夭晒に囈?jiàn)圖1。

（1）采場(chǎng)布置與采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。礦體分兩步驟開(kāi)采，兩步驟采場(chǎng)寬度均為15 m，采場(chǎng)長(zhǎng)為礦體厚度。采場(chǎng)頂板留5 m厚的護(hù)頂?shù)V層不予回采，沿礦體走向方向隔一采一。一步驟采場(chǎng)回采完畢后，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行膠結(jié)充填，一步驟采場(chǎng)充填完畢并養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后，進(jìn)行二步驟采場(chǎng)的采準(zhǔn)切割及回采工作，第二步驟采場(chǎng)回采完畢后亦嗣后膠結(jié)充填?；夭煞绞讲捎梅侄舞弾r階段落礦，分段高度為15 m，分段中崩落礦石于采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)出礦。

（2）采準(zhǔn)切割。每個(gè)盤(pán)區(qū)沿礦體走向長(zhǎng)60 m，由4個(gè)采場(chǎng)構(gòu)成，一步驟采場(chǎng)和二步驟采場(chǎng)各2個(gè)。每個(gè)盤(pán)區(qū)布置1個(gè)出礦溜井于礦體下盤(pán)。鏟運(yùn)機(jī)出礦沿脈運(yùn)輸?shù)啦贾迷谥卸嗡降牡V體下盤(pán)脈外，在沿脈運(yùn)輸?shù)纼?nèi)每隔2個(gè)采場(chǎng)掘進(jìn)垂直礦體的出礦穿脈，在出礦穿脈內(nèi)均勻布置出礦聯(lián)絡(luò)巷，相鄰的2個(gè)步驟采場(chǎng)共1條出礦穿脈。各分段內(nèi)布置1條礦體下盤(pán)脈外運(yùn)輸?shù)?，在分段運(yùn)輸?shù)纼?nèi)布置分段鑿巖巷道。每一盤(pán)區(qū)掘進(jìn)1條天井連接各分段水平。切割平巷和切割天井布置在各分段內(nèi)礦體上盤(pán)位置。用YGZ-90型鑿巖機(jī)在切割平巷內(nèi)鑿上向平行中深孔，利用切割天井作為自由面在切割巷道內(nèi)爆破形成切割立槽。采場(chǎng)最上分段掘進(jìn)1條充填小井連接上部上中段平巷。

（3）鑿巖爆破。鑿巖采用YGZ-90型鑿巖機(jī)，在各分段鑿巖巷道內(nèi)鉆鑿上向扇形中深孔，孔徑65 mm，孔底距1.8～2.2 m，孔排距1.2～1.5 m。鉆孔施工完畢后，利用裝藥器進(jìn)行裝藥，利用切割槽形成的自由面一次爆破崩礦。崩礦時(shí)上分段崩礦超前下分段，崩礦后上下分段之間形成臺(tái)階。用分段導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行每排炮孔之間的分段。

（4）出礦。出礦作業(yè)在中段水平內(nèi)進(jìn)行，采用2 m3鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦，鏟運(yùn)機(jī)通過(guò)脈外運(yùn)輸?shù)肋M(jìn)入出礦穿脈和出礦聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)行鏟礦，最終將礦石倒入溜井。

（5）通風(fēng)。礦塊采用貫穿風(fēng)流進(jìn)行通風(fēng)，通風(fēng)較困難的采場(chǎng)須采用局扇進(jìn)行輔助通風(fēng)，采切及其他掘進(jìn)獨(dú)頭工作面必須采用局扇進(jìn)行輔助通風(fēng)。掘進(jìn)采用濕式鑿巖，爆堆進(jìn)行噴霧灑水，裝卸礦地點(diǎn)采取凈化措施。

（6）充填?；夭晒ぷ鹘Y(jié)束后，開(kāi)始進(jìn)行嗣后充填工作。利用封閉墻將采場(chǎng)周?chē)ǖ肋M(jìn)行封閉，封閉墻采用混凝土墻，且有較好的濾水功能。濾水管通過(guò)采場(chǎng)頂部進(jìn)入采場(chǎng)，貫穿整個(gè)采場(chǎng)最終引出封閉墻外。充填管路通過(guò)采場(chǎng)上部中段巷道到達(dá)采場(chǎng)頂部，再通過(guò)充填小井進(jìn)入采場(chǎng)，采場(chǎng)充填工作分3次進(jìn)行，第一次、第二次充填高度均為2～3 m，第三次充填進(jìn)行接頂。每次充填需要待上一次充填的充填體養(yǎng)護(hù)至一定強(qiáng)度后進(jìn)行。

2.2.2 大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法

該方案把礦塊規(guī)則地劃分為一、二步驟采場(chǎng)，采用大直徑深孔側(cè)向崩礦技術(shù)回采，一步驟采場(chǎng)回采完成后進(jìn)行全尾砂早強(qiáng)膠結(jié)充填，待到充填體達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行二步驟采場(chǎng)回采，二步驟回采完成后進(jìn)行全尾砂膠結(jié)充填?；夭煞桨敢?jiàn)圖2。

（1）采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。沿垂直礦體走向方向布置礦塊，采場(chǎng)長(zhǎng)、寬、高分別為50，15，50 m，留8 m底柱。鑿巖硐室布置在上一中段，硐室規(guī)格為5 m×3.8 m，每個(gè)硐室間隔2 m，硐室內(nèi)每隔8～10 m掘進(jìn)一條3 m×3 m的聯(lián)絡(luò)道與相鄰硐室貫通。底部結(jié)構(gòu)采用塹溝進(jìn)行出礦。出礦巷道布置在底柱以上水平，再在出礦巷道內(nèi)掘進(jìn)出礦進(jìn)路，出礦進(jìn)路間距為8～10 m，在出礦進(jìn)路端部掘進(jìn)塹溝巷道。將每個(gè)礦塊的上下盤(pán)出礦巷道連通并形成環(huán)形，利用一條通風(fēng)井與上部中段聯(lián)通用于采場(chǎng)的通風(fēng)，通風(fēng)井規(guī)格2 m×2 m。每2個(gè)礦塊掘進(jìn)一個(gè)礦石溜井。

（2）采準(zhǔn)切割工藝。采準(zhǔn)工程主要包括分段巷道、出礦穿脈、裝礦進(jìn)路、出礦溜井、鑿巖硐室、聯(lián)絡(luò)道。在礦體脈外布置中段出礦巷道，出礦穿脈由中段出礦巷道向礦體內(nèi)掘進(jìn)，在出礦穿脈中以45°向采場(chǎng)拉低巷道掘進(jìn)出礦進(jìn)路，進(jìn)路間距10 m，采用塹溝底部結(jié)構(gòu)。

（3）鑿巖及爆破。在拉底巷道內(nèi)采用YGZ-90型鉆機(jī)施工上向扇形中深孔，孔深約12 m。在硐室內(nèi)采用國(guó)產(chǎn)T-150型潛孔鉆機(jī)鉆鑿下向平行炮孔，鉆孔直徑為120 mm，孔深約50 m。炮孔排距為2.7～3.0 m，孔距為3.5～5.0 m，邊孔距為0.5 m。采場(chǎng)爆破采用全孔側(cè)向崩礦工藝，其主要工藝過(guò)程為切割橫巷、切割井布置在礦體下盤(pán)，切割橫巷由拉底巷道至采場(chǎng)邊界拉開(kāi)，切割井從拉底巷道與鑿巖巷道貫通。切割槽布置在礦體下盤(pán)邊界，分上下兩部分分別形成，上部的大直徑回采切割槽采用平行大直徑深孔分段側(cè)向爆破形成，而下部的拉底塹溝切割槽則通過(guò)布置于切割橫巷的上向平行中深孔爆破形成，進(jìn)而利用該切割槽通過(guò)布置在拉底巷的上向扇形中深孔側(cè)向崩礦形成塹溝拉底。

（4）采場(chǎng)出礦。采用2 m3鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入出礦進(jìn)路將回采崩落至集礦塹溝內(nèi)的礦石運(yùn)出。

（5）采場(chǎng)通風(fēng)。礦塊采用貫穿風(fēng)流進(jìn)行通風(fēng)，通風(fēng)較困難的采場(chǎng)須采用局扇進(jìn)行輔助通風(fēng)，采切及其他掘進(jìn)獨(dú)頭工作面必須采用局扇進(jìn)行輔助通風(fēng)。鑿巖工作面采用濕式鑿巖，爆堆進(jìn)行噴霧灑水，裝卸礦地點(diǎn)采取凈化措施。

（6）充填。回采工作結(jié)束后進(jìn)行嗣后充填工作。利用封閉墻將采場(chǎng)周?chē)ǖ肋M(jìn)行封閉，封閉墻采用混凝土墻，且有較好的濾水功能。濾水管通過(guò)采場(chǎng)鑿巖硐室進(jìn)入采場(chǎng)，貫穿整個(gè)采場(chǎng)最終通過(guò)塹溝底部引出封閉墻外。充填管路通過(guò)采場(chǎng)上部中段巷道到達(dá)采場(chǎng)頂部，再通過(guò)充填小井進(jìn)入采場(chǎng)。采場(chǎng)充填工作分3次進(jìn)行，第一次、第二次充填高度均為2～3 m，第三次充填接頂。每次充填需要待上一次充填的充填體養(yǎng)護(hù)至一定強(qiáng)度后進(jìn)行。

2.2.3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法及大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。

?

通過(guò)研究比較，分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法與大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法在采切比、貧損指標(biāo)以及鑿巖設(shè)備方面有所不同。前者的貧損指標(biāo)要優(yōu)于后者，但采切比高于后者。根據(jù)礦山現(xiàn)有鑿巖設(shè)備情況，后者需要新購(gòu)多臺(tái)國(guó)產(chǎn)T-150潛孔鉆機(jī)鑿巖機(jī)，且礦山深部礦巖安全條件變差，后者穩(wěn)定性較差，回采安全性低于前者。

綜上所述，分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及回采安全性上均優(yōu)于大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，礦山最終選用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法為深部最優(yōu)采礦方法。

3 應(yīng)用成果

在前期研究成果的基礎(chǔ)上，四方金礦采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法開(kāi)展工業(yè)試驗(yàn)，將1 221～1 190 m水平的礦巖作為水平隔離礦柱，在隔離礦柱下部設(shè)計(jì)3721、3722礦房，礦房寬度為15 m，礦房長(zhǎng)度為30 m，礦房高度為30 m，分段高度為15 m，預(yù)留6 m頂柱。目前3721礦房已經(jīng)回采完畢，取得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：礦石回收率達(dá)到了88.63%，貧化率為9.41%，采切比為6.1 m/kt，搭配2 m3遙控鏟運(yùn)機(jī)，礦房生產(chǎn)能力為370 t/d。該采礦方法在回采過(guò)程中具有采空區(qū)穩(wěn)定性好，礦石大塊率低，貧損指標(biāo)較好，礦房布置靈活，回采安全性較高等特點(diǎn)。試驗(yàn)同時(shí)驗(yàn)證了各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的合理性，為后續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)提供經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié) 論

根據(jù)前期研究成果，礦山采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，并取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。礦石回采大塊率低，采空區(qū)穩(wěn)定性好，貧損指標(biāo)較好，且礦房各項(xiàng)參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整。試驗(yàn)成果驗(yàn)證了該采礦方法的合理性，同時(shí)為礦山采礦方法變更提供保障。