淺孔誘導(dǎo)落礦小分段空場采礦法在某金礦的應(yīng)用

時(shí)傳龍

摘要：針對某金礦礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育、礦體穩(wěn)固性差、采準(zhǔn)工程掘進(jìn)與支護(hù)困難、回采安全性差等問題，在局部礦體破碎區(qū)域開展了淺孔誘導(dǎo)落礦小分段空場采礦法試驗(yàn)研究，利用礦巖本身的力學(xué)特性和受人為工程控制的崩落應(yīng)力場來崩落破碎礦石。詳細(xì)介紹了該方法的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，采切工程布置、拉底切割和落礦等工藝。現(xiàn)場應(yīng)用表明：采用該方法開采，采場生產(chǎn)能力達(dá)127 t/d，采礦損失率為9.2 %，礦石貧化率為14.6 %，取得了較好的效果，對于該類礦體的安全高效回采具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：節(jié)理裂隙發(fā)育；破碎礦體；淺孔誘導(dǎo)落礦；小分段；空場采礦法

中圖分類號：TD853文章編號：1001-1277（2024）04-0018-03

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20240405

引 言

采礦方法在礦山生產(chǎn)中占有十分重要的地位，它對礦山生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如礦山生產(chǎn)能力、采礦損失率、礦石貧化率、勞動生產(chǎn)率、成本及安全等都有重要的影響［1］。正確合理的采礦方法不僅要滿足礦山安全生產(chǎn)、采礦強(qiáng)度、作業(yè)效率等要求，還應(yīng)盡可能滿足采場結(jié)構(gòu)簡單合理、采切工作量小、資源回收率高、生產(chǎn)成本低等要求。

某金礦礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育，礦體破碎，穩(wěn)固性較差，坑道采掘施工過程中易發(fā)生大面積冒頂、坍塌現(xiàn)象。為安全高效回采該礦體，根據(jù)該金礦礦體破碎、具有一定自然崩落特性的實(shí)際，充分結(jié)合礦山回采過程中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)和存在的問題，提出了利用巖體內(nèi)原巖應(yīng)力作為礦石破碎的主要動力［2］，在礦房兩端和中部施工淺孔鑿巖硐室，利用淺孔爆破輔助落礦的淺孔誘導(dǎo)落礦小分段空場采礦法。采礦方案實(shí)施前，工作人員對礦區(qū)內(nèi)各礦段的礦石特性進(jìn)行了綜合調(diào)查，充分研究并對比了各礦段礦體的可崩性，合理選擇了試驗(yàn)礦段。實(shí)施過程中，通過對采準(zhǔn)工程布置方式及礦塊參數(shù)的不斷優(yōu)化，最終按設(shè)計(jì)要求完成了試驗(yàn)礦房的回采任務(wù)，取得了較好的效果，可供同類型礦體的回采參考借鑒。

1 工程背景

1.1 礦床地質(zhì)概況

該金礦床出露地層主要為中泥盆統(tǒng)西漢水組碎屑巖與碳酸鹽巖及洞山組碎屑巖，其次為第四系黃土。礦區(qū)內(nèi)礦體受背斜核部及兩翼的切層斷裂和破碎帶控制，礦體賦存具有明顯的斷裂控礦特征。主礦體長28～1 180 m，斷續(xù)延伸130～560 m，延伸變化較大，規(guī)模已達(dá)大型；礦體形態(tài)呈不規(guī)則透鏡狀、脈狀，傾角陡，產(chǎn)狀變化中等，礦體形態(tài)變化中等—復(fù)雜；礦體厚度較穩(wěn)定—穩(wěn)定；礦體有用組分分布均勻。礦體頂?shù)装逡詫訝顜r石為主，且嚴(yán)格受斷裂控制，礦巖界線明顯。礦體底板為具塊狀結(jié)構(gòu)的灰?guī)r及變細(xì)砂巖，礦巖普氏硬度系數(shù)f=8～10，屬堅(jiān)硬巖石，在采礦工程系統(tǒng)范圍內(nèi)巖石穩(wěn)固性較好。礦石裂隙發(fā)育，尤其是淺部氧化礦石多具散體結(jié)構(gòu)，穩(wěn)固性較差，坑道采掘施工過程中易發(fā)生大面積冒頂、坍塌現(xiàn)象，工程地質(zhì)問題較為突出。

礦床主要充水含水層是由碳酸鹽巖、碎屑巖類與斷層破碎帶共同構(gòu)成的統(tǒng)一的基巖裂隙潛水含水層，富水性弱且不均一，礦坑涌水量中等。礦床勘探類型屬礦體底板直接進(jìn)水、水文地質(zhì)條件簡單的裂隙充水礦床。

1.2礦山開采現(xiàn)狀

目前，該礦山主要采用淺孔留礦采礦法對礦區(qū)內(nèi)主礦體進(jìn)行回采，在應(yīng)用過程中，主要存在以下問題：

1）作業(yè)安全性差。采用傳統(tǒng)采礦方法，作業(yè)人員需要在破碎的頂板下進(jìn)行鑿巖、支護(hù)、平場等作業(yè)，由于礦房頂板及兩幫經(jīng)常垮塌，礦房平場、支護(hù)量大，作業(yè)人員在礦房內(nèi)作業(yè)時(shí)間長，安全風(fēng)險(xiǎn)大。

2）礦房的回采周期較長，采礦效率不高。由于礦巖穩(wěn)固性較差，淺孔留礦采礦法上采過程中，上采高度越高，頂幫冒落現(xiàn)象越普遍，礦房及安全出口的維護(hù)難度越大，很難做到平整暢通。一旦被塌落的礦石堵塞，作業(yè)人員無法進(jìn)入采場，底部出礦平場效果不佳，延長了礦房的回采周期。

2 試驗(yàn)礦塊簡況

2.1 地質(zhì)概況

試驗(yàn)礦塊位于該礦區(qū)主礦脈1830中段1勘探線—7勘探線，經(jīng)上、下中段穿脈工程控制，高度40 m，礦體嚴(yán)格受區(qū)域性F1斷裂控制，平均厚度5.25 m，上下盤邊界明顯。

礦體屬于碎裂蝕變巖類型，含礦巖性主要為褐鐵礦化蝕變巖、褐鐵礦化方解石石英脈巖、褐鐵礦化石英砂巖，礦體較為破碎。礦體走向45°左右，傾向315°左右，傾角80°左右，上下盤圍巖為較破碎的砂巖及板巖，由于構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，圍巖裂隙發(fā)育。礦石安息角一般為39°～40°。

2.2 礦石可崩性研究

礦石自然崩落的難易程度簡稱為可崩性［3］。礦巖的可崩性對采礦方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響很大，其決定拉底、爆破和放礦時(shí)間，直接影響采礦損失率和礦石貧化率。淺孔爆破誘導(dǎo)落礦工藝的前提是，礦房經(jīng)切割拉底后，在局部區(qū)域?qū)嵤\孔爆破，形成應(yīng)力集中，礦體逐漸產(chǎn)生破壞，達(dá)到自然崩落的效果。因此，需對礦石可崩性、崩落機(jī)理進(jìn)行研究。影響礦石可崩性的主要因素包括節(jié)理、裂隙的密度，節(jié)理組數(shù)和節(jié)理產(chǎn)狀，節(jié)理面的狀態(tài)，巖塊的抗壓強(qiáng)度，原巖應(yīng)力狀態(tài)，地質(zhì)構(gòu)造及地下水的情況等［4］。2024年第4期/第45卷礦業(yè)工程礦業(yè)工程黃 金

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，試驗(yàn)礦塊礦體節(jié)理裂隙十分發(fā)育，節(jié)理寬一般為1～3 mm，沿走向延伸10～20 m，傾向延伸8～12 m，節(jié)理充填少量泥質(zhì)，連通性一般，透水性一般。巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD值低，礦巖的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度低，現(xiàn)場觀察礦體鑿巖2.0 m需5～7 min。氧化礦石多具散體結(jié)構(gòu)，穩(wěn)固性較差，地下水富集于軟弱帶及其兩側(cè)巖石節(jié)理中，坑道揭露后冒頂、坍塌現(xiàn)象普遍，在拉底過程中，礦體暴露面積達(dá)20～50 m2時(shí)，開始自然崩落，礦體松軟時(shí)9 m2即開始崩落，崩落礦石粒度集中在0.01～0.50 m，占95 %以上。

3 淺孔誘導(dǎo)落礦小分段空場采礦法

3.1 采礦方法選擇

采礦方法選擇是一項(xiàng)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，尋求安全、高效、經(jīng)濟(jì)、合理的采礦方法是礦山生產(chǎn)建設(shè)的迫切需要，也是礦山進(jìn)行合理規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)開發(fā)、安全生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)［5］。結(jié)合該試驗(yàn)礦塊礦體地質(zhì)賦存情況，經(jīng)綜合分析研究，該礦塊礦體具有自然崩落的可能性，初步確定在該礦塊采用淺孔誘導(dǎo)落礦小分段空場采礦法回采，標(biāo)準(zhǔn)方案見圖1。

3.2 礦房結(jié)構(gòu)參數(shù)確定及采準(zhǔn)工程布置

礦塊水平面積尺寸主要受礦體可崩性影響，如果礦塊尺寸太小，將不能引起礦石崩落。根據(jù)該試驗(yàn)礦塊礦石特性、巖石類型及其他結(jié)構(gòu)特征，初步確定礦房沿礦體走向布置，長40 m，高40 m，礦房寬度即為礦體厚度，分段高6 m，在礦體兩側(cè)留設(shè)5 m間柱，頂部留設(shè)5 m頂柱，待礦房回采結(jié)束后統(tǒng)一對礦柱進(jìn)行回收。由于沒有淺孔誘導(dǎo)落礦生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，不能確定礦體的實(shí)際崩落特性，需要獲得一定的礦巖可崩性經(jīng)驗(yàn)后逐步進(jìn)行優(yōu)化。

考慮到若采用有底部結(jié)構(gòu)的方案，底部結(jié)構(gòu)采切工程量大，支護(hù)維修困難，且存在時(shí)間長，故選用無底部結(jié)構(gòu)的方案，提高回采速度。設(shè)計(jì)在距離礦體10 m左右的礦體上、下盤平行于礦體走向布置脈外出礦巷道，規(guī)格為2.4 m×2.6 m。由脈外出礦巷道垂直于礦體走向掘進(jìn)底部出礦穿脈至礦體，形成雙側(cè)平底出礦結(jié)構(gòu)，出礦穿脈間距6～8 m，規(guī)格2.2 m×2.4 m，上、下盤交錯(cuò)布置。

為縮短誘導(dǎo)孔鑿巖硐室間距，確保誘導(dǎo)落礦效果，加快礦房回采進(jìn)度，設(shè)計(jì)沿礦體走向布置3條脈外天井，規(guī)格1.5 m×2.5 m。在脈外天井垂向上每隔7 m向礦體施工聯(lián)絡(luò)穿脈，聯(lián)絡(luò)穿脈規(guī)格1.2 m×1.8 m，聯(lián)絡(luò)穿脈接近礦體時(shí)進(jìn)行擴(kuò)刷形成鑿巖硐室，鑿巖硐室規(guī)格為2.0 m×2.0 m。在每一分段上，相鄰鑿巖硐室間距為20 m。

3.3 拉底與切割工作

試驗(yàn)采礦方法應(yīng)用的核心是如何實(shí)現(xiàn)礦體的有效崩落，該方法的破巖機(jī)理是利用巖體內(nèi)的自然應(yīng)力作為巖石破碎的主要動力，這些動力通過拉底、切割及端部爆破落礦產(chǎn)生集中，從而使礦巖逐漸破壞。因此，切割拉底工作是礦石實(shí)現(xiàn)自然崩落的前提條件，它對礦體的崩落有著十分重要的影響，通過合理的切割與拉底，引導(dǎo)地應(yīng)力進(jìn)行重新分布，使礦體實(shí)現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)定的崩落，并且能夠減小大塊率，使崩落礦石的塊度滿足出礦要求。

底部出礦結(jié)構(gòu)形成后，在出礦穿脈內(nèi)礦體中部沿走向施工切割巷，規(guī)格為2.0 m×2.0 m，為控制切割巷頂板及兩幫垮落，確保切割工作的安全，采用坑木進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。切割巷完成后，在切割巷內(nèi)對應(yīng)脈外天井聯(lián)絡(luò)穿脈的位置施工脈內(nèi)切割井，與脈外天井聯(lián)絡(luò)穿貫通，完成切割與拉底工作。

3.4 落礦工作

礦房拉底與切割完成后，首先在底部出礦穿脈與礦體交匯處沿礦體上、下盤邊界施工水平淺孔，以切割巷為自由面，將礦體底部空間全部拉開，進(jìn)一步增大拉底空間上部礦體的暴露面積，同時(shí)通過脈外天井在礦房端部施工斜上向淺孔，沿礦體全厚形成端部切割槽。整個(gè)試驗(yàn)礦塊礦石在大面積拉底后，低圍壓下受拉破壞（局部受剪切破壞），逐漸自然崩落［6］。當(dāng)?shù)V石崩落到形成平衡拱時(shí)，出現(xiàn)暫時(shí)穩(wěn)定，礦石停止崩落［3］。此時(shí)，作業(yè)人員通過脈外天井進(jìn)入鑿巖硐室，施工誘導(dǎo)孔，以脈內(nèi)切割井為自由面，重新形成端部切割槽，打破礦體內(nèi)的自身應(yīng)力平衡，達(dá)到再次誘導(dǎo)礦石冒落的效果。礦房冒落的礦石通過底部出礦結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，為落礦工作的持續(xù)進(jìn)行提供自由空間。

礦房回采采用 YT-28 型鉆機(jī)施工水平或斜上向炮孔，最小抵抗線取0.8 ～1.0 m，孔深2.0～2.5 m，采用人工裝藥，非電導(dǎo)爆管微差起爆。

3.5 通 風(fēng)

采場通風(fēng)采用局部強(qiáng)制通風(fēng)，局扇安裝在采場底部水平大巷新鮮風(fēng)流處，風(fēng)筒經(jīng)脈外天井、天井分層聯(lián)絡(luò)穿脈進(jìn)入作業(yè)面，沖洗工作面后的污風(fēng)經(jīng)回風(fēng)側(cè)脈外天井進(jìn)入采場底部大巷，隨大巷主風(fēng)流進(jìn)入回風(fēng)系統(tǒng)。

3.6 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

在試驗(yàn)礦塊采用淺孔誘導(dǎo)落礦小分段空場采礦法進(jìn)行回采，取得了較好的效果，其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

4 結(jié) 論

1）淺孔誘導(dǎo)落礦小分段空場采礦法充分結(jié)合礦山實(shí)際，針對該金礦礦體極其破碎，尤其是近地表的氧化礦石多具散體結(jié)構(gòu)，穩(wěn)固性較差，冒頂、坍塌現(xiàn)象較為普遍等工程特點(diǎn)，提出了淺孔誘導(dǎo)落礦的施工思路，避免了作業(yè)人員暴露在破碎頂板下作業(yè)，降低了作業(yè)人員平場、支護(hù)等作業(yè)量及勞動強(qiáng)度，采礦炸藥消耗量也明顯降低。

2）礦體破碎且與上、下盤圍巖界線明顯是成功應(yīng)用該采礦方法的關(guān)鍵，在應(yīng)用過程中，應(yīng)充分做好礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)分析和研究，根據(jù)礦巖特點(diǎn)，對脈外天井間距及天井聯(lián)絡(luò)穿脈的層高進(jìn)行優(yōu)化，以調(diào)整誘導(dǎo)鉆孔的分布間距，達(dá)到礦山的落礦效果和回采進(jìn)度要求。綜上所述，在礦房局部布置施工硐室，利用淺孔爆破誘導(dǎo)礦石自然冒落的落礦方案是可行的，可以為該類礦體的安全高效回采提供一定的指導(dǎo)。

［參 考 文 獻(xiàn)］

［1］ 張欽禮，王新民.金屬礦床地下開采技術(shù)［M］.長沙：中南大學(xué)出版社，2016.

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Application of short-hole induced caving sublevel open stope mining method in a gold mine

Abstract：In response to problems such as the development of rock joints and fractures in a gold mine，poor stability of the ore body，difficulties in preliminary mining and support，and poor safety in recovery，experimental research on the short-hole induced caving sublevel open stope mining method was carried out in localized fractured areas of the ore body.The method utilizes the mechanical properties of the rock itself and the caving stress field controlled by artificial engineering to cave crushed ores.The study provides a detailed introduction to the structural parameters of the stope，the layout of mining and cutting engineering，undercutting，and ore caving processes.Field applications have shown that with the implementation of this method，the production capacity of the stope reaches 127 t/d，the mining loss rate is 9.2 %，and the ore dilution rate is 14.6 %，achieving good results.It has reference value for the safe and efficient recovery of similar ore bodies.

Keywords：development of rock joints and fractures;fractured ore body;short-hole induced caving;sublevel;open stope mining method