垂直分條采礦工藝在急傾斜薄礦體頂柱回收中的應(yīng)用

摘要：急傾斜薄礦體在空場采礦法開采后會殘留頂柱，由于透采時鑿巖工人在逐漸變薄的頂柱下作業(yè)，安全風(fēng)險較高，為避免出現(xiàn)大面積冒頂事故，常留設(shè)永久損失的高品位原生礦柱，造成了資源的極大浪費(fèi)。為安全高效回收頂柱，提出一種垂直分條采礦工藝，詳細(xì)介紹了該方法的采準(zhǔn)切割布置、回采工藝及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。現(xiàn)場工業(yè)應(yīng)用表明：采用該方法能夠最大限度地回收頂柱，且空頂后暴露面積小，安全性高；臺效由原工藝的15.4 t/臺班提高至23.3 t/臺班，提高了51.3 %；采礦損失率由62 %降低至5.3 %，相比原采礦工藝降低了91.5 %，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，可在同類型礦山推廣。

關(guān)鍵詞：高品位；冒頂；頂柱回采；垂直分條；急傾斜薄礦體；削壁充填采礦法

中圖分類號：TD853.34 文章編號：1001-1277（2024）09-0023-04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20240905

引 言

內(nèi)蒙古金陶股份有限公司（下稱“金陶金礦”）是一家以急傾斜極薄至薄礦體開采為主的黃金礦山開采企業(yè)［1］。近10年，年產(chǎn)黃金1 t以上，是國內(nèi)規(guī)模最大的以削壁充填采礦［2］工藝為主的礦山之一。金陶金礦運(yùn)營的金廠溝梁金礦床為中低溫?zé)嵋盒偷V床［3］，礦體傾角為70°～85°，脈厚0.17～0.87 m，平均品位較高，多在5 g/t以上。

該礦山在采用削壁充填采礦法回采時，一般預(yù)留6 m左右頂柱，采場回采結(jié)束后采用上向分層充填采礦法進(jìn)行回收，在頂柱殘采時，鑿巖工人通常需在頂板下上向鑿巖，回采一層后立即充填，并繼續(xù)向上進(jìn)行回采，但是隨著回采不斷推進(jìn)，頂柱待采部分越來越薄，極易由于透采導(dǎo)致暴露空間過大，進(jìn)而引發(fā)大面積冒頂，或?yàn)楸苊馔覆蓺埩舸蟛糠指咂肺辉斨?，造成資源的極大浪費(fèi)。因此，如何安全高效地回收急傾斜極薄礦體的頂柱，一直都是一個難以解決的采礦難題［4-8］。黃超［9］通過對回采進(jìn)路結(jié)構(gòu)參數(shù)和回采順序進(jìn)行優(yōu)化，確定了最佳的回采進(jìn)路結(jié)構(gòu)參數(shù)，對急傾斜薄礦脈頂柱進(jìn)行了回收；伍耀斌等［10］應(yīng)用分段鑿巖階段礦房回采工藝回收間頂柱取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。本文為解決金陶金礦頂柱回采的安全隱患問題，提出一種垂直分條采礦工藝，將之應(yīng)用于急傾斜薄礦體削壁充填回采后殘留的頂柱回采，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。

1 原回收方法及存在問題

金陶金礦原采用上向分層充填采礦法（電耙出礦）回采削壁充填回采后殘留的頂柱，回收方案如圖1所示。礦塊底部結(jié)構(gòu)為混凝土假底，溜井間距約18 m，礦塊內(nèi)總計布置4個出礦溜井。其中，行人順路分布在1#、4#溜井，原采場天井布置在2#、3#溜井段，落礦時采用上向淺孔由下至上分層落礦，分層落礦高度0.8～1.2 m，采后及時充填并隨采隨測。當(dāng)采至頂柱剩余高度約3 m時停止回采，作為礦柱損失，從而防止頂柱高度過低，鑿巖工人在進(jìn)行鑿巖作業(yè)時出現(xiàn)冒頂事故。采用電耙出礦，采下礦石由溜井放出運(yùn)至地表。

頂柱高度較高，一般為6 m，平均采幅1.3～1.5 m，局部由于礦體復(fù)變，采幅可達(dá)3 m，且采用該方法回收頂柱時，由于采場頂板淋水，礦巖整體較不穩(wěn)固，頂柱內(nèi)層理構(gòu)造發(fā)育。為保證回采作業(yè)安全，需采用密集橫撐立柱進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，因此原有頂柱回收方式不能保證回收全部頂柱資源，一般僅能回收2.5～3.0 m高，且冒頂風(fēng)險高，安全隱患大。

2 垂直分條采礦工藝及其應(yīng)用

為保證頂柱回收時作業(yè)安全且最大程度回收礦石，采用垂直分條采礦工藝進(jìn)行頂柱回收，用以減小爆破后頂板暴露面積，最大可能杜絕冒頂事故的發(fā)生。推進(jìn)時采用水平炮孔布置，以減小對圍巖的破壞，素混凝土充填控制上下盤錯動。此方法在18394礦塊頂柱回收應(yīng)用中取得了成功。

2.1 地質(zhì)概況

18394礦塊位于18中段39#脈N沿，頂部為17394和17395礦塊，底部為19394礦塊，N端為18395采空區(qū)（與18394礦塊相鄰處為混凝土充填區(qū)），S端為18394-1礦塊。礦脈以含金黃鐵礦化構(gòu)造蝕變巖型為主，礦脈較寬且含泥量較高，節(jié)理構(gòu)造較發(fā)育。局部硅化特征較明顯，脈狀為主，分支復(fù)合特征明顯，走向0°～20°，傾向NE、E，傾角75°以上，礦體平均厚度為1.3 m，局部厚度可達(dá)3 m，屬急傾斜薄礦體。

2.2 垂直分條采礦頂柱回收工藝

2.2.1 回收方法概述

垂直分條采礦頂柱回收工藝如圖2所示，該方法落礦時由中央天井、里外順路沿礦脈走向?qū)ο蜻B續(xù)推進(jìn)。為減小暴露面積，且為鑿巖作業(yè)留出空間，回采時采用一次性掏槽落礦，掏槽寬度控制在1.5 m，當(dāng)?shù)V脈厚度大于設(shè)計掏槽寬度時，礦體厚度為掏槽寬度。落礦高度為頂柱全高，約6.2 m，崩礦步距為1.0～1.5 m，且隨采隨充，出礦后立即進(jìn)行充填，即每向前推進(jìn)1.0～1.5 m，混凝土充填跟進(jìn)1.0～1.5 m，充填后留出鑿巖空間，約1.5 m，以此保證落礦后采礦空間長度不大于3.0 m。

2.2.2 采準(zhǔn)切割工程

1）如圖2所示，采準(zhǔn)工程主要為切割井施工，切割井即為安全通道①、安全通道②、安全通道③。其中，安全通道②為原礦塊上行安全通道，已完成。只需施工安全通道①、③，規(guī)格為2.5 m×1.5 m（長×寬），高度為6.2 m。

2）切割井施工完成后在渣間架設(shè)鑿巖平臺（不少于3道），采用預(yù)鉆孔爆破方式，鑿巖完成后，在出礦間留有0.5 m預(yù)爆破補(bǔ)償空間，保留1.0 m梯子間，中間1.0 m采用木板封好后進(jìn)行混凝土充填，充填高度為分層高度。采用該方法可快速形成新的切割井，提高回采效率。

3）為使生產(chǎn)組織有序進(jìn)行，以切割井位置把礦塊分為4個單元，即出礦單元、充填單元、待落礦單元和壓礦維護(hù)單元，漸次作業(yè)。

2.2.3 回采工藝

垂直分條采礦頂柱回收方案如圖3所示，整個工藝循環(huán)主要包括：膠墊鋪設(shè)、掏槽落礦、通風(fēng)除塵、撬渣支護(hù)、選礦運(yùn)搬和充填等。

1）為充分回收高品位粉礦，避免粉礦流失，在回采作業(yè)前，于底板鋪設(shè)膠墊。

2）鋪墊完成后即可進(jìn)行落礦作業(yè)，鑿巖時沿礦體走向水平布置雙排鉆孔，孔深1.5～1.7 m，孔距0.5 m，排距0.5 m，崩礦步距約為1.5 m，從而保證采空區(qū)長度不大于3.0 m。

3）落礦后作業(yè)人員必須系好安全帶從上至下進(jìn)行檢撬及支護(hù)作業(yè)，支護(hù)角度需垂直上盤，以確保支護(hù)質(zhì)量。支護(hù)時橫撐的橫向間距為1.0～1.5 m（根據(jù)落礦長度布置），縱向方向上保證在一條直線上，且梁間距不超過1.2 m。爆破后及時進(jìn)行通風(fēng)，通風(fēng)時間不低于6 h。

4）安全維護(hù)完畢后，進(jìn)行出礦作業(yè)，采用電耙出礦，將崩落礦石耙入順路溜井內(nèi)，并由電機(jī)車運(yùn)輸至地表。待出礦完成后，開始進(jìn)行充填，在頂部巷道內(nèi)采用人工攪拌方式進(jìn)行混凝土攪拌作業(yè)，攪拌后直接傾倒至采空區(qū)。

5）待混凝土充填養(yǎng)護(hù)完成后，即可進(jìn)行下個工藝循環(huán)作業(yè)。

2.2.4 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

采用垂直分條采礦工藝成功對18394礦塊殘留的6.2 m頂柱進(jìn)行了全部回收，取得的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。

2.3 應(yīng)用效果

采用上向分層充填采礦法進(jìn)行頂柱回收時，一方面，鑿巖工人需站在頂柱下上向鑿巖作業(yè)，作業(yè)高度約1.5 m，空頂長度約26 m，透采一段后，暴露面積較大，達(dá)到40 m2，僅靠木支護(hù)及部分混凝土柱維護(hù)，且由于頂柱高度隨分層落礦后愈來愈薄，受多次爆破振動后，礦巖條件較為不穩(wěn)定的頂柱易發(fā)生冒頂。另一方面，隨著頂柱逐段向后回收，上下盤暴露面積逐漸加大，極易發(fā)生上下盤錯動。頂部巷道存在混凝土墻、假底或兩幫不穩(wěn)固時，為確?；夭砂踩?，要視情況保留永久保安礦柱，造成了大量高品位原生礦石損失。而采用垂直分條采礦工藝進(jìn)行頂柱回收時，鑿巖工人在作業(yè)空間內(nèi)水平鑿巖，頂部為巷道頂板，暴露面積相對較小，空頂后暴露面積僅30 m2，且相鄰為混凝土支護(hù)，安全性高。隨著頂柱逐段回收，全部充填，控制了上下盤錯動。

2種頂柱回采工藝回收頂柱的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比如表2所示。由表2可知：采用垂直分條采礦工藝回收頂柱，將上向鑿巖方式改為水平鑿巖方式，大大提高了鑿巖孔深，從而提高了鑿巖效率，縮短了鑿巖時間。與此同時，新Dg71EcqAEHAWrJIro4+ojWM/KK+DyAFnagPja56VVr8=工藝采場維護(hù)與支護(hù)工作量少，降低了支護(hù)時間，因此采礦效率大幅度提高，臺效由原工藝的15.4 t/臺班提高至23.3 t/臺班，提高了51.3 %，且該工藝盡可能地回收了高品位礦柱資源，采礦損失率由62 %降低至5.3 %，相比原采礦工藝降低了91.5 %。

3 結(jié) 論

金陶金礦采用垂直分條采礦工藝成功回收了18394采場頂柱，并相繼推廣至其他采場，采用該工藝安全回收了1235s2、15153、16154、18352、1215311采場頂柱，經(jīng)濟(jì)效益顯著。通過該工藝的試驗(yàn)研究，得到如下結(jié)論：

1）垂直分條采礦工藝不但靈活性高、適應(yīng)性強(qiáng)，可根據(jù)現(xiàn)場情況變化，而且采礦效率高，出礦量大；采用電耙出礦，日出礦量能達(dá)到30～40 t/班，臺效23.3 t/臺班。

2）相比原工藝，此種采礦工藝透采時安全程度大幅度提高，采場頂板、兩幫暴露面積較小，且充填后對采場上下盤有很好的支撐作用，有效減少冒頂片幫事故發(fā)生。出礦時作業(yè)人員在采場內(nèi)部電耙出礦，不需要站在高空頂下出礦，保證了作業(yè)人員的安全。頂柱回收后對頂部巷道影響較小，可最大程度回收頂柱。

3）盡管垂直分條采礦工藝取得了良好應(yīng)用，但實(shí)際施工過程發(fā)現(xiàn)采用該工藝時鑿巖工人作業(yè)空間相對狹小，為保證鉆孔深度，鉆孔時需套釬，且當(dāng)?shù)V脈寬度小于0.7 m時，礦石貧化率較大。因此，在后續(xù)推廣過程中仍需對該工藝進(jìn)一步優(yōu)化和完善。

［參 考 文 獻(xiàn)］

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Application of vertical strip mining process in the recovery

of crown pillars in steeply inclined thin ore bodies

Jia Zhiwei1，Li He2，Zhang Bangqiong2，Wei Peng2

（1.ZhongJin Gold Corporation Limited; 2.Inner Mongolia Jintao Co.，Ltd.）

Abstract：In steeply inclined thin ore bodies，crown pillars left behind after open stoping present significant safety risks during extraction，as drilling workers operate under increasingly thin pillars，leading to a high likelihood of large-area roof collapses.To avoid these risks，high-grade primary ore pillars are often permanently left in place，resulting in significant resource wastage.To safely and efficiently recover these crown pillars，a vertical strip mining process is proposed.This paper provides a detailed explanation of the method’s cutting layout for preliminary mining，recovery process，and key technical and economic indicators.Industrial application on-site has shown that this method maximizes the recovery of crown pillars while minimizing the exposed area after roof removal，thereby ensuring high safety.The per-shift for unit machine productivity increased from 15.4 t to 23.3 t，an improvement of 51.3 %.The mining loss rate decreased from 62 % to 5.3 %，a reduction of 91.5 % compared to the original mining method，yielding excellent technical and economic results.This process can be promoted in similar mines.

Keywords：high-grade ore;roof collapse;crown pillar recovery;vertical strip;steeply inclined thin ore body;resuing and filling mining