急傾斜薄礦體淺孔留礦采礦法回采工藝研究

摘要：急傾斜薄礦體開采歷來是國內(nèi)外采礦界面臨的重大技術(shù)難題之一。以圖古日格金礦急傾斜薄礦體為研究對象，開展了淺孔留礦采礦法試驗研究。詳細(xì)論述了該方法的采準(zhǔn)切割、鑿巖爆破、通風(fēng)、平場、出礦和采空區(qū)精細(xì)化掃描與安全處置等工藝。試驗結(jié)果表明：淺孔留礦采礦法對于上下盤不穩(wěn)固的急傾斜薄礦體開采是完全可行的，試驗采場開采取得了采礦損失率和礦石貧化率均在15 %以內(nèi)、出礦品位3.32 g/t的良好技術(shù)指標(biāo)。研究結(jié)果能夠為類似開采技術(shù)條件的礦山提供參考。

關(guān)鍵詞：采礦方法；急傾斜薄礦體；淺孔留礦采礦法；鑿巖爆破；通風(fēng)；采礦損失率；礦石貧化率

中圖分類號：TD853.33文章編號：1001-1277（2024）11-0058-04

文獻標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20241108

引言

急傾斜薄礦體具有厚度薄、礦體傾角陡等分布特征，實現(xiàn)該類礦體的安全高效開采是國內(nèi)外采礦界面臨的重大技術(shù)難題之一^［1］。開采急傾斜薄礦體常見的采礦方法有淺孔留礦采礦法、削壁充填采礦法、分段或階段空場采礦法等^［1］。但上述采礦方法主要存在生產(chǎn)效率低、頂板下作業(yè)安全風(fēng)險高、開采工序繁瑣等一系列劣勢。為此，國內(nèi)外學(xué)者針對急傾斜薄礦體開采開展了大量卓有成效的研究工作^［2-3］。

在采礦工藝方面，柏楊等^［4］對傳統(tǒng)上向水平分層充填采礦工藝進行優(yōu)化研究，提出一種適用于急傾斜薄礦體的上向水平分層分級尾砂充填采礦法。張芫濤等^［5］針對某礦山“深、薄、破碎、傾斜”等四大不利于采礦的因素，優(yōu)選出小分段無底柱崩落采礦法進行回采并在現(xiàn)場成功應(yīng)用。李永新等^［6］開展了脈內(nèi)上向分層及削壁充填聯(lián)合采礦法研究，對于開采急傾斜極薄礦體具有良好的效果。李志偉^［7］提出了一種削壁渣水泥砂漿膠結(jié)充填采礦法，使用靈活方便，降低了采空區(qū)的塌陷風(fēng)險。楊學(xué)武等^［8］采用分段礦房小孔徑中深孔爆破法進行了回采試驗研究，降低了作業(yè)安全風(fēng)險，大幅度提高了該區(qū)域的采場生產(chǎn)能力。李朝軍^［9］根據(jù)鳳凰山銀礦急傾斜薄礦體的儲存條件和礦山生產(chǎn)實際，提出分段空場嗣后充填采礦法，采用Flac^3D軟件對采場結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化并開展了工業(yè)試驗，取得了良好的效果。曹帥等^［10］提出了一種中深孔嗣后廢石充填機械化采礦法，解決了青海高原礦山人工勞動強度大的難題。

在采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方面，張紹周等^［11］根據(jù)礦體開采技術(shù)條件和礦巖物理參數(shù)，提出4種不同的開采方案，并利用Flac^3D軟件確定了最優(yōu)試驗方案。黃世頂?shù)?sup>［^12］利用Mathews穩(wěn)定圖解法和數(shù)值模擬對某礦山深部采場結(jié)構(gòu)參數(shù)進行研究。嚴(yán)鵬等^［13］以福建某礦山厚大礦體為研究對象，利用巖體遙測與結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)Sirovision對采場頂板、側(cè)幫及上盤圍巖節(jié)理面進行調(diào)查和數(shù)字化識別，獲取采場節(jié)理組的空間方位統(tǒng)計信息及優(yōu)勢節(jié)理產(chǎn)狀，并通過數(shù)值分析方法得到最優(yōu)開采方案。史吉鵬^［14］為探究深部采動應(yīng)力下的最優(yōu)采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，運用理論解析法、經(jīng)驗圖表法及理論計算法等，對某深部礦體的采場跨度、長度進行計算，提出了適用于深部特殊應(yīng)力狀態(tài)下的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)。

本文以內(nèi)蒙古烏拉特中旗圖古日格金礦（下稱“圖古日格金礦”）急傾斜薄礦體為研究對象，從采準(zhǔn)切割、鑿巖爆破、平場、出礦、采空區(qū)管理等工序進行詳細(xì)闡述，以期為具有相似開采技術(shù)條件的礦山開采提供一定的參考依據(jù)。

1工程背景

圖古日格金礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特中旗，其開拓方式為斜井+豎井聯(lián)合開拓。礦體傾角60°以上，厚度1.2 m以內(nèi)，屬典型的急傾斜薄礦體。本文以提升井1 165 m中段6號礦體2勘探線—6勘探線礦塊為研究對象，礦體主要表現(xiàn)為連續(xù)性好，成礦類型為石英脈型并賦存于似斑狀花崗巖內(nèi)，礦巖界線明顯。該礦塊沿礦體走向長55 m，根據(jù)中段脈內(nèi)沿脈工程揭露（見圖1），礦體總體走向315°，傾向225°，平均傾角87°。根據(jù)順路天井揭露：該礦塊垂直方向主要分布在1 168.4～1 203 m，垂直高度34.6 m。該礦塊水文地質(zhì)條件較為簡單，僅表現(xiàn)為局部淋水。

2急傾斜薄礦體淺孔留礦采礦法采礦工藝

2.1采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

本次選定試驗采場的中段平面圖見圖2。根據(jù)礦體賦存條件，參照類似礦體所用采礦方法，選擇淺孔留礦采礦法開采。采場沿礦體走向布置，礦房長49 m，高29.1 m，礦體平均厚度1.11 m，采用脈外運輸巷道+出礦巷道的底部結(jié)構(gòu)，不留底柱。頂柱高度3.0 m，間柱寬度6.0 m，分層高度1.5 m，控頂高度2～2.5 m。

2.2采準(zhǔn)切割工程

該礦塊設(shè)計的采準(zhǔn)切割工程主要包括：脈內(nèi)沿脈巷道、順路人行兼回風(fēng)天井、聯(lián)絡(luò)道、切割槽等工程。采場內(nèi)利用沿脈巷道作為礦塊的拉底巷道，布置2個行人通風(fēng)天井，2勘探線與6勘探線各1個天井，在天井上出口安裝風(fēng)門，保證采場上采時有2個安全出口，回采此礦房時，將TJ2風(fēng)門關(guān)閉，TJ6風(fēng)門敞開，污風(fēng)由TJ3通過1 200 m中段脈外運輸巷道進入SJ17，具體見提升井1 165 m中段6號礦體W3采場設(shè)計圖（見圖3）。從天井底部7 m開始掘進聯(lián)絡(luò)道，上下層聯(lián)絡(luò)道的垂距為4 m，聯(lián)絡(luò)道的長度為2 m。

2.3鑿巖爆破

回采工作從沿脈拉底巷道按自下而上逐層進行，每次崩落的礦石借其自重經(jīng)礦塊底部放出1/3左右（保持作業(yè)空間高度2～2.5 m），而其余的礦石暫時留存在礦房內(nèi)，作為上采作業(yè)平臺，待整個礦房回采（落礦）完畢，將暫留在礦房內(nèi)的礦石全部放出。

首先，在采場中央位置進行拉切割槽，切割槽長度為3 m，切割槽高度始終高于回采工作面2～3 m。然后，進行鑿巖，采場內(nèi)采用YSP-45或YT-28型風(fēng)動鑿巖機施工，梅花形鉆頭進行鑿巖。炮孔長度2.0 m，炮孔角度不小于60°。試驗采場穩(wěn)固性較好，采用上向孔（炮孔傾斜角度大于60°），布置成梅花形炮孔爆破頂板比較平整，易于管理。每個分層自切割槽開始分成2個梯段，以切割槽為自由面后退式順序向兩翼人行井回采。

采用交錯排列形式布置炮孔，鑿巖過程中視地質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整炮孔網(wǎng)度。炮孔布置見圖4。每分層炮孔102個。其中，掏槽炮孔6個，空心孔2個，其他落礦炮孔94個。每分層落礦量約為225 t，每分層裝藥量共計約為121.8 kg。

2.4通風(fēng)、排險與平場

新鮮風(fēng)流由提升井流入1 165 m中段脈外運輸巷道，然后經(jīng)采場3勘探線行人通風(fēng)天井進入采場工作面，污風(fēng)通過采場2勘探線行人通風(fēng)天井至上一中段回風(fēng)巷道，從而形成該采場的通風(fēng)系統(tǒng)。采場通風(fēng)要滿足排炮煙要求，一般排除炮煙時間不得低于30 min，之后方可進行氣體檢測，氣體檢測儀檢測合格后方可進入采場進行安全檢查、敲幫問頂和其他后續(xù)作業(yè)。采場最低風(fēng)速不得小于0.25 m/s，最大風(fēng)速不得大于4 m/s。

鑿巖爆破作業(yè)完成后，平場前須對頂板和兩幫圍巖進行排險作業(yè)，發(fā)現(xiàn)浮石及時處理，檢查發(fā)現(xiàn)頂板有不穩(wěn)定因素時，應(yīng)立即采取護頂措施?？筛鶕?jù)實際情況實施錨網(wǎng)、錨桿等臨時支護手段并做好支護材料臺賬及后續(xù)安全確認(rèn)。在開采過程中，如遇到頂板下沉、冒落、片幫等地壓現(xiàn)象，應(yīng)停止作業(yè)或在采取應(yīng)急措施后撤離作業(yè)場所，并向現(xiàn)場安全生產(chǎn)管理人員或本單位負(fù)責(zé)人報告，待采取可靠措施消除安全隱患后方可繼續(xù)作業(yè)。

由于淺孔留礦采礦法在下中段出礦穿脈內(nèi)進行出礦，導(dǎo)致爆破后礦石放出會出現(xiàn)作業(yè)平臺不平整現(xiàn)象，因此仍需要對采場進行平場作業(yè)。

2.5階段性出礦與集中出礦

回采過程中，為確保有足夠的作業(yè)空間，需經(jīng)底部結(jié)構(gòu)放出部分礦石。礦體經(jīng)爆破完成后因其松散系數(shù)（1.4～1.6）的影響，若每次爆破后不放出部分礦石，則會導(dǎo)致回采工作空間被堵塞，因而無法繼續(xù)進行回采工作。故每次爆破后應(yīng)及時放出崩落礦石的1/3，以保證有充足的作業(yè)空間，其余礦石則暫時留存在礦房內(nèi)，用以對圍巖進行輔助支撐，且作為繼續(xù)作業(yè)的工作臺。采場采用DRWJ-1型鏟運機將礦石裝入礦車，出礦時應(yīng)加強人工手選廢石工作，杜絕礦巖混出，合理降低采礦損失貧化。為減少平場工作量，各出礦巷道的放礦量應(yīng)力求均衡。

放礦過程中，要仔細(xì)觀察各出礦巷道上部礦石堆表面的下降情況是否與放礦量相適應(yīng)，以便及時發(fā)現(xiàn)并設(shè)法防止留礦堆內(nèi)形成空洞，若發(fā)現(xiàn)留礦堆內(nèi)形成了空洞，必須及時處理，否則將有可能嚴(yán)重危及生產(chǎn)安全。待整個礦房落礦完成后進行集中出礦。若在出礦穿脈位置發(fā)現(xiàn)大塊，仍需在采場內(nèi)進行二次集中破碎。

2.6采空區(qū)精細(xì)化掃描與安全處置

采空區(qū)三維激光探測系統(tǒng)（Cavity Monitoring System，CMS）在隱患采空區(qū)群三維探測可視化、采空區(qū)失穩(wěn)破壞探查分析、采場回采邊界獲取及采礦損失貧化可視化計算、礦柱回采輔助設(shè)計、溜井垮塌三維探測分析與計算等領(lǐng)域開展了相關(guān)應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果^［15］。

待采場回采結(jié)束后，采用CMS激光掃描儀對采空區(qū)進行掃描，并進行經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)計算。其包含以下步驟：

1）根據(jù)前期探礦結(jié)果及地質(zhì)圖紙，利用3Dmine三維建模軟件建立三維礦體模型。

2）利用無人機或其他安全位置掃描采空區(qū)。

3）根據(jù)掃描結(jié)果，利用Surpac或3Dmine三維建模軟件對采空區(qū)模型進行精細(xì)化建模。

4）將采空區(qū)模型與前期構(gòu)建的礦體模型進行耦合建模，實現(xiàn)對采礦損失率和礦石貧化率的快速核算，提高“兩率”測算的精確度。

根據(jù)計算結(jié)果，試驗采場開采過程中實現(xiàn)了采礦損失率和礦石貧化率均在15 %以內(nèi)、出礦品位3.32 g/t的良好技術(shù)指標(biāo)，具體技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表1。

由于該礦山地處內(nèi)蒙古自治區(qū)邊疆干旱地區(qū)，目前尚無完備的尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)。因此，本試驗采場的采空區(qū)處置主要采用下中段開拓掘進廢石經(jīng)二次轉(zhuǎn)運后充填采空區(qū)，實現(xiàn)了廢石少出坑和采空區(qū)治理的雙重效應(yīng)。

3結(jié)論

以圖古日格金礦急傾斜薄礦體為研究對象，得到的主要結(jié)論為：

1）從采準(zhǔn)切割、鑿巖爆破、通風(fēng)、平場、出礦和采空區(qū)精細(xì)化掃描與安全處置等全流程進行了淺孔留礦采礦法回采工藝的詳細(xì)闡述，提出了一種采場內(nèi)部施工切割槽，沿礦體傾向布置炮孔的改進淺孔留礦采礦法。

2）提出一種利用CMS激光掃描儀精細(xì)化構(gòu)建采空區(qū)模型的方法，大大提高了采礦損失率和礦石貧化率“兩率”的計算精度和計算效率。

3）根據(jù)該礦山提出的淺孔留礦采礦法開采技術(shù)，開采取得采礦損失率和礦石貧化率均為15 %、采場生產(chǎn)能力1 885 t/月的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，能夠為國內(nèi)外類似開采技術(shù)條件的礦山開采提供一定的參考。

［參 考 文 獻］

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Research on short-hole shrinkage mining method for steeply dipping thin ore bodies

Wang Lei1，Zhao Jianbo1，Zou Shengxian2，Cao Shuai2

（1.Tugurige Gold Mine，Wulate Middle Banner，Inner Mongolia;

2.School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing）

Abstract：The extraction of steeply dipping thin ore bodies has long been a significant technical challenge in the mining industry，both domestically and internationally.This study takes the steeply dipping thin ore body at Tugurige Gold Mine as the research subject" and carries out experimental study on the short-hole shrinkage mining method.The preliminary mining cutting，drilling， blasting，ventilation，leveling，ore extraction，and precise scanning and safety management of the mined-out area of the method are discussed in detail.Experimental results indicate that the short-hole shrinkage mining method is entirely feasible for mining steeply dipping thin ore bodies with unstable hanging and foot walls，achieving good technical indicators such as a mining loss rate and ore dilution rate both under 15 % and an ore grade of 3.32 g/t.The findings provide a reference for similar mining conditions.

Keywords：mining method;steeply dipping thin ore body;short-hole shrinkage mining method;drilling blasting;ventilation；mining loss rate;ore dilution rate

基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目（2022YFC2905004）

作者簡介：王雷（1984—），男，高級工程師，從事礦山采選生產(chǎn)技術(shù)管理工作；E-mail：286385222@qq.com