復雜難采金礦無間柱階梯式連續開采技術研究

程國江

(中國黃金集團公司， 北京 100011)

0 引 言

河南某金礦主礦體為1#礦體和3#礦體。1#礦體位于礦區上部，主要賦存在-20～-630 m標高，主要采用機械化盤區上向分層充填法開采；3#礦體為盲礦體，位于-430～-732 m標高。隨著礦體開采深度的增加，與礦山上部1#礦體比較，3#礦體的地質成因與開采技術條件發生了重大改變，該礦體具有深井開采特征，礦石品位中等偏高，平均品位為3.5 g/t，是復雜的、有多重開采困難和不利因素的、開采價值中等偏高的緩傾斜破碎厚礦體，是國內外開采難度最大的礦床類型。如何解決3#礦體開采安全、礦石貧損率低、采場生產能力大、成本低等技術難題，亟需對3#礦體采礦方法進行深入研究。

1 礦體賦存和開采技術條件

礦山開采的采礦方法取決于礦體的賦存條件、開采技術條件和生產能力的要求。3#礦體埋藏深，主要礦體分布在距地表500～900 m以下；礦體傾角較緩，平均40°，礦體存在分支復合現象，且礦巖界限不清；礦體厚度大，最大水平厚度達到120 m以上，但礦體走向長度短，僅為160～180 m，可供布置的采場數量有限。同時，礦山要求生產能力大，即單位面積內礦體的回采強度大，從而導致礦床開采年平均下降速度快，高出正常礦山近1倍。

3#礦體的礦化極不均勻，高品位礦石賦存于節理裂隙發育處，而低品位礦石則賦存于相對穩定的礦巖中；礦石爆破后易成粉礦，落于充填體中易造成較大的貧化損失。礦體上盤為斷裂帶，有局部地段緊貼礦體，斷裂帶巖層破碎，很不穩固，揭露后極易垮落和失穩。礦體及下盤圍巖穩固性也差，F系數為6～8，頂板與側幫暴露面積小。同時，礦體上部為肥沃的農田和人口稠密的村落，并有國道穿過，地表不允許塌陷和發生大的位移和變形。

由此可見，該礦3#礦體的賦存條件和開采技術條件較差，為典型的復雜難采型礦體。

2 采礦方法初選

采礦方法的選擇取決于技術與經濟兩個方面，其中技術方面受制于礦體賦存條件和安全要求，而經濟方面則取決于開采成本和開采能力。根據該礦的礦體賦存特點和開采技術條件，結合所選采礦方法的技術要求，初步選擇上向分層下向分段膠結充填采礦法(方案1)、鑲嵌式無筋下向分段膠結充填采礦法(方案2)和盤區階梯式無間柱連續充填采礦法(方案3)等3種采礦方法作為可采用的采礦方法，進行方案設計和技術經濟比較，以便確定最優的采礦方法。

對上述3種初選采礦方法進行方案設計，確定出各采礦方法的主要技術經濟指標及優缺點，在此基礎上進行了比較，其結果見表1。

從表1可知，3種采礦方法均有各自的優點與技術特色，在使用條件與技術工藝上均適合3#礦體地質情況、巖層穩固情況與開采技術特點，回采的作業安全性好，生產能力相對較高，回采貧損率低，效率高等。但生產實際中，通過與礦山工程技術人員的交流與反復協商，考慮到生產工藝的復雜性與技術難度等問題，最終確定選用盤區階梯式無間柱連續充填采礦法作為3#礦體初選方案(見圖1)。

表1 充填采礦方案主要技術經濟指標與優缺點

圖1 盤區階梯式無間柱連續充填采礦法

3 進路布置方式優化

經沿坐標線布置進路、沿礦體走向布置進路、沿礦體垂直方向布置進路3個方案的對比研究，最終確定沿礦體走向劃分盤區，在礦體的中厚位置設立上下盤區。盤區內劃分進路，進路的方向與礦體的走向方向垂直；為加大礦塊生產能力，上下盤區需要同時作業且互不影響，因此，上盤區工作面通常高出下盤區作業面，形成階梯狀，確保礦體工作面同時作業。進路垂直礦體走向布置方式見圖2。

通過盤區劃分，進路的長度大多只有40～60 m左右，最長不超過60 m，不僅進路長度適中，通風、充填等問題得到解決，而且礦體的盤區數量增加了一倍，充填澆面層的平整度也提高，礦塊的貧損率下降、生產能力得到提高。

圖2 進路垂直礦體走向布置方式

礦體的上盤(即I、II、III盤區)是礦塊最先開采的盤區，待其開采3個分層后，回采礦體的下盤盤區(即Ⅳ、V盤區)的第1分層，并依次開采。這樣，在整個礦體開采期間，3#礦體上下盤的盤區在空間上形成不同平臺，礦體最厚大部位靠上盤處最先回采，實現先難后易的原則，確保礦體開采安全和多盤區階梯式無間柱連續開采。

盤區沿走向劃分，每個盤區長40 m，中段高50 m，分段高16 m，進路高4.5 m，進路寬5 m。主要采準切割工程量見表2。

表2 單個盤區主要采準工程量

4 現場工業試驗

3#礦體盤區階梯式無間柱連續充填采礦法試驗自2010年8月～2012年8月，工業試驗主要在-530m至-480 m階段進行。在充分利用礦山先進的無軌采礦設備的基礎上，通過近兩年的試驗，證明該采礦方法機動靈活，作業安全性好，盤區生產能力大，施工簡便可靠，適合于該金礦深部礦巖破碎穩固性差、礦體形狀變化大等開采技術條件。

試驗礦塊劃分多個盤區，盤區又劃分多條進路，分一步采和二步采，其中：一步采場進路規格為(7～5)m×4.5 m；二步采場進路規格為5 m×4.5 m。先采的一步采場先打3 m×2.8 m的進路，然后涮幫壓頂至設計斷面，整個開采過程中，塊體被完全采掉，沒有留下礦柱。

采場作業時，每天3班作業，每班由采礦工灑水沖洗工作面頂幫及礦堆降塵，并處理凈頂幫浮石后由鏟運機出礦，然后進行錨桿支護、鑿巖、爆破。利用換班時間噴霧降塵、通風排煙，等待下班次作業。主要回采工序為：

鑿巖：第1步，采用桶形掏槽，用液壓鑿巖臺車或7655鑿巖機進行巷道掘進式回采，其掘進斷面尺寸為3.0 m×2.8 m。第2步，以小斷面進路為自由面刷幫壓頂，將斷面擴大到設計斷面(7～5.0) m×4.5 m。

爆破：采用2#巖石乳化炸藥，毫秒差非電導爆雷管起爆系統。

出礦：采場礦石用ST-2D、JXCY-2A、ST-3.5或ST-6C柴油鏟運機鏟裝至分段巷道一側的礦石溜井，通過溜井底部的振動放礦機將礦石裝入坑內卡車(MT-413或ASJK-12)，由坑內卡車經溜井聯絡道、中(分)段巷，直接倒至礦山主溜井。

充填：采場回采結束，驗收合格后，由充填架管工架設充填管路，封閉擋墻、并與專職充填工一起看護充填，確保充填質量。采場充填結束后，養護5～7 d后，繼續下一分層(進路)回采。

通風：采場爆破后，借助全礦主風壓進行通風。新鮮風流通過分段平巷進入分層聯絡道，清洗采場進路后，通過充填通風天井，到達上中段回風道。對于通風困難的進路或工作面，則采用局扇進行通風。

經統計分析，工業試驗采場共出礦50余萬t；開采回采率由原來的92.6%提高到95.5%；貧化率則從7%下降到5.6%；礦塊生產能力提高1倍。

5 結 論

本試驗研究表明，盤區階梯式無間柱連續充填采礦法在該金礦3#復雜難采礦體的應用是成功的，開采回采率由原來的92.6%提高到95.5%；貧化率則從7%下降到5.6%，試驗采場出礦50余萬t；礦塊生產能力提高1倍。該試驗的成功不僅實現了井下無礦柱連續開采，降低了損失率和貧化率，大大提高了礦塊生產能力，而且確保了礦山穩產高產。

參考文獻：

[1]武宏岐，李瑞祥. 中國巖金地采礦山采礦技術進展及研究方向[J].黃金,2010,31(10):27-31.

[2]劉 濱，姬 濤，由 偉. 新城金礦厚大礦體開采方法研究[J].采礦技術,2010,10(3):31-32.

[3]周宗紅. 夏甸金礦傾斜中厚礦體低貧損分段崩落法研究[D].沈陽：東北大學,2006.

[4]于潤滄.采礦工程師手冊(下)[M].北京：冶金工業出版社，2009：1-56.

[5]楊 鵬，蔡嗣經. 高等硬巖采礦學(第2版)[M].北京：冶金工業出版社，2010：90-103.