草原生態綠色環保矸石充填采礦方法優化研究

曹學勇+趙杰+劉興宇+畢亞強+李紀玉

摘 要：本公司地處內蒙古錫林郭勒盟最美麗富饒的草原地帶，隨著開采規模及深度的加大，草原水系破壞及地表坍塌造成的沙化嚴重，從而給企業帶來了巨額的綠墾費用。通過該方法的優化，企業提高了機械化程度，降低了員工勞動強度，生產效率有了很大提高；安全生產環境有了大幅改善，尤其對草原植被的保護得到了當地政府的一致好評，從而給企業帶來了豐厚的利潤。

關鍵詞：采礦方法優化 機械化 草原環保 安全高效

中圖分類號：TD8 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0073-04

1 概況

錫林郭勒盟山金阿爾哈達礦業有限公司是山東黃金集團全資子公司，公司于2010年4月15日收購該企業，是錫林郭勒盟和東烏珠穆沁旗重點企業。公司年設計開采能力60萬噸，主要生產鉛、鋅、銀精粉。選廠日處理能力1000 t，公司接手后經過擴建現已達到日處理能力2500 t。并擁有探礦權8處，探礦面積316.8 Km2。

1.1 礦區自然地理及經濟條件

（1）礦區位置與交通條件。

礦區位于內蒙古錫林郭勒盟東烏珠穆沁旗滿都鎮轄區內，處在東烏珠穆沁旗的東北方向，距離約225 km。

交通以公路運輸為主。東烏旗政府所在地烏里雅斯太鎮距北京約800 km，東烏旗到滿都鎮190 km，滿都鎮到礦區35 km，有簡易公路相接，交通條件尚可。

（2）礦區自然地理。

礦區地處內蒙古高原，海拔高度一般在920～1060 mm之間，其中阿爾哈達山海拔高1056 m，區內切割程度較淺，相對高差多在100 m以下，為丘陵區，地形相對平緩，地表植被發育，為大面積草原牧場。

該區屬典型的大陸性季風氣候，風季長，最大風力8級以上，年平均氣溫2.5 ℃，最低氣溫-37.4 ℃，最高氣溫38 ℃；年平均降水量242.9 mm，最大降水量為457.3 mm（1998年），主要集中在每年的6～8月份，約占全年降水量的51%，一日最大降水量為24.3 mm，年平均蒸發量1596 mm。

（3）區域經濟。

礦區內糧食、蔬菜、日用品及設備、原材料等均需由東烏旗及霍林河市供應。

1.2 礦床地質特征

（1）礦體特征。

礦體主要分布在Ⅰ號礦脈帶內，賦存在板巖及凝灰巖內。呈脈狀、似層狀、透鏡狀產出，局部膨大，有分支復合現象。沿走向呈豆莢狀，礦體呈厚—薄—厚的趨勢。礦體厚度多為1～6 m，局部富積地帶達到25 m，走向280°～320°，傾向南西，礦體傾角25°～65°之間，多為35°～45°。經探礦工程控制主礦體下盤共圈定一百多條規模不等的礦體。

礦體以隱伏礦體和盲礦體為主，礦頭埋深在12～93 m，礦體的賦存標高在330～977 m之間，走向延伸1000 m左右，礦體相互之間呈平行排列，相互之間距離4～100 m不等。

1.3 礦區水文地質及礦床開采技術條件

（1）礦區水文地質。

礦區位于額仁高畢復式向斜北翼，為一套向北緩傾的單斜構造。地下水的補給來源主要為大氣降水，通過基巖出露區補給地下水。

（2）礦化蝕變帶。

區內Ⅰ號礦體賦存于一系列北西向斷裂帶中，沿走向和傾斜方向呈舒緩波狀，有分支復合等特點。早期為壓扭性，從成礦初期到后期經歷了從張扭性—壓扭性多期構造運動，致使礦化蝕變帶巖石破碎強烈。蝕變巖帶寬一般在1～2 m，破碎帶一般寬 0.10～1.00 m，并有0.2 m左右的灰白色斷層泥和角礫巖。角礫成分為泥質扳巖或凝灰巖。角礫直徑一般在5 cm左右。巖石較破碎，含水微弱。

1.4 礦床開采技術條件

本礦區的礦巖根據巖石形成時代、成因類型、巖性及工程地質特征，以及巖石的物理力學性質等，主要分為泥質粉砂質板巖、凝灰巖、鉛鋅礦體巖、礦化蝕變巖。根據地礦部門的計算及分析，區段內礦體及上下盤圍巖，巖體質量等級屬一般巖體，穩固性中等。

2 采礦方法

2.1 原有采礦法

結合阿爾哈達固有的礦體賦存條件，原采礦方法以空場采礦法為主，多為淺孔落礦留礦法，此類方法是將礦塊劃分為礦房和房柱，分兩步回采，先采礦房后采礦柱。在回采礦房時采場臨時留礦，主要起到繼續上采的工作臺作用，而對維護采場只是起著臨時輔助支撐作用。回采幾條成規模的礦體，多數規模較小的礦體受空區治理難度的限制都被擱置了。

2.2 存在的問題

此種采礦方法需做完采準、切割工程后才能進行回采作業，形成回采能力需要一定的周期，受特殊成礦條件影響采準切割工程多為人工作業效率低下，難易提高機械化設備的應用。

由于上盤圍巖穩固性差，回采中需對上盤進行錨桿、串帶支護，且臨時支護撤離后上盤極易垮塌，導致預留的礦柱、間、頂柱無法進行回收，造成支護量和損失量都很大。

隨著開采深度的下移，采空區面積增大，受地表厚大砂層影響，春夏兩季大量雨水沿裂隙空區滲入到井下形成自然垮塌，導致地表塌陷區逐年擴張，對草原植被產生了一定程度的破壞，礦山每年要額外支付昂貴的草原補貼費。

草原植被生長繁殖所需的水分主要來自冬季的化雪和春夏兩季的自然降水，年降水量的流失導致礦區周圍草原植被繁殖期增長，草原沙化日益嚴重，草原生態環境遭受破壞。

鑒于以上原因，為了提高生產效率，降低兩率指標，提高回收率，提高科學化組織生產管理，保護草原原生態平衡發展，進行采礦方法優化。

2.3 采礦方法優化

山東黃金集團并購該公司后，秉承建設綠色環保礦山的理念積極與當地政府部門洽談磋商，致力于采礦方法的優化研究，采用矸石充填上向分層機械化采礦法。endprint

見圖1～4所示。

總體思路：斜坡道為機械化采礦盤區，采用折返式脈內布置方式；中段運輸沿用漏斗放礦、有軌電機車運輸方式，與現有生產系統接口，巷道掘進的廢石為充填骨架材料，來源豐富，即減小運輸提升費用，又減少廢石場占地面積。

技術方案：采準工程布置方案設計及優化：針對待采礦脈賦存特點，研究脈內采準布置方式，脈內斜坡道，脈內溜井、脈內充填巷道的設計應用，降低了采準工程成本，減少了采掘廢石量的產生；斜坡道規格設計滿足設備安全運行要求，設計坡度滿足設備需要；廢石充填采用鏟運倒運方式。

脈內斜坡道采準先行，同時滿足探礦需要，為后續的分層采礦提供通風、充填、出礦等條件；主要的脈內采準工程有：斜坡道、通風充填天井、順路溜井等。

工序：斜坡道分層聯絡到回采分層，四周留設保安礦柱嗣后回收，首采分層回采結束后制作假底，每分層廢石分段充填，留設2.0～1.5 m空頂；廢石由鏟運設備經充填天井卸載回采空區，機械平場，轉層后對充填達不到高度段找平。頂板采用全支護，確保安全。

創新點。

（1）經濟：脈內斜坡道采準工程布置，減少了脈外工程量，靈活布置探采結合工程，降低了探礦成本，提高了采切工程的價值；全廢石充填采空區，充填材料就地取材，廢物利用，減少了廢石提升成本，經濟效益明顯。

（2）高效：斜坡道采準，為鏟運機、坑內卡車等大型無軌采掘設備的應用提供條件。機械化提高了采礦效率，降低了采掘工人勞動強度；

（3）安全：充填處理采空區，消除了地表塌陷的安全隱患，為多中段平行作業提供安全技術支持；井下采空區得以治理很好的控制了地表塌陷區域的擴大。有效控制沙化范圍，草原生態得以控制。

（4）成本低：采準工程位于脈內，基建廢石填充采空區，節約了廢石提升成本和地表廢石堆存成本。

（5）技術經濟指標先進：采礦損失率降低了9.7%，貧化率降低了6%，分層回采兼顧分層探礦和主采礦脈周圍零星小盲礦體的回收，極大提高了資源利用率。

3 經濟效益對比分析

為便于技術經濟指標比較按照總部統一的定價、稅率進行計算，掘進成本執行本單位實際結算合同價，經濟盈利指標計算到采出礦工序，相對于本單位現有采礦法進行比較，選冶工藝不參與計算。

3.1 技術經濟指標（以留礦法為對比）

上向水平分層廢石充填采礦法相對于淺孔留礦法回采方案：

采切工程節約1370立方，考慮假底制作、廢石充填的前提下，折合費用278.47萬元。

金屬量多回收4213.3-3708.7=504.6噸，價值691.3萬元。

采礦量增加11.24-10.15=1.09萬噸，采礦成本增加1.09*85=92.95萬元。

相對盈利萬元=691.3+278.47- 92.95=876.82萬元。

由此可以推出結論：單就試驗采場而言，該成果相對于淺孔留礦法回采，可多盈利876.82萬元。

4 結語

該方法對于圍巖不穩固，兼顧相鄰薄礦體回采有明顯效果，提高資源回收率。機械化設備的采用降低人工作業強度，大幅度提升了安全作業條件。結合上階段工程投入廢石回填井，更加提高回填效率從而提高回采效率。經濟效益明顯。

參考文獻

[1] 解世俊.金屬礦床地下開采[M].北京：冶金工業出版社，1990.

[2] 陳國山，翁春林，等.金屬礦地下開采[M].北京：冶金工業出版社，2008.

[3] 鄧秀跽.錢孔留礦法采礦的生產實踐[J].現代礦業，2009（8）.

[4] 小型冶金礦山設計參考資料[M].冶金出版社，1981.endprint

見圖1～4所示。

總體思路：斜坡道為機械化采礦盤區，采用折返式脈內布置方式；中段運輸沿用漏斗放礦、有軌電機車運輸方式，與現有生產系統接口，巷道掘進的廢石為充填骨架材料，來源豐富，即減小運輸提升費用，又減少廢石場占地面積。

技術方案：采準工程布置方案設計及優化：針對待采礦脈賦存特點，研究脈內采準布置方式，脈內斜坡道，脈內溜井、脈內充填巷道的設計應用，降低了采準工程成本，減少了采掘廢石量的產生；斜坡道規格設計滿足設備安全運行要求，設計坡度滿足設備需要；廢石充填采用鏟運倒運方式。

脈內斜坡道采準先行，同時滿足探礦需要，為后續的分層采礦提供通風、充填、出礦等條件；主要的脈內采準工程有：斜坡道、通風充填天井、順路溜井等。

工序：斜坡道分層聯絡到回采分層，四周留設保安礦柱嗣后回收，首采分層回采結束后制作假底，每分層廢石分段充填，留設2.0～1.5 m空頂；廢石由鏟運設備經充填天井卸載回采空區，機械平場，轉層后對充填達不到高度段找平。頂板采用全支護，確保安全。

創新點。

（1）經濟：脈內斜坡道采準工程布置，減少了脈外工程量，靈活布置探采結合工程，降低了探礦成本，提高了采切工程的價值；全廢石充填采空區，充填材料就地取材，廢物利用，減少了廢石提升成本，經濟效益明顯。

（2）高效：斜坡道采準，為鏟運機、坑內卡車等大型無軌采掘設備的應用提供條件。機械化提高了采礦效率，降低了采掘工人勞動強度；

（3）安全：充填處理采空區，消除了地表塌陷的安全隱患，為多中段平行作業提供安全技術支持；井下采空區得以治理很好的控制了地表塌陷區域的擴大。有效控制沙化范圍，草原生態得以控制。

（4）成本低：采準工程位于脈內，基建廢石填充采空區，節約了廢石提升成本和地表廢石堆存成本。

（5）技術經濟指標先進：采礦損失率降低了9.7%，貧化率降低了6%，分層回采兼顧分層探礦和主采礦脈周圍零星小盲礦體的回收，極大提高了資源利用率。

3 經濟效益對比分析

為便于技術經濟指標比較按照總部統一的定價、稅率進行計算，掘進成本執行本單位實際結算合同價，經濟盈利指標計算到采出礦工序，相對于本單位現有采礦法進行比較，選冶工藝不參與計算。

3.1 技術經濟指標（以留礦法為對比）

上向水平分層廢石充填采礦法相對于淺孔留礦法回采方案：

采切工程節約1370立方，考慮假底制作、廢石充填的前提下，折合費用278.47萬元。

金屬量多回收4213.3-3708.7=504.6噸，價值691.3萬元。

采礦量增加11.24-10.15=1.09萬噸，采礦成本增加1.09*85=92.95萬元。

相對盈利萬元=691.3+278.47- 92.95=876.82萬元。

由此可以推出結論：單就試驗采場而言，該成果相對于淺孔留礦法回采，可多盈利876.82萬元。

4 結語

該方法對于圍巖不穩固，兼顧相鄰薄礦體回采有明顯效果，提高資源回收率。機械化設備的采用降低人工作業強度，大幅度提升了安全作業條件。結合上階段工程投入廢石回填井，更加提高回填效率從而提高回采效率。經濟效益明顯。

參考文獻

[1] 解世俊.金屬礦床地下開采[M].北京：冶金工業出版社，1990.

[2] 陳國山，翁春林，等.金屬礦地下開采[M].北京：冶金工業出版社，2008.

[3] 鄧秀跽.錢孔留礦法采礦的生產實踐[J].現代礦業，2009（8）.

[4] 小型冶金礦山設計參考資料[M].冶金出版社，1981.endprint

見圖1～4所示。

總體思路：斜坡道為機械化采礦盤區，采用折返式脈內布置方式；中段運輸沿用漏斗放礦、有軌電機車運輸方式，與現有生產系統接口，巷道掘進的廢石為充填骨架材料，來源豐富，即減小運輸提升費用，又減少廢石場占地面積。

技術方案：采準工程布置方案設計及優化：針對待采礦脈賦存特點，研究脈內采準布置方式，脈內斜坡道，脈內溜井、脈內充填巷道的設計應用，降低了采準工程成本，減少了采掘廢石量的產生；斜坡道規格設計滿足設備安全運行要求，設計坡度滿足設備需要；廢石充填采用鏟運倒運方式。

脈內斜坡道采準先行，同時滿足探礦需要，為后續的分層采礦提供通風、充填、出礦等條件；主要的脈內采準工程有：斜坡道、通風充填天井、順路溜井等。

工序：斜坡道分層聯絡到回采分層，四周留設保安礦柱嗣后回收，首采分層回采結束后制作假底，每分層廢石分段充填，留設2.0～1.5 m空頂；廢石由鏟運設備經充填天井卸載回采空區，機械平場，轉層后對充填達不到高度段找平。頂板采用全支護，確保安全。

創新點。

（1）經濟：脈內斜坡道采準工程布置，減少了脈外工程量，靈活布置探采結合工程，降低了探礦成本，提高了采切工程的價值；全廢石充填采空區，充填材料就地取材，廢物利用，減少了廢石提升成本，經濟效益明顯。

（2）高效：斜坡道采準，為鏟運機、坑內卡車等大型無軌采掘設備的應用提供條件。機械化提高了采礦效率，降低了采掘工人勞動強度；

（3）安全：充填處理采空區，消除了地表塌陷的安全隱患，為多中段平行作業提供安全技術支持；井下采空區得以治理很好的控制了地表塌陷區域的擴大。有效控制沙化范圍，草原生態得以控制。

（4）成本低：采準工程位于脈內，基建廢石填充采空區，節約了廢石提升成本和地表廢石堆存成本。

（5）技術經濟指標先進：采礦損失率降低了9.7%，貧化率降低了6%，分層回采兼顧分層探礦和主采礦脈周圍零星小盲礦體的回收，極大提高了資源利用率。

3 經濟效益對比分析

為便于技術經濟指標比較按照總部統一的定價、稅率進行計算，掘進成本執行本單位實際結算合同價，經濟盈利指標計算到采出礦工序，相對于本單位現有采礦法進行比較，選冶工藝不參與計算。

3.1 技術經濟指標（以留礦法為對比）

上向水平分層廢石充填采礦法相對于淺孔留礦法回采方案：

采切工程節約1370立方，考慮假底制作、廢石充填的前提下，折合費用278.47萬元。

金屬量多回收4213.3-3708.7=504.6噸，價值691.3萬元。

采礦量增加11.24-10.15=1.09萬噸，采礦成本增加1.09*85=92.95萬元。

相對盈利萬元=691.3+278.47- 92.95=876.82萬元。

由此可以推出結論：單就試驗采場而言，該成果相對于淺孔留礦法回采，可多盈利876.82萬元。

4 結語

該方法對于圍巖不穩固，兼顧相鄰薄礦體回采有明顯效果，提高資源回收率。機械化設備的采用降低人工作業強度，大幅度提升了安全作業條件。結合上階段工程投入廢石回填井，更加提高回填效率從而提高回采效率。經濟效益明顯。

參考文獻

[1] 解世俊.金屬礦床地下開采[M].北京：冶金工業出版社，1990.

[2] 陳國山，翁春林，等.金屬礦地下開采[M].北京：冶金工業出版社，2008.

[3] 鄧秀跽.錢孔留礦法采礦的生產實踐[J].現代礦業，2009（8）.

[4] 小型冶金礦山設計參考資料[M].冶金出版社，1981.endprint