上向分層干式充填采礦法在鈾礦床開采的應用

賈京林

(陜西世紀崇山建設工程有限公司， 陜西西安 710000)

上向分層干式充填采礦法在鈾礦床開采的應用

賈京林

(陜西世紀崇山建設工程有限公司， 陜西西安 710000)

簡介了鈾礦床的特點及地質條件。介紹了上向分層干式充填采礦法在鈾礦床開采的應用，包括采場布置，采切工程設計和回采工藝。指出該采礦法具有安全、環保、經濟效果優的特點。

上向分層干式充填采礦法；采場布置；采切工程；回采工藝

目前我國黃金礦山中充填法的比重已占31%；有色礦山中充填法的比重達到29%，在鈾礦地下開采中僅上向分層干式充填采礦法占的比例就高達58%。在國外充填法應用更廣，特別是礦業發達的地區，如加拿大金屬礦山地下開采礦石中，用充填法的比重為35%～40%；澳大利亞的地下有色金屬礦石多用充填法開采；瑞典的布利登(Boliden)有色金屬公司70%的礦石是用充填法開采出來的。日本金屬礦山使用充填法的早在1982年就高達43%[1]。本文參照南方某鈾礦地下開采中使用充填采礦法產生的經濟效益和環保及安全效應，討論此類采礦方法的應用。

1 鈾礦床的特點及地質條件

鈾礦床的特點是:礦床類型較多，可分為8個大類，22個亞類，但是以花崗巖型(占34%)，火山巖型(22%)，碳硅泥巖(占20%)，砂巖型(占15%)為主，這4類合計占90%以上；成礦年代跨度大，從古生代、中生代、到新生代都有；礦床規模一般較小，埋藏不深；鈾礦石具有放射性[2]。

礦體形態復雜，有透鏡狀、團塊狀等，個別除緩傾斜外一般為急傾斜礦體，傾角在60°～80°之間。礦體厚度變化大，在1～20m之間，其中厚4～10m的占總量的46%，其余大部為2～3m之間，礦體有膨脹及分支復合等現象，沿走向變化較大，礦體和圍巖為花崗巖和龍山群的砂巖、千枚巖、板巖，屬較堅硬的巖石，頂底板較穩定，冒頂和塌落現象較少，除了局部破碎需支護外，一般不需要支護。

礦體沿走向長一般為40～60m，最長為100m，礦體厚度沿走向、傾向變化較大，可由幾十厘米到10m以上。礦石品位沿走向、傾向的變化都無一定規律。

針對鈾礦床的這些特點，選擇以充填采礦法為主，特別是上向分層干式充填采礦法，不但回采工藝靈活，適應性較強，而且從開采到采場二次勘探圈礦也極其方便安全。

2 采場布置原則[3]

(1)礦塊布置方式。礦塊布置方式分為沿走向和垂直走向兩種:若礦石與圍巖比較穩固，且礦體厚度不超過10～15m，采用沿走向布置；礦體厚度＞10 ～15m時，用垂直走向布置。

(2)礦房長度[4]。礦房的長一般宜控制在50m以內。如果礦體厚度超過50m，則在垂直礦體走向的方向上布置兩排礦房，在兩排礦房之間留沿走向的縱向礦柱。

(3)階段高度。階段高度一般為30～60m(常用的是35～45m)。階段高度過大，在生產中會產生一些困難，如:當礦體厚度不大，而礦體傾角變化大時，溜礦井的架設困難；當礦體很厚，出礦量很多時，溜井下部磨損大，維護困難。

(4)礦柱尺寸。間柱寬度取決于間柱的回采方法和礦巖的穩固性以及礦體厚度。用充填法回采間柱時，可留7～10m。當礦體很薄時(3～4m的薄礦脈)，也可以不留間柱，此時采用在礦房之間澆灌混凝土隔墻的辦法。當上部運輸巷道需要保護時，則應當根據礦石的穩固性和礦房的大小，保留3～5m厚的頂柱。不留頂柱可以簡化回采步驟，可減小礦石的損失和貧化，但需要建造人工假巷。對于充填采礦法，由于采準巷道布置簡單，在底柱中的巷道很少，并且不在其中進行二次破碎。故礦石底柱的穩固性破壞較小，因而底柱高度可以小一些。當礦房位于主要運輸平巷之上時，必須要留底柱。一般在運輸平巷上部留2～3m高的底柱。上向分層干式充填采礦法的典型方案如圖1所示。

3 回采工藝

(1)采準切割。多利用已有的穿脈、沿脈和天井進行采準工程布置，天井布置在礦塊中部靠近上盤的礦體中，也可考慮利用探礦天井，回采時作為回風井和充填井。切割工作從運輸巷開始，在礦房范圍內，將平巷開幫擴大到礦房邊界，再往上挑頂達5m高左右，將礦石運出后，在底層鋪0.5m的鋼筋混凝土底板，在此地板上澆筑高2.5m的沿脈運輸巷道，其它空間用充填料充滿，再澆筑0.2m厚的砂漿鋪面，形成1.8～2.0m的拉底空間。

圖1 上向分層干式充填采礦法典型方案

(2)回采順序。主要回采工藝為鑿巖落礦－礦石耙運－溜井架設－廢石充填－澆筑砼底板，采用YSP－45型鑿巖機向上鑿巖，一個分層集中鑿巖，炮孔深1.9～2.1m，炮孔間距0.7～0.8m，同一分層采用一次爆破或分次爆破，以充填井為自由面崩礦，用2＃巖石炸藥和非電雷管微差爆破，爆破后進行敲幫問頂，確保采場作業面安全后，再用2DPJ－30型電耙絞車耙礦。

(3)物探找邊。每一分層上采(或充填)結束后，進行編錄、圈礦和測量工作，準確的標出礦體界線。

(4)采場充填。分層礦石耙運完后架設順路人行井和礦石溜井，澆筑部分采場之間的隔墻，再進行充填作業，在采場內用電耙耙平從充填井下放的廢石，再鋪一層0.1m厚的砂漿鋪面，待強度達到要求后即可開展下一個回采循環。

(5)采場通風[5]。采場爆破后，主要利用礦井總負壓通風，新風由運輸巷道穿脈、沿脈、人行天井進入采場，污風由采場充填井回到上中段回風巷。當采場通風效果不好時，利用局扇進行輔助通風，以加速采場通風排塵。

4 結 論

上向分層干式充填法不但適用于常規的金屬非金屬礦礦床，也適用于有毒、有害、有輻射、有自燃的礦床，對圍巖和礦體穩固性要求不高，礦體產狀、形態對這種方法影響也不大，“三下”礦體更合適。在回采過程中通風條件較好，人員在采場的安全有保障，同時便于回采過程中礦體的二次圈定及補充勘探。

上向分層干式充填法工序雖然較多，但是可操作性高，采、切工程量小，靈活性大，可對礦巖或不同品位的礦石進行選別回采，其技術經濟指標較一般采礦法的好，特別是貧化率、損失率低。此外，上向分層干式充填法由于充分利用了開采過程產生的廢石，減少了地表廢石堆放對環境的污染，也省去了日后采空區處理和地表復墾的大部分成本。

[1]解世俊.采礦手冊(第四卷).[M].北京:冶金工業出版社，1990:194.

[2]李開文.中國核工業抓科技進步促鈾礦冶發展[J].中國礦業，1999(05):34.

[3]解世俊.金屬礦床地下開采[M].北京:冶金工業出版社，1986.

[4]張富民.采礦設計手冊(第二卷·下冊)[M].北京:中國建筑工業出版社，1987:1269－1271.

[5]何德松.淺眼留礦法采場通風布置方式的探討[J].冶金安全，1983(04):26-27.

2014-04-11)

賈京林(1973－)，男，陜西周至人，采礦工程師，學士，長期從事金屬礦山開采與建設工作，Email：shanxijia＠126.com。