預控頂分段充填采礦法在某金礦中的應用

于成相　侯　祥　雷番飛

(長春黃金設計院)

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預控頂分段充填采礦法在某金礦中的應用

于成相侯祥雷番飛

(長春黃金設計院)

以某金礦緩傾中厚及厚大不穩固礦體為工程背景，針對原有機械化盤區上向水平分層充填法二步采場回采時易產生的圍巖破壞問題，開展了預控頂分段充填采礦法的現場試驗。詳細論述了該方案特征、采準、切割及回采工藝，預控頂技術保證了采場作業的安全，中深孔落礦實現了礦體高效開采。

緩傾斜中厚及厚大礦體上向水平分層充填預控頂中深孔落礦

某金礦目前主采礦體以細脈狀金礦石，網脈狀和團塊浸染狀金礦石為輔。主要礦物成份以黃鐵礦，另有少量的黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦；礦石品位中等偏高，平均品位3.5g/t；礦體傾角較緩，平均40°，但厚度大，最大水平厚度達到200m以上，賦存深度超過500m；礦體上盤礦巖界線明顯，節理分布較為發育，很不穩固，f=4～6，開采中常常出現上盤圍巖垮落失穩現象；礦體下盤礦巖邊界無法用肉眼辨別，需要化驗確定，圍巖穩固性差， f=6～8；礦體礦化極不均勻，高品位礦體常常賦存于節理裂隙較發育地帶，因此爆破開采過程中礦體極易形成粉礦，造成較大的貧化損失；礦體地質水文條件簡單。

該類礦體地質條件較為復雜，具有多重開采困難及不利因素，開采價值偏高的緩傾斜中厚及厚大不穩固礦床，一直是國內外開采的難題[1-5]。為此，本文主要在評述原有采礦方法不足的基礎上，開展新型采礦方法的研究。

1　原采礦方法

該金礦原主要采用機械化盤區上向分層尾砂(膠結)充填法[6]，如圖1所示。一步采場和二步采場交錯布置。總體回采原則為先回采中(分)段中部采場，然后向兩翼順次回采，使整個中段采場分布構成上向拱形，以提高中段整體穩固性。

1.1采場結構參數

礦體厚度不大時，礦房沿礦體走向布置；礦體厚度較厚時，礦房垂直礦體走向布置，礦房長度為礦體水平厚度，礦房分兩步回采，一步采場與二步采場礦房寬度分別為8m和7m。每個中段分為5個分段，分段高度10m，每次回采高度3.3～3.4m。回采后在底板上施工鋼筋混凝土假底，頂柱厚度3.0～6.0m，待中段各采場回采結束后再進行集中回采。

圖1　機械化盤區上向水平分層充填法

1.2采準工程布置

(1)下盤脈外分段平巷為5.05m×3.55m的1/4三心拱，轉彎半徑8m。分段平巷布置在下盤脈外，距離礦體下盤邊界約40m，以滿足鏟運機爬坡需求。

(2)采場聯絡巷為3.6m×3.15m的1/3三心拱，轉彎半徑8m，聯通分段平巷與礦體。采場聯絡巷中心線與采場中心線相重合。

(3)充填回風天井為2m×2m的1/3三心拱。每個采場布置一條充填回風天井，從下中段向上掘至上中段，與上中段上盤回風巷貫通。充填回風天井傾角均為43°左右。

1.3回采工藝

采用以鑿巖臺車為主、7655氣腿式鑿巖機為輔的鑿巖方式，從礦體下盤向上盤水平推進(不包括進路法)。落礦眼采用梅花形布孔、排間距為0.6～0.7m、孔間距為0.7～0.9m，頂板控爆眼排間距不得大于0.5m，孔間距不大于0.7m。采用2#巖石乳化炸藥，非電導爆雷管微差起爆。落礦眼與控爆眼均采用間隔裝藥，每孔有兩個同段導爆雷管。

1.4存在問題

該方法的優點是采切、回采工程布置靈活、由于不留間柱，礦石損失率與貧化率較低，同時有利于地壓管理。但由于主采礦體厚大且礦體傾角較緩，隨著一步采場地進行，二步礦柱回采安全問題顯現，出現局部應力集中與破壞現象；二步采場回采時兩側低強度充填體有可能不足以支承二步礦柱上覆應力而發生充填體破壞情況。同時，為進一步加大深部中段礦體回采強度[7]，需要對原有二步采場的采礦方法進行革新，探尋適合的采礦方法，提高深部中段生產能力。

2　新型采礦方法概述

2.1預控頂分段充填采礦法

根據礦床開采技術條件并結合原有采礦方法的缺陷，制定出預控頂分段充填采礦法并進行現場試驗，如圖2所示。其工藝是：在試驗采場某一中段掘進中深孔鑿巖出礦巷(3.2m×3.1m)，同時在上分段掘進預控頂巷道(3.2m×3.2m)，而后擴幫，頂板用樹脂錨桿+鋼帶+噴射混凝土聯合支護，在礦體上盤掘進切割天井(2.2m×2.2m)，沿天井全斷面揭露上盤，用樹脂錨桿+鋼帶+噴射混凝土聯合支護上盤巖層，預控頂工程全部完成。在鑿巖出礦巷道鉆鑿上向中深孔，從上盤向下盤后退式崩礦，每次崩礦2～3排，崩落的礦石經下部分段聯絡巷道用鏟運機運出，嗣后一次充填采空區。采場長度約110m，寬為7m，分段高度為10m。

圖2　預控頂分段充填采礦法

2.2回采順序

試驗采場以上盤切割槽為自由面，中深孔落礦，自上盤向下盤后退式回采。上盤礦體開采后，根據采場兩側充填體暴露情況及采場穩定狀況，對二步礦柱采用中深孔落礦嗣后充填法開采，如果采場穩定性良好，繼續用中深孔回采下盤礦體；如果采場穩定性差，封閉采場，對上盤采空區嗣后充填，而后用同樣的方法開采下盤礦體。

2.3采場預控頂支護技術

采用樹脂錨桿+鋼帶+噴射混凝土+立柱聯合支護，采場上盤圍巖采用樹脂錨桿+懸掛鋼絲網+噴射混凝土聯合支護。

2.3.1樹脂錨桿

錨桿呈梅花形布置，錨桿長度2.5m，間距1.5m。統一使用25MnSi螺紋鋼錨桿，直徑均為20mm，螺紋必須采用滾絲；錨桿托盤采用8mm厚鐵板制作，托盤為(長×寬×厚)100mm×100mm×8mm；樹脂錨固劑型號為K2535和Z2360，樹脂卷長350～600mm，直徑28mm。

樹脂錨桿施工方法：采用MQT-130氣動錨桿鉆機鉆鑿錨桿孔，錨桿孔徑32mm，孔長2.4m，鉆孔偏差不超過±0.3m；安裝時孔內先放入1卷K2535型樹脂錨固劑，再放入1卷Z2360型樹脂錨固劑，用錨桿桿體將錨固劑輕輕頂入孔底后再轉動鉆機，不斷攪拌藥卷，攪拌時間為(30±5)s；待錨固劑攪拌好15min后，安裝鋼帶與托板。

2.3.2噴射混凝土支護

采用樹脂錨桿支護并掛網后，噴射50mm厚的混凝土。噴射混凝土技術要求：水泥與砂石質量比為(1∶4)～(1∶4.5)，水灰比為0.4～0.45，碎石用量為砂石總質量的30%～40%；水泥為不低于325#的普通硅酸鹽水泥，砂子為堅硬干凈的中砂或粗砂，碎石為粒徑不大于15mm的堅硬卵石或碎石；噴射前應清洗巖面，噴射作業中應嚴格控制水灰比；第一層噴射厚度2～3cm，下一層的噴射應在前一層混凝土終凝后進行，當間隔時間超過2h，應先噴水濕潤混凝土表面，總噴射厚度4～5cm，回彈率不應大于25%，設計混凝土最低強度不低于15MPa。

2.3.3液壓支柱

在預控頂施工過程中及施工完成時，采用液壓立柱對預控頂板進行臨時支護。采用型號為DW35-200/100外注式液壓支柱，最大支承長度3 500mm，最大承載力20t。液壓支柱距采場邊幫0.5m，間距3m，安裝時須“穿鞋戴帽”，頂底分別放置木板或鋼墊板，并保證受力均勻，防止支柱產生滑移。

2.3.4鋼帶及鋼筋網

用直徑10mm的A3鋼筋切割焊接而成。鋼帶寬65mm，長度分別為1 500，2 900，4 200mm3種規格，由2根平行鋼筋每隔200mm用同徑鋼筋焊接制成。安裝樹脂錨桿的同時懸掛鋼筋網，金屬網采用直徑8mm的鐵絲，編織網格為100mm×100mm，單張金屬網大小為2 600mm×1 400mm。

2.4回采工藝

(1)鑿巖。采用KQD70中深孔潛孔鉆機鑿巖，鉆頭直徑為65mm，炮孔直徑70mm，中深孔拉槽炮孔排距為1.0m，間距為1.5m；落礦炮孔排距為1.4m，間距為2.1m；采場四周采用預裂爆破，預裂孔布置采場邊界，炮孔間距為0.7m；與預裂孔相鄰的落礦孔為緩沖孔，緩沖孔與預裂孔間距拉槽時為0.8m；落礦孔超深0.5m，預裂孔超深0.8m。由于礦體兩側是充填體，在鑿巖過程中要認真記錄中深孔穿過充填體情況，目的是為了更好的進行爆破裝藥設計。中深孔鑿巖結束后，要進行驗收，若發現鉆孔最小抵抗線與設計不符或有新的地質構造時，應重新調整藥量及裝藥結構。

(2)爆破。使用改性銨油炸藥或2#巖石乳化炸藥爆破，人工裝藥，每次爆破6～8排，從礦體上盤開始后退式開采。采用非電毫秒差導爆管，復式起爆系統起爆。

(3)出礦。采用TORO-301D柴油鏟運機出礦，鏟運機將礦石裝入坑內卡車經斜坡道運至中段溜井。

(4)充填。整個分段回采結束后，在出礦巷道砌筑充填擋墻進行采場充填。充填前必須用混凝土澆筑人工假底。假底作為下中段回采構筑人工假頂，鋼筋混凝土假底厚度為0.6m。鋼筋網有主、副之分，主筋直徑為14mm，網度為1m×1m，副筋直徑為10～12mm，網度為0.3m×0.3m，交叉點用細鐵絲固定。鋼筋網距底板0.1～0.2m，混凝土配比為水泥∶中粗砂∶碎石=1∶3∶5，即每立方米混凝土加水、水泥、砂子、石子分別為200，250，750，1 250kg。混凝土假底完成后采用分級尾砂充填，灰砂比為1∶4。

3　結　論

經過現場試驗，采用預控頂分段充填采礦法采場生產能力能夠達到506.9t/d，采礦工效121t/工班，采場貧化率及損失率為5%，采切比為11.65m/kt，取得了良好的應用效果。實踐證明，預控頂支護技術可行、經濟合理，能夠保證采場的安全穩定，避免了二步采場回采時礦體的破壞，采用中深孔落礦實現了該礦體的安全高效開采，對類似緩傾斜中厚及厚大不穩固礦體的開采，具有一定的指導意義。

[1]王燕，袁永忠，王芳，等.緩傾斜薄礦體采礦方法試驗研究[J].黃金，2013，34(4)：36-40.

[2]尹升華，吳愛祥.緩傾斜中厚礦體采礦方法現狀及發展趨勢[J].金屬礦山，2007(12)：10-13.

[3]崔曙忠.某鐵礦中厚及以上緩傾斜礦體采礦方法研究[J].金屬礦山，2012(8)：21-24.

[4]孫宏生.淺孔留礦法在緩傾斜中厚礦體中的應用[J].金屬礦山，2006(9)：29-33.

[5]萬記龍,張洪波,許彥會.沂南金礦分步放頂階段長壁控爆連續采礦法試驗研究[J].有色礦冶，2014,30(3)：12-14.

[6]徐開民．新城金礦深部采場支護參數及開采順序優化研究[D].青島：山東科技大學，2011.

[7]徐東，胡忠強.中深孔采礦法在新城金礦的研究與應用[J].黃金科學技術，2010，18(5):72-75.

2016-03-09)

于成相(1987—)，男，助理工程師，130012 吉林省長春市南湖大路4726號。