平行中深孔落礦分段充填采礦法在石湖金礦的應用

梅群力 周樂 劉龍瓊 王征

摘要：石湖金礦采用上向水平分層膠結充填采礦法回采急傾斜中厚破碎礦體過程中，存在采場出礦能力低、工藝復雜、成本較高等問題，且靠近上盤的礦體夾雜部分綠泥石，冒落嚴重，極易塌方，已嚴重威脅采場內設備及人員的安全。結合石湖金礦礦體的開采技術條件，開展了平行中深孔落礦分段充填采礦法試驗研究，在確保采場安全的情況下，通過改變現有的采礦工藝，盡可能減少采場上盤暴露時間和暴露面積，最終達到了提高生產能力，保證采場內人員及設備安全的目的。礦塊生產能力提高至202 t/d，采礦直接成本降低至81.05元/t，經濟效益明顯，可供同類型礦山參考借鑒。

關鍵詞：急傾斜中厚;破碎礦體;平行中深孔;分段;充填采礦法

中圖分類號：TD862文獻標志碼：A

文章編號：1001-1277（2020）07-0039-05?doi：10.11792/hj20200708

引?言

中國黃金集團石湖礦業有限公司（下稱“石湖金礦”）是一家具有采、選、冶綜合能力的國有礦山企業，于1993年3月建成投產，后經升級改造，采礦生產能力提高至300 t/d。其中，101號脈200 t/d，116號脈100 t/d，年采出礦石量9.8～11.0萬t，年產黃金達435 kg。由于101號脈承擔著主要的供礦任務，且80中段17勘探線—41勘探線101-4號礦體、101-2號礦體、101-6號礦體屬于典型的急傾斜中厚破碎礦體，開采擾動后如果不及時支護，會出現采準、切割工程難以成型或成型后發生坍塌、冒落等問題，為確保設備、人員的安全，一般均要進行高強度支護，進而增加了采礦成本[1]。因此，如何開采此類礦體，是石湖金礦面臨的首要技術難題之一。

目前，石湖金礦主要采用上向水平分層膠結充填采礦法回采急傾斜中厚破碎礦體。從采礦現場來看，由于開采過程中上盤沒有采取有效的支護措施，上盤巖石冒落嚴重，已嚴重威脅到采場內設備及人員的安全[2]。同時，上向水平分層膠結充填采礦法又存在采切比大、采礦效率低、生產成本高等問題，因此石湖金礦開展了平行中深孔落礦分段充填采礦法試驗研究。該方案不僅能很好地解決石湖金礦在急傾斜中厚破碎礦體開采中遇到的問題，而且為類似開采技術條件的金屬礦山提供了技術積累和開采經驗。

1?礦體開采技術條件

本次研究對象為101號脈80中段17勘探線—41勘探線的急傾斜中厚礦體，其中101-4-7號礦體為101號脈最大的主礦體。礦體賦存標高530～-120 m、埋藏深度121～771 m，走向長約600 m，厚度8～10 m，走向180°，傾角65°～73°。目前，180 m標高以上大部分已采空，僅剩余少量頂底柱，現保有地段主要賦存于180 m標高以下。

101號脈賦存于主或次構造破碎蝕變帶中，礦體與圍巖的界線不明顯。其中：礦體巖性為硅化巖，硬度高，靠近上盤的礦體夾雜部分綠泥石，該部分礦體不穩固，極易塌方;上盤圍巖為石英閃長玢巖，硬度較高，較穩固;下盤圍巖為片麻巖，硬度高，較穩固。礦體密度2.85 t/m3，圍巖密度2.65 t/m3，礦巖松散系數1.54。礦石無結塊現象，礦巖無自燃現象。礦體及圍巖的物理力學參數見表1。

2?平行中深孔落礦分段充填采礦法試驗

石湖金礦在使用上向水平分層膠結充填采礦法回采急傾斜中厚破碎礦體時，由于使用鏟運機出礦，需在脈外15 m布置分段運輸巷道，以方便鏟運機進出采場，大大增加了采切成本;采用淺孔崩礦和分層充填，不僅采礦效率低，影響生產計劃，而且工藝繁瑣，需要不斷對出礦穿進行挑頂壓頂。因此，針對上述問題，提出采用平行中深孔落礦分段充填采礦法進行回采，以實現安全、高效、低成本回采的目的。

2.1?采礦試驗方案

礦塊沿礦體走向布置，礦塊長50 m，礦塊寬為礦體水平厚度，礦塊垂直高度為中段高度50 m，在垂直方向上，每個中段劃分為5個分段，分段高度10 m。其中，一步采長度15 m，二步采長度35 m，一步采完成后膠結充填采空區，二步采完成后采用水砂充填采空區[3]。兩側的一步采回采至少超前中間的二步采2個分段高度。平行中深孔落礦分段充填采礦法標準方案見圖1。

2.2?采準切割工程

采準工程：首先在礦體下盤布置1條斜坡道，作為鏟運機、人員、設備、材料進入采場的主要通道[4]，然后垂直方向上間隔10 m沿礦體走向布置脈外分段巷道，斷面規格為2.4 m×2.4 m。由脈外向礦體下盤施工出礦穿脈及各分段進路揭露礦體，同時各分段底部需要全部拉開，并進行錨網支護，鑒于靠近上盤部分區域綠泥石蝕變帶垮塌，需采用注漿長錨索對上盤不穩固區域進行補強支護。在礦體下盤脈外布置溜井，斷面規格2.0 m×2.0 m。

切割工程：垂直礦體走向方向施工切割平巷揭露礦體上下盤，靠下盤沿礦體走向開鑿脈內沿脈巷道，該沿脈巷道可作為拉底層淺孔鑿巖爆破的自由面。拉底層回采結束后選擇礦巖條件相對穩固的地段開鑿切割天井，由于試驗礦段部分采場上盤存在綠泥石夾層，有冒落的風險，故可考慮在靠近下盤處布置切割天井，具體情況依據現場礦巖條件而定。

所有采準切割工程施工時都需及時進行支護，支護方式為錨桿+金屬網。采準切割工程量見表2。

2.3?采場支護

拉底層和每分段切頂層拉開后，需依次進行人工假底澆筑、下向中深孔鑿巖爆破、出礦等工作。人員和設備需在拉底層及切頂層的頂板下進行作業。為了保證采場內人員、設備安全，需對頂板及上盤進行有效支護，避免頂板冒落出礦設備被掩埋的風險。

每分段拉底（切頂）層的頂板及上下盤需采用錨桿+金屬網支護，采用水泥卷錨桿，長度2.5 m，錨桿孔徑42 mm，螺紋鋼桿體直徑18 mm。當部分水泥卷錨桿不方便施工時，可考慮采用管縫式錨桿進行支護，管縫式錨桿長2.5 m，錨桿直徑42 mm。每根錨桿安裝時需加托盤，托盤厚6 mm，尺寸為150 mm×150 mm。 金屬網采用8 mm鋼筋，網度為100 mm×100 mm。錨桿支護參數：排距0.8～1.2 m，孔距0.8～1.2 m。錨網支護后需對頂板及邊幫進行噴漿支護，濕噴混凝土厚度75 mm。

當上盤圍巖不穩固時，需在噴錨網支護的基礎上采用注漿長錨索對上盤進行加固處理。注漿長錨索的外端固定于坡面，另一端錨固在滑動面以下的穩定巖體中，通過拉拔機將錨索拉緊，加大滑移面上的法向壓力，從而產生抗滑阻力，使結構面處于壓緊狀態，從而增大抗滑阻力，以提高邊坡巖體的整體性。錨索支護時，采用抗拉強度等級1 860 MPa鋼絞線，錨索直徑為20.8 mm，采用20根鋼絞線，單根鋼絞線直徑3.3 mm，注漿管直徑25 mm，排氣管直徑15 mm，鉆孔直徑65 mm，排距3.0 m，孔口距0.5～1.0 m。注漿長錨索安裝見圖2。

2.4?鑿巖爆破

采場采用MKQJ-80架柱式潛孔鉆機鉆鑿下向平行中深孔進行落礦，孔徑80 mm，最小抵抗線1.8 m左右，孔距2.2 m，排距1.8 m。選擇下向鑿巖是因為工人在剛支護完成的切頂層進行鑿巖爆破作業，安全性可以得到保證。爆破作業完成后，采用電動遙控鏟運機進行出礦，作業人員不再進入采場。裝藥采用人工裝藥，炸藥為散裝粒狀銨油炸藥[5]，孔內連續耦合裝藥（見圖3）。試驗采場爆破設計連線見圖4。

2.5?采場通風

通風路線：新鮮風→中段運輸巷→斜坡道→分段平巷→采場聯絡巷→采場→上一分段采場聯絡巷→上中段運輸巷→回風井。采場內通風狀態不好時，需考慮加設局扇，強制通風[6]。

2.6?采場出礦

通風后，工人在采場聯絡巷通過遙控器控制電動遙控鏟運機進入采場裝礦，鏟運機裝滿礦后退回分段巷道，通過溜井聯絡巷將礦石倒入溜井，礦石經過溜井放入礦車后，經豎井提升至地表。電動遙控鏟運機斗容為2.5 m3，出礦效率為250～400 t/臺班。

2.7?充填工藝

2.7.1?充填擋墻設計

本次設計采用混凝土剛性擋墻。為了使擋墻更加牢固并且防止充填料漿泄漏，首先在擋墻兩側的圍巖中固定幾根25 mm螺紋鋼，螺紋鋼伸入圍巖1.0 m，外露0.2 m。擋墻頂部及底部分別設置橫梁與螺紋鋼焊接，兩側設置立柱與螺紋鋼焊接。橫梁與立柱采用井下廢舊鋼軌，其作用在于使圍巖與擋墻成為一體，從而加大擋墻的承受力，防止料漿側漏。擋墻的基本骨架完成后再進行混凝土擋墻的制作。混凝土剛性擋墻內部結構見圖5。混凝土的厚度根據空區的大小及擋墻尺寸決定，采用強度等級42.5普通硅酸鹽水泥，灰砂比1∶4，普通2.4 m×2.4 m擋墻的混凝土厚度取600 mm，具體厚度可根據擋墻尺寸具體設計。

井下擋墻采用鋼筋混凝土擋墻。在每分段回采結束后即可施工擋墻，施工位置為分段聯絡巷靠近采場一側。

2.7.2?采場充填

采場充填采用膠結充填和水砂充填2種方式。一步采采場采用膠結充填，灰砂比1∶4，濃度65 %～70 %，膠凝材料為膠固料[7]。利用上一分段的出礦聯絡巷進行充填，充填時預留3 m空間作為上分段采場出礦作業空間。二步采采場先水砂充填，后膠結充填澆面，要求澆面的強度達到1 MPa以上，澆面厚度0.5 m。

2.8?主要技術經濟指標

平行中深孔落礦分段充填采礦法由于采用下向中深孔鑿巖，施工精度高、裝藥方便，生產能力較上向水平分層膠結充填采礦法明顯增加;生產成本也因炸藥單耗減少和膠結充填比例減少而大幅降低;工人及設備在提前支護的拉底巷道內作業，安全性較高。但是，與此同時，中深孔爆破容易導致采場邊幫不穩固，很難進行特別維護，礦石貧化率相對較高。2種采礦方法的主要技術經濟指標對比見表3。

由表3可知，平行中深孔落礦分段充填采礦法相對原采礦方法采礦直接成本降低了5.32元/t。目前，石湖金礦101號脈急傾斜中厚礦體開采年供礦量12萬t左右，儲量約136萬t，金金屬量約5.5 t，采用平行中深孔落礦分段充填采礦法開采，預計每年可為礦山節約成本約63.84萬元，共新增效益約440.00萬元。在為礦山創造效益及節約成本的同時，通過新的采礦工藝實施，采場內人員及設備安全性大大提高。這為礦山均衡發展提供技術支撐，同時對于礦山生產作業安全，以及企業和諧發展與和諧社會建設具有重大的現實意義。

3?結?論

1）針對石湖金礦急傾斜中厚礦體開采存在的技術問題，提出了平行中深孔落礦分段充填采礦法。該方案不僅減小了采切工程量，而且通過對采場頂板和上盤進行支護，保障了工人和設備作業安全，同時采用電動遙控鏟運機進行出礦，成功解決了工人在暴露面下長時間作業、回采效率低、生產成本高等問題。

2）由主要技術經濟指標可以看出，平行中深孔落礦分段充填采礦法在提高生產效率、降低生產成本上的優勢比較明顯，其采場綜合生產能力202 t/d，采礦直接成本相對原采礦方法降低了6 %左右，為礦山帶來了較大的經濟效益。

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