急傾斜薄礦脈中深孔采礦技術研究

龍 躍，丁家鐸

（江西銅業集團銀山礦業有限責任公司，江西 德興334200）

銀山礦井下采用留礦法回采急傾斜薄礦脈時，不僅因超采圍巖造成礦石貧化，而且由于圍巖性質軟弱，極易片幫、冒落，影響回采作業安全和資源回收率。雖然可以通過加強關鍵點位支護，優化采場結構參數、回采順序、出礦制度等措施在一定程度上改善留礦法安全回采條件，但并不能從根本上解決留礦法開采存在的生產能力低，工人長時間暴露在頂板下作業，安全性差；作業循環多，作業時間長，難以實現機械化；積壓大量礦石，存窿礦易結死，造成礦石損失等頑疾，其作業安全性及回采經濟性改善空間有限，有必要對采礦方法進行優化，探討改用分段空場法的可能性，以徹底解決銀山礦軟弱巖層條件下極薄至薄礦脈開采面臨的技術、經濟和安全難題[1]。

1 分段空場采礦法基本特點

當礦體脈幅在小于6m，在礦體下盤圍巖中掘進脈外運輸巷道，采場沿礦體走向布置，豎直方向每15m在礦體內布置分段鑿巖巷道，鑿巖設備在分段鑿巖巷道內施工上向平行中深孔對礦體進行回采，底部結構為平底結構，鏟運機在出礦進路出礦。這種方法即為分段空場采礦法在急傾斜薄礦脈中的應用。

2 薄礦脈分段空場采礦法的可行性分析

2.1 開采范圍及開采技術條件

開采范圍：由于受穿孔設備限制，暫對銅采區進行試驗研究。銅采區主要位于九區、西山區及銀山西區。該區域工程地質條件中等，礦體及其頂板巖體均屬半堅硬至堅硬完整穩固型巖層，礦區斷層結構面屬禁閉型，破碎帶經蝕變膠結，對礦床開采無較大影響。礦區自然水文地質條件屬簡單型。

按8000t技改工程設計中薄礦脈礦量占比約7%，根據最新地質資料顯示薄礦脈礦量占比將達到15%以上。針對九區、西山區和銀山西區銅硫金礦帶，當礦體厚度小于6m，傾角大于65°；礦體及其頂板巖體均屬半堅硬至堅硬完整穩固型巖層；采場地質品位較高，礦石貧化后，仍可達到設計出礦品位的礦體進行開采。

九區位于礦區中部，礦體主要賦存于3#英安斑巖體南北外接觸帶及巖體兩側爆破角礫巖、千枚巖、蝕變石英閃長巖及石英斑巖內。走向近東西向、傾向南，傾角72°～88°，礦體厚度為1m～67m，，垂深超過1000m。

西山區位于西山火山口北東—南東接觸帶附近，礦體賦存于千枚巖內，礦體平均走向20°，傾向北西，傾角73°～89°，深部傾角變緩。銅硫金礦體厚度多為2.00m～46.00m，最大厚度83.26m，垂深超過700m。

銀山西區位于西山火山口東側1#英安斑巖體內弧接觸帶外側，礦脈走向北西西、傾向南南西，傾角65°～80°，為陡傾斜礦脈。礦脈延長50m～150m，最大延長210m，傾斜延深200m～500m，最大至600m，礦脈厚度一般較大，多在5.00m～15.00m之間，垂深超過650m。

2.2 初步技術經濟分析

根據礦體的賦存條件及礦巖穩固性，九區、西山區、銀山西區銅硫金礦體均屬于急傾斜薄至中厚礦體，穩固性屬中等穩固到穩固，礦石品位低，由于露天和地下同時開采方案，地表不允許塌陷。不適合充填法和崩落法，適合開采技術條件的采礦方法為空場法，針對薄礦體，淺孔留礦法和分段空場法技術上是可行的。

現用的淺孔留礦法在銀山井下一直沿用至今，相對技術更加成熟，但是仍然存在諸多的缺點。淺孔留礦法與分段空場法方案在技術、經濟和環境的綜合對比分析如表1所示。

從表1對比中可以看出，分段空場法由于機械程度高，回采周期大大降低，減少了因存窿結死而損失的礦石量；人員在鑿巖巷道內作業，安全性大大提高，但由于圍巖性質較為軟弱，采幅不易控制，廢石混入造成貧化率增大，但可以通過改善爆破參數等措施得到一定的控制，該采礦法較之留礦法存在更大的改進空間，因此，對于銀山井下薄礦脈，采用分段空場法具有顯著的安全效益和經濟效益。

表1 淺孔留礦法與分段空場法方案對比

2.3 綜合技術經濟分析

雖然現階段銀山礦淺孔留礦法工藝成熟簡單，工人熟練操作，但是，采場冒頂片幫嚴重，平場工作繁重，人員作業環境差，勞動強度大，安全性差；機械化程度低，礦石損失大。采用分段空場法，不僅采場作業安全環保；機械化程度高，回采效率高，采礦場采礦周期較短，礦石回收率高，采用分段空場法具有如下優勢：

（1）采場內無需留礦，有效避免了存窿結死造成的礦石損失，回收率較高。

（2）采礦周期較短，回采效率遠遠高于現有淺孔留礦法，在采礦效益對等的情況下，采礦周期的縮短將大大減少其他成本的投入。

（3）人員僅需在分段平巷內作業，無需長時間暴露在采礦場頂板下，大大提高了作業安全。

兩種采礦方法在技術指標對比見表2，從經濟技術分析而言，分段空場采礦法在銀山井下的推廣具有可行性。

表2 采礦方法技術指標對比

3 礦塊布置與采場結構參數

根據銀山礦現階段部分高品位主脈礦體的形態分布和變化規律，進行了針對急傾斜薄礦脈的分段空場采礦法設計。礦塊沿礦體走向布置，長度為100m，寬為2m，階段高度50m，沿垂直方向劃分為3個分段，分段高度15m～20m，間柱6m，頂柱高5m。

4 采準與切割

4.1 采準工程布置

4.1.1 脈外出礦巷道

在礦體下盤圍巖中沿礦體走向布置脈外運輸巷道規格為3.7m×3.7m，通過出礦進路與底部分段巷道聯通，服務于回采過程中的礦石運輸[2,3]。

4.1.2 分段巷道

分段巷道布置在礦體內，沿礦體走向布置，巷道規格為3.7m×3.7m，通過施工分段巷道將礦塊劃分為各個分層，并于各個分層分段巷道內進行鑿巖作業對礦體進行回采，機械設備通過采區斜坡道進入各個分段鑿巖巷。

4.1.3 回風巷道

回風巷道布置在礦塊上部，巷道規格為3.0m×2.9m，回采階段作為回風巷道，礦塊回采結束后作為巷道使用。

4.2 切割工程

分段空場切割工程包括底部出礦結構工程及每分層的切割槽（薄礦脈中施工切割天井即可）工程。

（1）出礦進路。出礦進路布置在礦體下部，與礦體走向呈60°，為滿足運輸、通風要求，設計斷面規格為3.0m×2.9m。

（2）切割天井。在礦塊中布置脈內切割天井通至上部中段，為初步回采作業提供補償空間，兼做探礦以及采礦時通風，設計斷面規格為2.0m×1.5m。

5 回采工藝

回采作業順序：落礦→出礦→裝藥→落礦；在分段分段巷道與切割槽形成后由切割槽后退式回采，為保障作業安全以及礦石能集中于一分段作業面附近，各分段間應同時后退并形成下向階梯式工作面，即上部分段超前爆破2排炮孔。如圖所示。

表3 薄礦脈分段空場采礦法礦塊采切比表

圖1 回采順序示意圖

5.1 鑿巖爆破

分段巷施工后，采用311鑿巖臺車、向上穿垂直孔，孔徑φ=76mm，孔深10m～14m，排距1.5m，邊孔距礦巖分界線0.1m，最小抵抗線W=1.5m，如圖所示。爆破采用粒狀乳化銨油炸藥，用裝藥車裝藥，將炸藥送入炮孔，堵塞長度1.8m，穿孔完畢后以切割井為自由面進行爆破。爆破為分層爆破，上部分層超前爆破2排炮孔，各分層同時爆破。

表4 薄礦脈分段空場采礦法標準礦塊礦量分配表

5.2 通風

分段空場采礦法的通風方式簡單。從各分段脈外主運輸巷道→分段巷道→沖刷采場（污風）→回風巷道。

5.3 支護

采場一般不需支護，分段巷道服務年限長，噴錨支護為主，部分特別破碎地段采用錨網噴聯合支護措施。

5.4 出礦

爆破后礦石通過各分段巷道或底部出礦進路由鏟運機出至溜井（上部分層形成裝藥作業空間即可），由最底部分層集中出礦。各分段同時落礦，按計劃放空采場內礦石，減少二次貧化。

6 主要技術經濟指標

分段空場法標準采場主要經濟技術指標如表5所示。

表5 分段空場法標準采場主要技術經濟指標

7 結語

根據銀山礦九區、西山區、銀山西區銅硫金礦體的賦存條件及礦巖穩固性，結合銀山礦井下采礦現狀。對于連續性較好的急傾斜薄礦脈（小于6m），地質品位較高的礦體。通過綜合技術經濟比較，薄礦脈分段空場法在銀山井下的推廣具有可行性。能解決銀山礦極薄至薄礦脈開采面臨技術、經濟和安全難題。

相對于淺孔留礦法，分段空場法具有機械化程度高，回采效率高；工人勞動強度低，通風條件好，人員鑿巖巷道作業，無需長時間暴露在采礦場頂板下鑿巖，無需平場，大大提高了作業安全性；坑木消耗少，礦石回收率大大提高，綜合經濟效益能提高約1%。

但由于圍巖性質較為軟弱，采幅不易控制，廢石混入造成貧化率增大，但可以通過改善爆破參數等措施得到一定的控制，該采礦法較之留礦法存在更大的改進空間，因此，對于銀山井下薄礦脈，采用分段空場法具有顯著的安全效益和經濟效益。