某金屬礦山緩傾斜厚大礦體采礦方案探討

孫瑞明，李冬雪

(中核北方鈾業(yè)有限公司，遼寧 葫蘆島市 125000)

國內(nèi)外緩傾斜厚礦體可空場法、崩落法和充填法進行開采，各有優(yōu)缺點。某金屬礦山為露天?地下聯(lián)合開采，崩落法崩落圍巖會嚴重影響露天采礦，對地表環(huán)境造成嚴重破壞，故不宜采用崩落法。適用于該礦山的空場法有房柱法和分段空場法，若采用這2 種采礦方法進行回采，會留下大量的空區(qū)，如果不及時處理采空區(qū)，存在很大的冒落垮塌風險，嚴重影響地采和露采的安全生產(chǎn)。為及時處理采空區(qū)，防止空區(qū)冒落塌陷，可以采用嗣后充填的方式來處理空場法回采留下的大量采空區(qū)。因此，采用空場法+嗣后充填的方法進行分析研究。

1 采礦方法方案

根據(jù)該礦山礦體賦存情況以及礦山工程實際情況，提出了3 種技術(shù)上可行的采礦方案：垂直走向分段空場采礦方法；沿走向分段空場采礦方法；盤區(qū)上向分層充填采礦方法。

1.1 方案一：垂直走向分段空場采礦方法

1.1.1 礦塊布置及采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

垂直礦體走向方向布置采場，盤區(qū)寬度90 m，每個盤區(qū)分為6 個采場，由3 個一步驟采場和3 個二步驟采場組成，采場寬均為15 m，采場長為礦體厚度。沿礦體走向布置，隔一采一，待一步驟回采完后進行嗣后膠結(jié)充填，待兩側(cè)一步驟采場充填完，并養(yǎng)護充填體一段時間后（30～90 d），進入二步驟采場采準切割和回采，待二步驟采場回采完成進行嗣后充填。每步驟回采時，采用分段中深孔鑿巖落礦，階段高度50 m，階段之間布置兩個分段，一分段為出礦分段高13 m，二分段高20 m，各分段崩下礦石主要集中于一分段塹溝底部結(jié)構(gòu)出礦，部分礦石在各分段端部出礦。該采礦方案見圖1。

圖1 垂直走向分段空場采礦方法

1.1.2 采準切割工程

采用脈外階段運輸巷道（3.5 m×3.0 m）和垂直礦體的穿脈出礦巷道（3.5 m×3.0 m）構(gòu)成礦塊的聯(lián)合采準方式。脈外階段運輸巷布置在礦體下盤，并且沿走向布置，每隔30 m 布置1 條穿脈。每個盤區(qū)于礦體下盤掘出礦溜井。相鄰的第一步驟和第二步驟采場共1 條出礦穿脈。各個分段施工鑿巖巷道分段掘進出礦巷道和裝礦進路，裝礦進路間距10 m，與出礦巷道交角60°。

采用YGZ?90 型鑿巖鉆機在切割平巷內(nèi)向上打平行中深孔，采用分段爆破的形式，以切割天井為自由面和爆破指向形成切割槽。采場最上分段掘1條充填小井連接上部上中段平巷。根據(jù)巖體穩(wěn)固情況，采切井巷工程一般不用支護，局部不穩(wěn)固地段可用錨桿支護、錨桿金屬網(wǎng)支護或噴錨網(wǎng)支護。

1.1.3 回采工藝

采用YGZ?90 型鑿巖鉆機在各分段鑿巖巷打上向扇形中深孔，排距1.2 m，孔底距2～2.5 m，孔徑Φ80 mm，炮孔鑿?fù)旰螅诳變?nèi)裝填2#巖石炸藥，向切割槽依次分段爆破崩礦。采用交替式崩礦形式，上分段超前下分段，形成正臺階。每排炮孔之間用普通毫秒導(dǎo)爆管雷管進行分段微差爆破。

崩下礦石在一分段水平用鏟運機出礦，鏟運機通過運輸巷道、出礦巷道、進入裝礦進路鏟礦后，將礦石倒入出礦溜井。部分礦石在各個分段的端部出礦，下溜至下一中段后集中裝運。

1.1.4 采場通風

新鮮風路線為：各中段→斜坡道或?qū)Ｓ猛L井→各分段→鑿巖巷→聯(lián)絡(luò)巷→作業(yè)面；污風路線為：工作面→采空區(qū)→上階段充填井或充填平巷→上階段回風平巷。大長度采場必要時可用局部通風機加強通風。

1.1.5 充填

采用分級尾砂嗣后膠結(jié)充填。充填前，先在出礦聯(lián)絡(luò)道、分段鑿巖巷出入口等各采空區(qū)通道布置充填隔墻，在隔墻外布置1 條脫水管。通道口用封閉墻進行封閉，封閉墻可采用混凝土墻、磚墻或木板墻，封閉墻必須具有較好的濾水功能。

從上中段布置充填管道，采用分層充填的方式，一次充填高度2～3 m，待下一分層養(yǎng)護一段時間后進行上一分層充填作業(yè)，交替充填，直至采場充填完畢。

一步驟充填灰砂比一般為1:8～1:10，二步驟充填底部10 m，灰砂比為1:8～1:10，10 m 高度以上部分可采用分級尾砂非膠結(jié)充填或部分廢石充填。

1.2 方案二：沿走向分段空場采礦方法

1.2.1 礦塊布置及采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

采場沿走向布置，采場寬度為礦體厚度，盤區(qū)寬度為90 m，中段高度為50 m；沿礦體走向方向?qū)⒉蓤鰟澐譃?～3 個采區(qū)，每個采區(qū)的長度為30～45 m。另外，采場在中段高度上共分為4 個分段，自下而上分段標高依次為一分段、二分段、三分段和四分段，本方案增設(shè)二分段和四分段2 個分段鑿巖水平。該采礦方案見圖2。

圖2 沿走向分段空場采礦方法

1.2.2 采準切割工程

首先在礦體下盤掘進斜坡道連接各個分段水平，目前，一分段水平和三分段水平已形成下盤脈外沿脈運輸巷和出礦系統(tǒng)。二分段和四分段只有分段鑿巖巷道，該兩個分段落礦礦石通過斗頸下溜至一分段水平和三分段水平，并在一分段水平和三分段水平掘斗穿至斗頸，鏟運機通過斗穿鏟斗頸中礦石出礦。

在上一分段水平沿礦體走向掘進脈內(nèi)沿脈平巷，用作充填和通風等。在一分段水平和二分段水平掘切割平巷和切割天井，一分段水平切割槽貫通至二分段水平，一分段水平切割槽貫通至上一分段水平，其他分段不再設(shè)切割天井和切割平巷。

1.2.3 回采工藝

采用YGZ?90 型鑿巖鉆機在各分段鑿巖巷打上向扇形中深孔，排距1.2 m，孔底距2～2.5 m，孔徑Φ80 mm。炮孔鑿?fù)旰螅蚺诳變?nèi)裝填2#巖石炸藥，向切割槽依次分段爆破崩礦。采用交替式崩礦形式，上分段超前下分段，形成正臺階；崩下礦石在一分段和二分段兩個水平采用鏟運機出礦，鏟運機通過裝礦巷道、下盤沿脈巷后，將礦石倒入溜井。

1.2.4 采場通風

新鮮風路線為：各中段→斜坡道或?qū)Ｓ猛L井→各分段→鑿巖巷→聯(lián)絡(luò)巷→作業(yè)面；污風路線為：工作面→采空區(qū)→上階段充填井或充填平巷→上階段回風平巷。大長度采場必要時可用局部通風機加強通風。

1.2.5 充填

采用分級尾砂嗣后膠結(jié)充填，充填前，在出礦聯(lián)絡(luò)道、分段鑿巖巷出入口等各采空區(qū)通道布置充填隔墻，并在隔墻外布置一條脫水管。通道口用封閉墻進行封閉，封閉墻可采用混凝土墻、磚墻或木板墻，封閉墻必須具有較好的濾水功能。采取分次充填，應(yīng)盡可能做到充填接頂。

1.3 方案三：盤區(qū)上向分層充填采礦方法

1.3.1 礦塊布置及采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

采場布置沿走向布置，中段高度為50 m，盤區(qū)寬度為90 m，采場寬度為礦體厚度；因礦山已經(jīng)在一分段和二分段形成開拓系統(tǒng)工程和采切工程。本方案以一分段和二分段為基礎(chǔ)進行采場布置。該采礦方案見圖3。

圖3 盤區(qū)上向分層充填采礦方法

1.3.2 采準切割工程

首先從一分段和二分段沿脈巷道向采場的兩翼分別掘采場聯(lián)絡(luò)道至采場，沿礦體走向布置采場；在一分段采場內(nèi)掘通風充填井與二分段聯(lián)絡(luò)巷道連接，再從二分段采場內(nèi)掘通風充填井與上一分段穿脈巷道貫通。

拉底布置在一分段礦體內(nèi)，首先從采場一側(cè)的聯(lián)絡(luò)道掘進拉底巷道，然后與另一側(cè)的聯(lián)絡(luò)道貫通，在拉底平巷和聯(lián)絡(luò)道內(nèi)擴幫拉底至采場邊界，拉底高度為3.5 m。拉底巷道施工完成后，在底部澆灌0.5 m 厚鋼筋混凝土，作為假底，以便下部礦石回采。

1.3.3 回采工藝

從拉底層開始向上分層回采、分層充填，采場內(nèi)分兩翼成階梯式上升，在礦巖條件允許時可兩翼平行上升。用鑿巖臺車鑿淺眼落礦：

（1）在保持空間高度約3 m 時（根據(jù)鑿巖臺車要求的高度），向上鑿上向平行淺眼落礦，后退式回采，回采高度2.5～3.0 m，出礦后最大空頂高度5.5～6.0 m，充填高度2.5～3.0 m，充填后空頂高度3.0 m，充填完后采上一分層，依次循環(huán)；

（2）充填后的空頂高度1.5 m，從聯(lián)絡(luò)道開始鑿水平淺眼落礦，前進式回采，回采高度4～4.5 m，出礦后的最大空頂高度5.5～6.0 m，分層充填高度4～4.5 m，留1.5 m 不接頂；

（3）鑿巖炮孔可以矩形或梅花形布置，炮孔排與排之間、孔與孔之間采用分段爆破。

崩下礦石用鏟運機出礦，出礦前進行頂板處理，對礦堆灑水降塵。

1.3.4 采場通風

采場通風風流：階段運輸巷→斜坡道→分段沿脈平巷→聯(lián)絡(luò)道→采場→通風充填井→上階段運輸巷；在獨頭掘進或局部通風不暢時，采用局部通風機+風筒的局部通風。

1.3.5 充填

每分層回采完成后進行分層充填，充填前將進入采場的聯(lián)絡(luò)道挑頂至相應(yīng)的充填高度，聯(lián)絡(luò)道挑頂時多余的廢石用鏟運機推入采場內(nèi)作為充填料；加高濾水井，設(shè)置濾水擋墻等，充填前的裝備工作完成后從上部充填井引入充填管進行分級尾砂充填，每分層充填的下部采用非膠結(jié)充填，最上部0.5 m 進行澆面充填，即澆面用分級尾砂膠結(jié)充填，灰砂比1:6。

2 采礦方案比較

對上述3 個采礦方案的優(yōu)缺點進行比較分析，見表1 和表2。

表1 各方案的優(yōu)缺點比較

表2 各方案主要技術(shù)經(jīng)濟指標對比

3 結(jié)論

（1）該礦山為露天?地下聯(lián)合開采，地下開采必須兼顧露天開采的安全性，故地下開采必須采用比較安全的充填采礦法。因此，提出了3 種采礦方案。綜合對比分析了3 種方案的技術(shù)經(jīng)濟指標，得出3 個方案的優(yōu)劣順序為：方案二（沿走向分段空場采礦方法）＞方案一（垂直走向分段空場采礦方法）＞方案三（盤區(qū)上向分層充填采礦方法）。

（2）方案二為礦山首選方案，但在某些特殊條件下，方案一比方案二更有優(yōu)勢，故方案一為備選采礦方案，實際使用中應(yīng)結(jié)合礦巖及現(xiàn)場具體情況靈活選擇。

（3）采場的底部結(jié)構(gòu)很大程度上影響著采礦效率、勞動生產(chǎn)率、采準工程量、貧化損失率以及出礦生產(chǎn)安全等，需要結(jié)合礦體的賦存條件對底部結(jié)構(gòu)的布置方式進一步優(yōu)化。

（4）空場法嗣后充填必須保證充填體強度和接頂率，以確保下一步回采作業(yè)安全。