金青頂礦區急傾斜破碎礦體下向進路充填采礦法的優化與應用

李施慶 李洪浦 刁子航 王靖丹

摘要：隨著采深增加，金青頂礦區采用的高水固結尾砂下向進路充填采礦法存在采礦效率低，回采安全性差，礦石質量管理困難，工人勞動強度大等問題。根據礦區急傾斜破碎礦體開采技術條件，開展了采礦方法及實施工藝優化試驗研究，最終確定了C料尾砂下向進路充填采礦法為最佳方案，并且在現場工業試驗中取得了采礦損失率4.43 %，礦石貧化率3.52 %，單個采場生產能力56.6 t/d的良好技術經濟指標。

關鍵詞：急傾斜;破碎礦體;下向進路;充填采礦法;人工假頂;C料膠結充填

中圖分類號：TD853.34文章編號：1001-1277（2021）11-0044-05

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20211108

下向進路充填采礦法因其回采作業安全性高、支護工作量小等優點被廣泛應用于復雜破碎礦體開采[1-4]。山東金洲礦業集團有限公司金青頂礦區（下稱“金青頂礦區”）位于山東省乳山市下初鎮，主礦體受斷裂蝕變帶控制，礦巖極破碎，并且在斷層泥的影響下導致圍巖極易脫落，穩固性極差。礦區采用高水固結尾砂下向進路充填采礦法，電耙出礦，效率較低;同時，受膠結材料及充填工藝等的影響，充填體存在強度低、接頂效果差，與鋼筋網膠結效果差等問題。基于此，亟需對礦區急傾斜破碎礦體采礦方法和施工工藝進行優化，以達到礦山精細化、低貧損、安全高效開采的目標，從而提高礦山經濟效益，延長礦山服務年限。

1工程概況

金青頂礦區-590 m-1#盤區位于-590 m中段1勘探線—4勘探線，該盤區沿礦體走向劃分為3個采區，地質礦量102 896 t，金品位5.37 g/t，金金屬量552.55 kg。礦體大致形態為板狀，走向30°，平均傾角60°，平均厚度7 m。由于礦體賦存于構造蝕變帶內，導致礦體上下盤圍巖結構不穩定，巖石極破碎，并且存在隱性三角節理。針對礦區內急傾斜破碎礦體，該礦山一直采用高水固結尾砂下向進路充填采礦法（見圖1）進行回采，該方法能有效減小頂板暴露面積，提高作業安全性，同時，回采進路布置靈活，易于實現探采結合。

高水固結尾砂下向進路充填采礦法采場長50 m，寬度為礦體水平厚度，中段高40 m，分層高3.4 m，進路寬3.0 m。采切工程采用下盤人行溜井加分層道布置，YT-27型氣腿式鑿巖機鑿巖，電耙裝巖機聯合出礦，高水材料充填。礦石貧化率15.00 %，采礦損失率8.00 %，采場生產能力30.0 t/d。根據礦區長期的實踐經驗，該采礦方法逐步暴露出以下問題：

1）電耙出礦，工人勞動強度大，生產能力低。

2）礦房只有1條溜井，礦石質量管理困難，采礦損失貧化大。

3）高水充填成本高，充填體后期易風化、碳化，最終強度不高、安全性差。

4）力學穩定性未知，構筑工藝有待優化。

2采礦方案優化

針對上述工程概況，結合金青頂礦區急傾斜破碎礦體開采技術條件與采礦方案選擇原則[5-7]，初步選擇2種適合于礦區實際情況的開采方案：方案一，C料尾砂下向進路充填采礦法（見圖2）;方案二，人工假頂下向交錯分段充填采礦法（見圖3）。

C料尾砂下向進路充填采礦法采用自上而下在人工假頂保護下分層回采礦體，進路回采屬于掘進式回采，全進路斷面爆破，鏟運機經分層聯絡道出礦，待上分層回采完并充填結束后再回采下一分層。人工假頂下向交錯分段充填采礦法采用后退式回采，先回采上分段礦房，回采結束后立即充填，待強度達標后開始回采下分段礦房，回采結束后通過上分段脈外出礦橫巷立即充填，最后對上分段礦柱和下分段礦柱進行回采。詳細分析了2種采礦方法的優缺點和技術經濟指標，結果見表1。

從表1可以看出：人工假頂下向交錯分段充填采礦法回采時具有較大自由面及補償空間，回采強度較高，但隨著回采作業的進行，所暴露的頂板面積越來越大，產生的回采安全隱患也越來越大，從而增加了支護工作量和費用，同時為了保證礦房的穩定性，階段需留有頂柱，造成貴重金屬礦石的損失。而C料尾砂下向進路充填采礦法可有效降低回采暴露面積，減少支護工作量，且人員在人工假頂下作業安全性高，采礦損失貧化低，故選擇C料尾砂下向進路充填采礦法作為金青頂礦區急傾斜破碎礦體的最佳回采方案。

3工業試驗

3.1盤區及采場結構參數

工業試驗地點為-590 m-1#盤區，根據優選結果，采用C料尾砂下向進路充填采礦法回采金青頂礦區急傾斜破碎礦體。盤區沿礦體走向劃分為3個采場，采場長為25 m，寬為礦體水平厚度，中段高40 m，首采層結束后及時構筑人工假底，然后自上而下在上分層假底的保護下依次回采。首采層從上中段探礦穿開始回采，高2.5 m，寬2.5 m，當礦體極破碎時可適當縮小進路長度和寬度，從第二分層開始進路寬度改為3.0 m，高度改為3.4 m。

3.2采切工程布置

采用下盤脈外斜坡道加分段巷采準方式，自斜坡道垂直于礦體在-559.492 m、-569.683 m、-579.872 m水平分別掘進各分段聯絡巷，分段運輸巷沿礦體走向平行布置于礦體下盤，斷面3.1 m×2.7 m，分段運輸巷與斜坡道之間通過分段聯絡巷相連，從各分段運輸巷以不同坡度垂直于礦體掘進采場聯絡巷與采場連通。采準切割工程量見表2。

3.3回采工藝

1）回采順序。采場自上而下順序回采，單條分段運輸巷服務3個分層：第一分層由分段運輸巷上掘聯絡巷至礦體，第二分層由分段運輸巷水平掘進聯絡巷至礦體，第三分層由分段運輸巷下掘聯絡巷至礦體。盤區內出礦、支護、充填等工序在時間上可以互相錯開，確保出礦量的穩定。

2）鑿巖爆破。采用單臂式鑿巖臺車鑿巖，乳化炸藥進行爆破。針對下盤三角礦體改用7655手動式鑿巖機進行局部回采。

3）采場通風。新鮮風流由新豎井→5勘探線主運巷→斜坡道→分段聯巷→分段運輸巷→分層聯巷→采場，新鮮風流清洗采場后，污風由2.5勘探線脈外通風天井排至-590 m中段的0.5勘探線回風系統。由于采場沿脈進路回采，獨頭掘進，因此必須輔以局扇強制通風。

4）采場支護。下向采場回采是在上分層的假底下作業，安全性較好，一般不支護。若遇到頂板質量較差的情況可采用木架或錨桿+金屬網進行臨時支護。

5）采場出礦。礦石通過1 m3柴油鏟運機鏟裝至礦石溜井，經溜井進入-590 m中段，由電機車牽引外運。

6）采場充填。金青頂礦區早期采用高水材料進行充填，該材料具有早期強度高、不需脫水、無毒害的優點，但由于高水充填體中自由水、吸附水含量較高，后期流失或蒸發易造成充填體風化或碳化，導致強度下降，同時，高水固結充填體與鋼筋間黏結強度低，易形成弱面和應力集中，也會直接影響充填體的整體穩定性。優化后的采礦方法以C料作為膠凝材料，全尾砂作為充填骨料，料漿濃度為68 %～72 %，由-550 m中段主充填管路接至-550 m中段2.5勘探線充填管路井，然后充入采場，經過規定時間的脫水、養護后達到一定強度，不僅能降低充填成本，還能更好地保障采場穩定性。

各采場在出礦完畢后鋪設人工假底，厚度為1.6 m。 人工假底鋼筋網按0.36 m×0.36 m的網度構筑，橫向鋼筋外端預留0.25～0.30 m鋼筋鉤，與相鄰進路鋼筋焊接，緊鄰上下盤進路要在巖幫上安裝錨桿，與鋼筋網焊接，形成完整的人工假底，確保下分層進路回采安全。普通充填采用C料（灰砂比1∶10）充填料漿直接進行接頂充填，待充填體養護結束后即可回采相鄰進路。

3.4主要技術經濟指標

C料尾砂下向進路充填采礦法采用盤區多進路交替式回采布置;采用下盤脈外斜坡道、分段運輸巷、分層聯絡巷及脈外出礦溜井的無軌采準系統;采用無軌設備鑿巖、出礦;構筑C料尾砂鋼筋網人工假頂護頂，極大地提高了礦區機械化水平，降低了工人勞動強度，同時也保證了作業環境的安全性。

通過對-590 m-1#盤區進行C料尾砂下向進路充填采礦法工業試驗，最終取得了良好的技術經濟指標，與高水固結尾砂下向進路充填采礦法主要技術經濟指標對比情況見表3。由表3可知，C料尾砂下向進路充填采礦法較高水固結尾砂下向進路充填采礦法具有生產能力高，采礦損失貧化低等優點，并且能夠保證回采作業的安全性，達到金青頂礦區安全高效生產的目標。

4結論

1）針對金青頂礦區采用高水固結尾砂下向進路充填采礦法回采存在的不足，通過方案對比優選出C料尾砂下向進路充填采礦法作為礦區急傾斜破碎礦體開采的最佳方案。

2）現場工業試驗結果表明，C料尾砂下向進路充填采礦法能保證作業采場的穩定性，確保礦石安全高效回采，并且較高水固結尾砂下向進路充填采礦法生產能力大幅提高，采礦損失貧化顯著降低，可為急傾斜破碎礦體開采提供參考借鑒。

[參 考 文 獻]

[1]張天賓，袁洪臣.我國黃金礦山下向膠結充填采礦法的技術進步研究[J].世界有色金屬，2019（20）：83，85.

[2]周述峰，公培森，宋恩祥，等.下向進路充填采礦法在嵩縣山金的應用[J].黃金，2020，41（5）：36-39.

[3]李湘洋，宋衛東，楊勇，等.焦家金礦下向進路充填采礦法人工假頂優化設計及應用[J].黃金，2020，41（1）：30-33.

[4]黃丹，鄭志杰，崔松.下向進路充填采礦法人工假頂強度及配筋參數研究[J].現代礦業，2019，35（9）：43-46，55.

[5]隋永樂，姜建君，孫曉明.關于金礦采礦方法的優化選擇思考[J].世界有色金屬，2021（4）：36-37.

[6]曹龍.金礦井下采礦技術及方法的選擇[J].世界有色金屬，2020（2）：40-41.

[7]劉廣瀧，李學良.關于金礦采礦方法的優化選擇思考[J].山東工業技術，2018（7）：93.

Optimization and application of downward approach filling mining method

for steeply inclined broken orebody in Jinqingding Mining DistrictLi Shiqing，Li Hongpu，Diao Zihang，Wang Jingdan

（Shandong Jinzhou Mining Group Co.，Ltd.）

Abstract：With increasing mining depth，the highwater tailings solidification downward filling mining method used in the Jinqingding Mining District becomes poor in mining efficiency and safety，leads to difficulty of ore management and high labour intensity.Based on the technical conditions of steeply inclined broken orebodies of the district，experimental research on the optimization of mining methods and construction process was conducted.The C material tailings downward approach filling mining method was decided as the optimal scheme，and has achieved good technical and economic indexes in field industrial test，include mining loss rate 4.43 %，mining dilution rate 3.52 %，single stope capacity 56.6 t/d.

Keywords：steeply inclined;broken orebody;downward approach;filling mining method;artificial false roof;C material cementation filling

收稿日期：2021-06-18; 修回日期：2021-09-17

基金項目：國家自然科學基金項目（51974043，51774058）

作者簡介：李施慶（1979—），男，山東萊州人，工程師，從事采礦及管理等工作;山東省乳山市下初鎮南東莊，山東金洲礦業集團有限公司，264500;Email：2980389205@qq.com