中深孔階段礦房采礦法在急傾斜薄礦體中的應用

孟慶學,宋德林,李朝民

摘要：包頭鑫達公司西柏樹礦區24#脈為上盤破碎的急傾斜薄礦體，針對其采用淺孔留礦采礦法開采時存在的安全性能差、生產能力低、采礦損失貧化高等問題，開展了中深孔階段礦房采礦法試驗研究，并對礦體上盤采用預先加固的方法解決了上盤破碎導致的安全問題。詳細闡述了采準切割工程布置、鑿巖爆破、出礦等回采工藝，并進行了現場工業試驗。試驗結果表明：采用中深孔階段礦房采礦法并對上盤預先加固，工序集中，有效減少了人員在采場內作業時間，人員勞動量小，取得了單班出礦能力240 t/d，采礦損失率9 %，礦石貧化率7 %的技術經濟指標，效果較好，可為類似礦山提供參考。

關鍵詞：破碎礦體;急傾斜薄礦體;階段礦房法;中深孔;上盤加固

中圖分類號：TD853.34文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2022）03-0036-04doi：10.11792/hj20220308

引 言

急傾斜薄礦體在黃金礦床開采中占有較大比重，目前大多采用淺孔留礦采礦法開采。礦體厚度小，開采時作業空間狹小，勞動效率低;采用淺孔鑿巖，每次回采高度有限，分層較多，采切工程量大;工作人員長期在空場下作業，安全性較差。若上盤破碎，安全性將更差，出礦時上盤廢石混入，采礦損失貧化也將會增大。為了更加安全高效地回采該類礦體，相關礦山及人員進行了大量探索。金廠溝梁金礦18#脈屬急傾斜薄礦體，經過技術經濟比較，優選深孔爆破的無底柱分段崩落采礦法進行開采[1]。石良[2]采用深孔（中深孔）階段礦房采礦法對新疆某鐵礦平均厚度5.58 m、傾角60°～70°的急傾斜薄礦體進行開采，取得了較好的經濟效益。孫新博等[3]針對高寒高海拔地區急傾斜薄礦體特殊的開采條件，選用中深孔機械化廢石充填采礦法并進行了應用研究，克服了高原地區工作環境惡劣、工作效率低等缺點，提高了開采的安全性，有效減少了礦石的損失。顧天勝[4]探究了中深孔機械化采礦法在急傾斜薄礦體中的應用，綜合經濟效益遠好于傳統淺孔留礦采礦法，獲得了良好的應用效果。玲瓏金礦采用分段落礦階段礦房采礦法對上盤破碎的中厚礦體進行開采[5]。張金榜[6]給出了采礦結構布置和炮孔孔網參數設計，解決了深孔（中深孔）階段礦房采礦法在薄礦體中應用受到的局限性問題。

從目前的研究來看，為了解決此類礦體開采生產效率低、安全性差等問題，大多考慮中深孔采礦方法。本文以內蒙古包頭鑫達黃金礦業有限責任公司（下稱“包頭鑫達公司”）

西柏樹礦區24#脈急傾斜破碎薄礦體為背景，提出了采用中深孔階段礦房采礦法開采的方案，詳細闡述了出礦結構、鑿巖爆破、回采等工藝，并進行了現場工業試驗，取得了較好的效果。

1 工程背景

西柏樹礦區隸屬包頭鑫達公司，位于內蒙古自治區包頭市九原區阿嘎如泰蘇木烏拉山中段，主要開采24#脈，礦體厚度0.21～4.74 m，平均厚度2.02 m，平均品位1.53×10-6，品位變化系數105 %，平均傾角68°。礦山開拓方式為明豎井開拓，豎井深度380 m，井筒凈直徑5.0 m;采用3#罐籠提升，設計日提升能力800 t。淺孔留礦采礦法是主要的采礦方法，年生產能力10萬t，黃金產量150 kg。礦體上盤有一層泥質破碎帶，采用淺孔留礦采礦法開采時，破碎帶局部脫落，礦房頂部暴露空間大，加之局部有淋水，開采礦體技術經濟指標和安全都得不到保證。因此，為充分回收礦體，確保作業人員安全，設計采用中深孔階段礦房采礦法，選取955 m中段4272礦塊作為試驗應用礦塊，以解決淺孔留礦采礦法開采過程中產生的安全和施工技術問題。

2 試驗礦塊現狀及地質概況

本次試驗4272礦塊位于西柏樹礦區24#脈955 m～1 005 m中段，P268勘探線—P272勘探線，已施工工程有上中段脈外運輸巷道、下中段脈外運輸巷道、上下中段巷道探礦穿脈，礦塊兩側的4272沿脈天井和4276沿脈天井，礦塊底部漏斗出礦結構已施工完畢。

試驗礦塊礦體沿走向長45 m，沿傾向斜長56 m，礦石主要為石英脈及肉紅色含金黃鐵礦鉀化、硅化蝕變巖，塊狀構造;圍巖主要為黑云斜長片麻巖，局部為花崗偉晶巖;礦體呈層狀、似層狀產出，黃鐵礦呈星點狀、浸染狀分布，連續性較好，礦體平均傾向205°、傾角68°，厚度0.80～1.60 m，平均厚度1.40 m，金品位0.87～3.31 g/t，平均品位2.20 g/t，礦塊地質儲量礦石6 750 t，金金屬量14.91 kg。礦體頂板存在控礦構造，產狀與礦體相同，破碎帶厚度0.3 m，帶內角礫約占35 %，粒度0.1～5.0 cm，斷層泥約占65 %。破碎帶3 m范圍內存在3～5組節理，且多呈共軛產出，易形成不穩定塊體。

3 中深孔階段礦房采礦法

根據4272礦塊礦體的開采技術條件，開展了中深孔階段礦房采礦法試驗研究。在4272礦塊原有工程基礎上，切巷作為第一分段鑿巖巷道，設計4個分段，階段高度上每11.5 m劃分為1個分段，礦塊中部施工天井作為切割井，并與上分段1 005 m水平穿脈貫通，作為通風通道;兩側行人井作為礦房的行人設備井。采礦工程布置見圖1。

3.1 采準切割工程

1）底部結構。采用礦塊已經形成的電耙出礦底部結構，耙道平行礦體脈外布置，斗穿間距5.5 m，斗穿長3.5 m/個。

2）鑿巖巷道。利用原設計的切巷作為第一分段鑿巖巷，設計鑿巖巷道規格為2.4 m×2.4 m，共設計布置四分段鑿巖巷，分段高度11.5 m，頂部預留3 m礦柱;鑿巖巷道施工時，在4272沿脈天井內開口，向4276沿脈天井方向掘進，天井改造成上部行人、下部溜渣。

3）切割天井。在4274穿脈礦體中沿礦體傾向施工切割天井，至上分段3272穿脈，切割天井寬2.0 m，沿礦體厚度方向的長度要超出礦體上、下盤0.3 m，為后期爆破預留充分的自由面。

4）行人通道。原4272沿脈天井和4276沿脈天井在鑿巖巷道施工完成后，搭設平臺和梯子作為行人、材料通道。

試驗礦塊采準切割工程規格及工程量統計見表1。

3.2 鑿巖爆破

鑿巖爆破在分段內進行。以切割天井為自由面，淺孔鑿巖爆破形成切割槽，礦塊回采以切割槽為自由面，采用上向平行礦體走向布置中深孔;中深孔采用“小孔底距，小排距”的布孔原則，爆破效果不理想時，在兩排炮孔中間位置增加1～2個炮孔，實現排距小于孔底距，防止爆破時同排爆穿形成立槽。行人井處預留3 m的保安礦柱。

回采炮孔孔徑（d）取60 mm，孔深13.0 m，鑿巖機型號為YGZ-80。參照最小抵抗線（W）計算公式[7]：中等堅硬礦石W=（30～35）d，平行孔密集系數m=0.9～1.1。經計算，試驗礦段最小抵抗線W=1 950～2 275 mm，取2 000 mm;平行孔孔間距a=1.8～2.2 m。考慮礦體的夾制作用影響，平行孔孔間距取1.2 m，排距1.4 m。

采用裝藥器連續裝填散裝炸藥，孔口留2.5 m不裝藥，孔口用炮泥堵塞，堵塞長度1.0 m。

爆破采用同排孔間微差爆破，利用同排多段微差爆破應力波疊加等作用改善爆破質量，采用“跳段”辦法實現微差爆破，底板炮孔先爆破，頂板邊孔與后一排底板炮孔同段爆破（見圖2）。采用孔底起爆，起爆方法采用導爆索-導爆管起爆，導爆索串聯的“復式起爆網絡”，孔內導爆管一律并接于主導爆索上，起爆系統爆破網絡示意圖見圖3。

3.3 采場通風及出礦

1）采場通風。新鮮風流由下中段運輸巷經由兩側天井和切割井進入采場，污風由天井排至上中段，經回風井排至地表。

2）出礦方式。在4272穿脈與耙道開口處安裝放礦漏斗，礦石直接耙至漏斗下的礦車中。采準施工時，脈內掘進產生的礦石由溜井下放至礦車，通過電瓶式電機車牽引運輸至井口，排至地表礦石料臺。后期大量出礦由淺孔留礦的底部結構結合有軌運輸設備出礦。

3.4 上盤加固措施

由于24#脈礦體上下盤圍巖破碎，在出礦過程中造成礦石二次貧化嚴重，究其原因，主要是上盤圍巖脫落造成礦石貧化;此外，工人在破碎頂板下進行作業，安全隱患較大。因此，有必要對上盤圍巖采取預先加固措施，在施工切割巷時施工上向長錨桿。采場炮孔布置及錨桿支護剖面見圖4，上盤圍巖加固方式為上向長錨桿加固，長錨桿傾角依實際情況而定，錨桿網度1.0 m×0.8 m，錨桿長度2.5 m，特別破碎地段增加軟質金屬網，網孔為10 cm×10 cm。

3.5 主要技術經濟指標

施工中分層回采、集中鑿巖、分次多排微差爆破，采場采用長錨桿護頂。作業安全，縮短了采礦周期，采場生產能力得到了大幅提高，集中出礦時單班可達240 t/d，施工中部分炮孔由于巖石破碎卡孔、堵孔、塌孔，因此采取了重新布置炮孔和集中填塞炮孔的方式。

在4272礦塊進行中深孔階段礦房采礦法現場工業試驗，取得的主要技術經濟指標見表2。

4 結 論

通過在包頭鑫達公司西柏樹礦區24#脈4272礦塊急傾斜薄礦體開采中開展中深孔階段礦房采礦法試驗研究可得出以下結論：

1）薄礦脈采用中深孔采礦技術可行，應盡量避免深孔（>15 m）出現，采用10～13 m分段高度，可取得理想的爆破效果。

2）作業人員在鑿巖巷道內作業，降低了在礦房內采礦的安全風險，同時預先對上盤加固后，增加了人員作業的安全性。

3）采礦過程比較集中，且出礦能力大，對生產調節有很大幫助;采準工程量相對淺孔留礦采礦法有所增加，施工工期長，采掘比偏大。

[參 考 文 獻]

[1] 安龍，徐帥，李元輝，等.急傾斜薄礦脈深孔落礦工藝參數優化[J].東北大學學報（自然科學版），2013，34（2）：288-292.

[2] 石良.深孔（中深孔）階段礦房采礦法在金屬礦床薄礦體中的應用[J].中國金屬通報，2019（2）：27，29.

[3] 孫新博，朱先洪.中深孔機械化采礦法在急傾斜薄礦體中的應用[J].礦業研究與開發，2014，34（6）：5-8.

[4] 顧天勝.中深孔機械化采礦法在急傾斜薄礦體中的應用[J].中國錳業，2016，34（5）：63-65.

[5] 吳再海，臧明謙，李建，等.分段落礦階段礦房采礦法在玲瓏金礦中的應用[J].有色金屬（礦山部分），2011，63（3）：8-11.

[6] 張金榜.深孔（中深孔）階段礦房采礦法在金屬礦床薄礦體中的應用[C]∥中國金屬學會，中國冶金礦山企業協會.2007年全國金屬礦山采礦新技術學術研討與技術交流會論文匯編.北京：中國金屬學會，2007：178-180，183.

[7] 王玉杰.爆破工程[M].武漢：武漢理工大學出版社，2007：235.

Application of medium long hole staged ore room mining method to steeply inclined thin ore body

Meng Qingxue1，Song Delin2，Li Chaomin1

（1.Inner Mongolia Baotou Xinda Gold Mining Co.，Ltd.;

2.College of Mining and Coal，Inner Mongolia University of Science & Technology）

Abstract：24# vein of Xibaishu Mining District of Baotou Xinda company is a steeply inclined thin ore body，broken in the upper wall.In view of the problems of poor safety performance，low production capacity，high mining loss and dilution when the ore body is mined by short-hole shrinkage mining method，experimental study on mining with medium long hole staged mining is

carried out and the pre-reinforcement of the upper wall of the ore body is adopted，solving the safety problems caused by broken upper wall.The mining processes such as mining preparation cutting engineering layout，rock drilling and blasting，ore extraction and so on are described in detail，and field industrial experimental studies are carried out.The test results show that medium long hole staged mining and pre-reinforcement of the upper wall has focused procedures，effectively shortening the working time of personnel in the stope.The amount of labor is small.The technical and economic indicators of single-shift mining capacity 240 t/d，mining loss rate 9 % and ore dilution rate 7 % are obtained.The outcome is good.The method can provide reference for similar mines.

Keywords：broken ore body;steeply inclined thin ore body;staged ore room method;medium long hole;upper wall reinforcement