上向水平進(jìn)路充填高效采礦方法研究

郝英杰

(1.山東黃金集團(tuán)有限公司深井開采實(shí)驗(yàn)室，山東 萊州 261442；2.山東省深海深地金屬礦智能開采重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250014）

緩傾斜中厚礦體在金礦山中所占比重較高，礦體傾角較緩造成礦石搬運(yùn)困難，不適用淺孔留礦法等靠自重運(yùn)輸?shù)牟傻V方法，15m以下的礦體厚度也限制了分段崩落法或垂直走向進(jìn)路法的應(yīng)用。對(duì)此種礦體，合理的采礦方法選擇一直是制約礦體安全高效回采的重要方面，也是礦山亟需解決的重大難題。

對(duì)于開采此類礦體，目前最常采用的方法是上向水平進(jìn)路充填采礦法。對(duì)于此類采礦方法，很多學(xué)者在各個(gè)方面都進(jìn)行了充分的研究，王炳文[1，2]等采用數(shù)值模擬方法確定了采場(chǎng)進(jìn)路最佳跨度，極大提高了采場(chǎng)生產(chǎn)能力。宋恩祥[3]根據(jù)礦山實(shí)際情況，將原有的空?qǐng)鲋猩羁撞傻V法改為盤區(qū)機(jī)械化上向水平分層進(jìn)路充填采礦法，極大地降低了采場(chǎng)損失率及貧化率。

針對(duì)膠東某礦山上向水平進(jìn)路充填采礦方法礦石回采效率低、充填不接頂問(wèn)題嚴(yán)重、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，在原方法基礎(chǔ)上，通過(guò)合理安排回采順序提高了進(jìn)路回采效率、降低了施工及安全成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)安全效益，值得推廣。

1 工程背景

膠東某礦山主采礦脈礦體呈大脈狀，在走向及傾向上均呈舒緩波狀，走向NE60°，傾向SE，傾角為28°～32°，平均厚度13.8m，平均品位為1.7g/t。礦石為黃鐵絹英巖和黃鐵絹英巖質(zhì)碎裂巖，賦存于厚大斷裂蝕變帶中，礦體的頂?shù)装鍑鷰r為構(gòu)造破碎蝕變帶和玲瓏、文登超單元花崗巖[3]。

目前主要采用盤區(qū)式上向水平分層進(jìn)路充填采礦方法回采礦體，采場(chǎng)進(jìn)路沿礦體走向布置，采場(chǎng)進(jìn)路回采結(jié)束并充填后再進(jìn)行相鄰進(jìn)路開采，直至分層礦體回采結(jié)束后再進(jìn)行抬層作業(yè)。采場(chǎng)內(nèi)單進(jìn)路回采、隨采隨充的采充順序限制了采礦效率的提高，分級(jí)尾砂膠結(jié)充填法的固有缺點(diǎn)使充填體很難完全充滿進(jìn)路，充填體距離進(jìn)路頂板仍保持一定的空間，這就造成了多進(jìn)路開采時(shí)頂板暴露面積過(guò)大引起安全隱患。見圖1、圖2。

圖1 原采礦方法采場(chǎng)平面圖

圖2 原采礦方法135線剖面圖

2 采礦方法優(yōu)化

2.1 礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)

礦房按照50m長(zhǎng)度劃分，并垂直于礦體走向布置。階段高度44m，分段高度11m，每個(gè)分段分4個(gè)分層進(jìn)行回采，不留頂?shù)椎V柱。礦房和礦柱均為沿礦體走向的進(jìn)路，按照礦體水平厚度確定進(jìn)路數(shù)量，礦房和礦柱進(jìn)路間隔布置。進(jìn)路單側(cè)長(zhǎng)度為50m。礦房分為一步采礦房和二步采礦房，一步采礦房回采礦房進(jìn)路，二步采礦房回采礦柱進(jìn)路。為保證二步采進(jìn)路回采安全，確定二步采采場(chǎng)滯后一步采采場(chǎng)4個(gè)分層以上。

2.2 采準(zhǔn)切割工程布置

采準(zhǔn)工程由盤區(qū)折返式分段斜坡道、分段脈外巷、換層聯(lián)絡(luò)巷等構(gòu)成，切割工程主要為分層南穿，用以劃分采場(chǎng)。分段斜坡道與上部中段貫通，作為人行及風(fēng)流通道。盤區(qū)布置有盤區(qū)溜井，充填管路井。盤區(qū)溜井與下部倒運(yùn)中段連通，作為礦毛石倒運(yùn)通道。充填管路井向上貫通上部中段巷道，并與分段脈外巷連通，用以充填管路敷設(shè)。

2.3 回采工藝

（1）回采順序。133線、135線、137線采場(chǎng)南穿間距為50m。135線平層采場(chǎng)采準(zhǔn)南穿施工到礦體上盤之后，根據(jù)礦體厚度布置一步采進(jìn)路，如一分段135線平層采場(chǎng)平面圖（圖1）1#、2#進(jìn)路所示，進(jìn)路間預(yù)留礦柱尺寸為3m，作為后續(xù)二步采進(jìn)路，進(jìn)路規(guī)格為5＊4㎡四分之一三心拱。1#、2#進(jìn)路同時(shí)進(jìn)行回采，在施工至133線、137線采場(chǎng)南穿2m處停止施工，準(zhǔn)備充填。充填時(shí)，在礦體下盤外施工板墻進(jìn)行一次性充填，充填高度為3m，留下1.2m空頂高度作為上層開采時(shí)的補(bǔ)償空間。充填結(jié)束拆除板墻后，施工換層聯(lián)絡(luò)道及南穿至礦體上盤，換層高度為3m，繼續(xù)在下層采場(chǎng)一步采1#、2#進(jìn)路的位置壓頂施工至距離133線、137線采場(chǎng)南穿2米位置處，南穿單側(cè)進(jìn)路長(zhǎng)度為50m。在135線二分層采場(chǎng)充填結(jié)束后，由二分段預(yù)先施工的下向二分層換層聯(lián)絡(luò)道處施工南穿至礦體上盤并壓頂回采一步采2#、3#進(jìn)路。如此循環(huán)上采，直至結(jié)束（箭頭表示進(jìn)路開采方向）。

為保證足夠的一步采場(chǎng)超前高度，在135線采場(chǎng)一步采進(jìn)路施工至二分段平分層時(shí)，可由132線、137線采場(chǎng)南穿向兩側(cè)施工二步采進(jìn)路，二步采進(jìn)路規(guī)格為3＊4㎡四分之一三心拱。132線、137線采場(chǎng)二步采施工的前提為保證132線、137線采場(chǎng)一步采進(jìn)路提前施工至二分段平層以上。在二步采進(jìn)路施工結(jié)束后，在南穿礦體下盤外搭建板墻進(jìn)行一次性充填，充填高度為3m。充填結(jié)束后，按照一步采的回采順序一次上向回采直至結(jié)束。135線采場(chǎng)剖面如圖二所示（其中①1#表示一步采1#進(jìn)路）。

（2）鑿巖爆破。采用BoomerT1 D鑿巖臺(tái)車鉆鑿，巖石爆破實(shí)用最常見的2#巖石乳化炸藥，導(dǎo)爆管為非電的微差型起爆管。人工裝藥。根據(jù)巖石的軟硬程度及節(jié)理裂隙發(fā)育狀況進(jìn)行炮孔布置，減少大塊產(chǎn)出，產(chǎn)出率控制在15%以下[4]。采場(chǎng)頂板采用光面爆破，有利于保護(hù)采場(chǎng)頂板的穩(wěn)定。光爆孔間距0.5m，裝藥密度0.4kg/m，抵抗線0.6m，采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)。進(jìn)路回采孔深為3.0m～3.2m，孔距0.9m～1.0m，排距0.5m～0.6m，裝藥密度0.5～0.7kg/m，炸藥裝填結(jié)構(gòu)為連續(xù)裝藥，雷管置于孔底炸藥即反向裝藥形式，孔口處用0.3m長(zhǎng)度的炮泥填塞。壓采落礦孔深4.0m，孔距0.9m～1.0m，排距0.8m，裝藥密度0.60kg/m，采用反向柱狀連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，孔口用炮泥填塞0.2m。

（3）采場(chǎng)通風(fēng)。進(jìn)路回采時(shí)采用JK58-1№4（5.5kW）局扇和φ300mm阻燃導(dǎo)風(fēng)筒壓抽混合式通風(fēng)方式，新鮮風(fēng)流從中段巷或分段巷經(jīng)采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入采場(chǎng)，清洗工作面后，污風(fēng)由抽出式風(fēng)機(jī)抽出。壓采落礦時(shí)新鮮風(fēng)流從中段巷或分段巷經(jīng)采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入采場(chǎng)，清洗工作面后，污風(fēng)由充填通風(fēng)上山排出。采場(chǎng)內(nèi)部視情況設(shè)置局扇輔助通風(fēng)，確保采場(chǎng)作業(yè)環(huán)境。

（4）頂幫管理。嚴(yán)格執(zhí)行“敲幫問(wèn)頂”制度，通風(fēng)結(jié)束后使用2m以上的排險(xiǎn)釬子進(jìn)行撬毛排險(xiǎn)，對(duì)于無(wú)法撬掉的大塊浮石，采用鑿巖臺(tái)車進(jìn)行沖擊，沖擊不下來(lái)的考慮進(jìn)行鑿巖爆破處理。同時(shí)緊跟作業(yè)面進(jìn)行錨桿穿帶（掛網(wǎng)）支護(hù)，錨桿采用管縫式錨桿，長(zhǎng)1.8m。錨桿孔網(wǎng)度為1000mm×1000mm，錨桿孔直徑38mm，錨桿孔深比錨桿長(zhǎng)度大50mm～100mm，錨桿孔盡量垂直巷道輪廓線施工，最低不得小于75°，不得沿節(jié)理面、裂縫打孔。對(duì)較破碎的頂板及不穩(wěn)固的礦柱，必要時(shí)采用噴射混凝土或聯(lián)合式噴錨網(wǎng)支護(hù)方式，確認(rèn)采場(chǎng)安全后方可進(jìn)行下一步作業(yè)。

圖3 采場(chǎng)平面圖

圖4 135線采場(chǎng)剖面圖

（5）采場(chǎng)出礦。采用1.0m3柴油鏟運(yùn)機(jī)出礦，鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入采場(chǎng)鏟取礦石后，經(jīng)采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道、分段巷道將礦石運(yùn)至溜井卸礦。采場(chǎng)回采結(jié)束后進(jìn)行粉礦回收，向下0.3m徹底清理底板，對(duì)高品位礦石及粉礦進(jìn)行裝袋回收[5]。

（6）采場(chǎng)充填。每分層的礦石清理完畢后，在采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道口砌筑充填擋墻。充填管路由充填通風(fēng)上山引入采場(chǎng)，采用分級(jí)尾砂非膠結(jié)充填，充填高度3.0m，各分層充填后留1.5m的作業(yè)空間[6]。充填水排至采場(chǎng)水窩中，再用潛水泵直接排至中段或分段水倉(cāng)。最后一個(gè)分層回采完畢后，進(jìn)行充填接頂，頂柱回采完畢后也要充填接頂[7]。

3 采礦方法評(píng)價(jià)

經(jīng)改進(jìn)的上向水平分層進(jìn)路充填采礦法在膠東某金礦成功應(yīng)用，并取得了良好的效果。與原采礦方法相比，優(yōu)化后的采礦方法主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

3.1 節(jié)約施工成本

以135線采場(chǎng)為例，每一分層采場(chǎng)減少板墻搭建數(shù)目為3個(gè)，節(jié)省板墻材料費(fèi)、人工費(fèi)約8000元。因?yàn)槌涮畋Ａ?米的未充填接頂空間，所以在上分層進(jìn)路施工時(shí)避免了鉆鑿掏槽眼，從而節(jié)省了爆破材料，按照每一循環(huán)進(jìn)尺2m，節(jié)省25Kg炸藥計(jì)算，每分層單采場(chǎng)節(jié)省炸藥費(fèi)用134000元。

3.2 降低礦石損失率

原采礦方法進(jìn)路為1/4三心拱斷面，其拱形兩肩位置為損失礦量。新方法單采場(chǎng)每層增加回采礦量為470.4t，可提高經(jīng)濟(jì)效益134938元。

3.3 提高生產(chǎn)效率

以原采礦方法每條進(jìn)路東西迎頭每天一個(gè)循環(huán)進(jìn)行對(duì)比，因上述采礦方法一步采兩條進(jìn)路同時(shí)施工，每個(gè)迎頭每天施工一個(gè)作業(yè)循環(huán)，每循環(huán)約減少鉆孔一半，鉆孔效率提高一倍，在總作業(yè)時(shí)間不變的情況下，每個(gè)采場(chǎng)每日增加開采礦量為100t，每層經(jīng)濟(jì)效益提高約1434290元。

3.4 降低安全隱患

因采場(chǎng)進(jìn)路充填時(shí)保留1.2m高的未接頂空間，在上層進(jìn)路施工時(shí)提供了爆破自由面，同時(shí)為頂板光面爆破提供了較好的條件。頂板光面爆破效果更好，頂板圍巖擾動(dòng)較小、頂板裂隙發(fā)育不充分。完整圍巖減少了頂板支護(hù)工作量，有效減少了頂板圍巖垮落安全隱患。

4 結(jié)論

上向水平分層進(jìn)路充填法經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)，將原來(lái)進(jìn)路順序開采改為礦房礦柱進(jìn)路二步驟回采。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，新采礦方法極大得提高了生產(chǎn)效率和頂板安全系數(shù)，同時(shí)降低了礦石損失率，減少炸藥消耗，較大幅度得提高了經(jīng)濟(jì)效益，適于在具有相似條件礦山進(jìn)行推廣應(yīng)用。