論某礦M4區1號礦體鏟運機出礦分段空場嗣后充填采礦法*

王友富

（青海鴻鑫礦業有限公司，青海 格爾木 816099）

礦區所在區域位于青藏高原東北部祁曼塔格山北坡。構造位置處于柴達木陸塊與祁曼塔格陸塊的結合部位，對應的構造單元是東昆侖晚加里東造山帶中的祁漫塔格都蘭造山亞帶。主要出露于礦區中北部，鉆探工程中均揭露了該套地層，為一套淺海相碳酸鹽沉積，主要巖性為大理巖、結晶灰巖等，地層總體北傾，產狀（10°～20°）<（10°～35°），地層南西側薄，北東側厚，一般在（250～400）m之間，最薄為 149.46 m，最厚為529.43 m。礦床賦存于二長花崗巖與碳酸鹽巖接觸的矽卡巖中，礦化以 Cu、Pb、Zn、mFe、S為主，礦化分帶特征較明顯。按與花崗巖體的距離分上、中、下三條礦帶。其中深部的1號礦體為M4區埋深最大、規模最大的一條礦體。

在M4磁異常區深部規模較大，巖體最大埋深超過 550 m，一般（300～400）m。為中粗粒花崗結構，塊狀構造，主要礦物組份有石英、鉀長石、斜長石、黑云母等。

M4區1號礦體賦存于深部矽卡巖帶中，形態受下伏二長花崗巖控制明顯，呈似層狀、透鏡狀、豆瓣狀，西淺東深，在傾向及走向上均具分支復合、膨大收縮之特征。礦體走向東西，傾向北，傾角一般 4°～15°，長2 300 m，平均延深 546.97 m，平均厚度14.35 m。

1 開采技術條件

1.1 水文地質條件

礦床主要充水巖溶含水層富水性較弱；礦區地形平緩，多被第四系地層覆蓋，植被稀少，除牛苦頭溝谷外，基本不含松散巖類孔隙水；礦區內的地表水體—牛苦頭溝，為季節性河流，流量小，為礦床的間接充水因素，水文地質邊界條件較復雜。因此，依據《礦區水文地質工程地質勘探規范》確定本礦區的水文地質勘查類型為三類二型，即為水文地質條件中等的礦床。

1.2 工程地質條件

礦區溝谷、坡麓地帶多被風積的砂類土所覆蓋，牛苦頭溝谷區被洪積的卵礫類土所覆蓋。大厚度松散土體分布廣，其結構松散，顆粒級配不良，可使采礦開拓難度較大。下伏巖體以大理巖為主，是礦體直接頂板，礦床賦存于矽卡巖帶中，花崗巖是礦體直接底板。基巖除淺部風化帶，巖石破碎，可能產生局部不良工程地質問題，需及時進行工程防護加固措施外，礦體及其圍巖致密堅硬，巖石完整，斷裂構造、節理裂隙不發育，各類巖石抗壓強度較高，巖層堅硬，穩定性好。應屬工程地質條件簡單的礦床。

1.3 環境地質條件

礦區地處地質構造現代活動的基本穩定區，相應的地震基本烈度為Ⅶ度，地表及地下建筑工程抗震烈度應按7°或高于7°設防。礦區位于柴達木盆地南緣中海拔低山丘陵區，地下水質量等級為差，發育的地質災害主要是山梁附近的崩塌和坡麓地帶的風蝕沙埋，礦山建設中要注重防治。采礦過程中形成的廢石棄渣和污水排放，是未來礦山存在的主要隱患，要注意采取環境保護措施，礦區地質環境質量中等。

2 采礦方法的選擇

2.1 地下開采

地下開采方法選擇一般應遵循的原則：①采礦方法安全可靠經濟實惠；②礦石貧化率和損失率最低，出礦品位最大化；③采礦成本最低；④生產能力大，效率高。

2.2 M4采礦方法比較

崩落采礦法：回采緩傾角礦體時貧化率和損失率較大；開采過程中地表允許陷落，雨季降水地表逕流會大量滲入井下，嚴重影響采場頂板的穩固性，造成作業面安全無保證。分段空場嗣后充填采礦法：該方法回采緩傾角礦體布置靈活、貧化率和損失率較小、采用鏟運機出礦臺班效率可達500 t/臺班。

2.3 采礦方法選擇

根據采礦方法比較、M4礦體產及經濟技術指標進行綜合分析，“鏟運機出礦分段空場嗣后充填采礦法”對M4礦體的回采比較合適。采礦方法的主要技術指標比較，如下表1所示：

表1 采礦方法的主要技術指標比較Tab.1 Comparison sheet for main technical indicators of mining method

從M4礦體產狀、傾角特征及礦床的開采技術條件看所選用的采礦方法均為嗣后充填，每個采場自上向下回采完以后，采用開拓廢石量及相鄰采場據進廢石量充填空區，待空區充填體穩固后，再回采相鄰礦塊，盤區間均保留間柱及頂底柱。

3 爆破

3.1 采場爆破

采場爆破根據礦巖硬度與采場巖石穩固性分析，若采場巖石穩固性較好的可以按 (4～5)次一次為 (4～5)排，逐一從首端往尾部逐一推進爆破作業，若采場巖石穩固性較差的，在爆破自由面滿足爆破作業的情況下可以增大爆破排數，可劃分為3次一次為 (6～7)排，最后一次爆破排數可以稍微留多點，目的是為了保證最后一次爆破作業工作面礦巖穩定性有一定保障，采場首端幾次爆破作業已為采場尾部最后一次爆破創造了充足爆破自由面，故采場尾部最后一次爆破排數可適當留多2～3排[1]。

3.2 漏斗爆破

漏斗爆破首先要從炮孔施工上控制炮孔角度，內外圈炮孔施工成 (45°～50°)，中間炮孔施工成垂直掏槽眼，掏槽眼數量可以根據鉆孔直徑大小確認，爆破順序首先起爆掏槽眼后逐一起爆周邊眼，周邊眼與掏槽眼起爆時間間隔不得小于150 ms[2]。

4 鏟運機出礦分段空場嗣后充填采礦法

4.1 采場布置和構成要素

礦體沿走向（80～100）m布置一個盤區，盤區間柱寬為15 m。礦房及礦柱沿礦體傾向劃分，長軸方位角為 64°。礦房、礦柱垂直寬度均為14 m，長約（80～100）m，沿垂高按10 m劃分分段，各分段盤區間柱內掘分段鑿巖聯絡巷，后沿礦塊中心線掘礦房、礦柱的出礦巷道。根據礦體賦存特點，中段高度為20 m。沿礦體走向布置盤區，長（80～100）m，盤區間均保留間柱及頂底柱。由于礦體平均傾角在 10°左右，為保證鏟運機可在采場暢行，礦塊采取傾斜布置的方式。出礦方式主要采用鏟運機出礦，鏟運機相比普通電耙出礦，主要體現在靈活性較好，產能效率相對較高，鏟運機出礦分段空場嗣后充填采礦法如下圖1所示[3]。

圖1 鏟運機出礦分段空場嗣后充填采礦方法圖Fig.1 Sublevel open stoping chart with subseguent backfilling method for LHD ore removal

4.2 采準切割

采準工程布置：采用下盤脈外斜坡道采準方式，自斜坡道向礦體方向掘進分段聯絡道，接著布置各分段平巷，再從分段平巷掘進各盤區的分層聯絡道。在盤區中央分別布置一個人行充填通風天井、泄水井和放礦溜井，上述各井均宜布置在礦體底板或脈外下盤巖石中。最后根據現場實際情況可在采場首端切割槽位置施工一到兩只井作為采場首次爆破補償空間井，切割槽頂部礦體頂板位置施工一條壓頂巷道，該巷道作用可為爆破補償空間及爆破自由面，爆破后使頂板處于同一標高位置切斷，減少爆破引力波對頂板的破壞，同時也可減少頂板圍巖跨落對礦石造成貧化。

4.3 回采工藝及主要設備選型

礦體劃分為礦房和礦柱，分兩步驟回采，先采礦房后采礦柱。分段鑿巖，階段出礦，然后嗣后一次充填。分段高度為（9～11）m。主要回采工藝包括鑿巖、裝藥、爆破、通風、出礦等工序。可以沿著礦塊長度方向從礦房頂板后退式回采，也可以從礦塊中央向兩端后退式回采。以切割槽為自由面分次側向爆破，一次爆破 （4～5）排炮孔約（6～8）m，采用逐排擠壓微差爆破方式進行爆破。礦房與礦柱回采工藝基本相同。盤區間的間柱在盤區回采完后進行回收。主要設備類型：鑿巖：選用采礦臺車，鑿巖效率：120 m/臺班，采礦臺車考慮1臺工作。出礦：選用斗容3 m3鏟運機，出礦效率 （400～500）t/臺班。局扇：選用JK58-1№ 4.5局部通風機，每個采場（1～2）臺。新鮮風流由人行通風天井、分段聯絡巷道、分段鑿巖平巷進入采場工作面。沖刷采場后，污風經過采場切割天井和穿脈平巷排入上中段回風充填平巷道。為了改善采場工作面通風條件，使用局扇加強通風[4]。

4.4 采空區處理及頂底板管理

由于礦體穩固性較好，礦體頂板一般情況下不需要加固。在采礦工序期間通過相應手段以及爆破控制減少爆破引力波對采場頂板圍巖的破壞，采礦鑿巖出礦等工序都在巷道中進行，安全可靠。選用嗣后充填采礦法，可以嗣后一次性充填采空區，減少采空區暴露時間。由于M4礦區礦石中含硫量較重，所以尾礦沙和水泥制成的充填材料達不到充填強度要求，所以采空區充填材料只能采用廢石+尾礦沙進行充填，即形成空區后先用廢石進行充填，后用尾礦填縫充填直至接頂。這樣充填即對采空區進行了充填處理，又做到廢石少出坑，尾礦少進尾礦庫的作用。即處理了空區隱患、又減少廢石出坑、堆存，尾礦進尾礦庫的成本及安全環保壓力[5]。

4.5 礦柱回采

礦房礦塊采礦結束后，根據相鄰采空區充填情況，結合現場實際情況可以對礦柱進行回采，實現礦石資源回收，回采礦柱時可充分利用相鄰采場或上下分層的人行進路或回風天井，礦柱回采原則：堅持后退式回采、具備充填的充填結束后達安全標準后進行回采、分階段局部回采。在回采礦柱時為了保證安全，可以采用假底混凝土澆筑或采用鋼架及木頭進行支護，以防采通相鄰采空區導致充填物涌至礦柱回采進路造成安全隱患。

4.6 主要技術經濟指標

礦塊生產能力350 t/d；損失率12%～15%；貧化率8%～10%；千噸采切比4.09 m/kt、46.57 m3/kt。

5 結語

經分析采用鏟運機出礦分段空場嗣后充填采礦法開采M4區1號礦體，相對較其它采礦方法更安全、科學、高效。

1）采用鏟運機出礦提高了生產能力，同時相對于采用普通電耙出礦靈活性較好安全上已得到一定保證；

2）在采準切割作業環節上增加齊頂巷道，通過穿孔爆破控制可對采場頂板圍巖起到一定的保護作用，對后期采礦作業頂板管理難度上得到減小，以降低了因頂板圍巖跨落對礦石的貧化，采空區充填完后，在組織回采礦柱有利于控制貧化率、損失率；

3）提高礦山生產運營經濟效益，故建議采用該采礦方法比較適用安全可行。