吉林省某玉石礦非爆破采礦方法研究*

戴巖，翟增碩，谷中元

(長春工程學院， 吉林 長春 130000)

0 引言

據統計，我國有30余種玉石礦被開采，礦山數量在170處左右，其開發利用狀況備受關注[1-2]。寶玉石礦要求原礦完整性好、內部微損傷小，故在采礦方法運用方面應有其自身的特點[3]，但在實際生產中，直接引入金屬礦的采礦方法對玉石礦進行開采仍是主流。

近年來，部分學者就玉石礦的采礦方法進行了探索。陳平等[4]采用聚能控制爆破技術對遼寧省岫巖縣玉石礦的采礦工藝進行了改進。趙建平等[5]針對通天玉石礦極薄急傾斜的賦存特點，提出了一種基于線型聚能爆破技術的改進采礦方法。郭曉旭[6]對削壁充填法在玉石礦中的開采進行了應用研究，認為該方法對玉石礦的開采較為適宜。黃佑洪、汪柳俊等[7-8]分別從鋸切和爆破方法對紫袍玉帶石的開采進行了研究，采出礦石的完整性均有所提升。這些探索對玉石礦開采水平的提升具有積極作用，但總體上仍以爆破方法為主。相關實踐證明，如果采礦方法不能很好考慮玉石礦自身特點，那么必然會導致玉石礦內部損傷嚴重[9-10]。

吉林省某礦山同時擁有玉石礦與鉛鋅礦，其在鉛鋅礦開采方面比較成熟，但在玉石礦開采方面卻相對較弱，采出礦石質量不高，嚴重影響了玉石礦經濟價值的實現。因此，亟需針對玉石礦賦存特點和產品需要開展采礦方法研究。

1 玉石礦開采條件特征

該玉石礦山位于吉林省磐石市，礦區內主要出露地層為古生界二疊系下統大河深組，主要巖性為安山巖、流紋巖、流紋質凝灰巖及灰巖等。礦區內斷裂構造發育，但對玉石礦體基本沒有破壞作用。根據目前的勘探成果，礦區內賦存有14條鉛鋅礦體和10條石英質玉礦體，其中玉石礦體特征見表1。

表1 玉石礦體特征

玉石礦體主要為熱液蝕變產物，圍巖主要為英安質凝灰巖、安山質凝灰巖和泥質板巖，礦體與圍巖接觸界限較為清晰，玉石礦體內部無夾石分布。

根據地質勘探資源和現場調研，礦區水文地質條件屬于簡單類型，但礦區斷裂構造較發育，隱伏構造影響的破碎帶、蝕變帶于局部地段較發育，且礦床中礦體部分置于巖體風化帶內及附近，這些因素都給礦床開采帶來不利影響。故礦區工程地質條件屬于中等類型。因此，礦床開采技術條件屬復合問題的礦床。

2 采礦方法選擇

2.1 現用采礦方法及問題

由于對玉石礦開采缺乏經驗，目前礦山對玉石礦采用與鉛鋅礦同樣的采礦方法進行開采。對厚度5 m及以下的礦體采用淺孔留礦法，對厚度5 m以上的礦體采用分段空場法進行開采。

但是從現場使用情況來看，不管是淺孔留礦法還是分段空場法，均存在如下難以克服的問題：

（1）由于采用爆破方法落礦，采出的玉石礦完整性差、成材率低，且不可避免地使玉石出現微裂隙，導致后續雕琢加工困難；

（2）由于要求采出的玉石原礦具有較大塊度，爆破中炸藥裝藥量較普通爆破要小，導致大量礦石不能采出，加上爆炸近區的粉礦損失，對礦體厚度大于5 m的玉石礦的回采率僅為45%左右；

（3）礦體局部較為破碎，在爆炸沖擊作用下，安全性差，局部頂板不穩固，安全隱患較為突出；

（4）相對于鉛鋅礦，采出的玉石礦塊度較大，無論是淺孔留礦法還是分段空場法，均存在既不能使用底部結構也不能使用自行設備的問題，工人勞動強度大，作業條件差。

2.2 新采礦方法的選擇

針對上述存在的問題，采礦方法的選擇過程中應考慮的因素有以下幾方面。

（1）盡量采用非爆破開挖代替爆破開挖。盡管采用精細控制爆破方法可能會減小爆炸沖擊對玉石的損傷，但這種方法技術要求較高，且安全性改善有限。

（2）自行設備最好能直接進入采場。由于采出玉石的塊度一般較大，依賴人工搬運的勞動強度太大，很難提高生產效率。

（3）由于玉石礦脈與圍巖的界限非常清晰，圍巖中幾乎不含玉石，因此，采礦過程中最好能將圍巖留在原地支撐采空區。這樣，既能保證空區安全，也能減小運輸成本和廢石處理成本。

由此，進一步根據礦山開采現狀，提出了采用分層上向垂直走向進路切割干式充填法和分層上向沿走向進路切割干式充填法代替原有采礦方法的思路，其中前者用于開采礦體厚度大于5 m的玉石礦，后者用于開采礦體厚度小于等于5 m的玉石礦。兩種采礦方法的標準方案分別如圖1和圖2 所示。

圖1 分層上向垂直走向進路切割干式充填法

圖2 分層上向沿走向進路切割干式充填法

由圖1和圖2可知，兩種采礦方法的主要區別就是礦體厚度大于5 m的礦塊垂直走向布置，礦體厚度小于5 m的礦塊沿走向布置。

3 采礦方法設計

3.1 分層上向垂直走向進路切割充填法

3.1.1 礦塊布置及結構參數

階段高度為50 m，礦塊長度為50 m，礦塊寬度為礦體水平厚度；分段高度為11～16.5 m，分層高度為5.5 m，進路寬度為6 m，頂柱為6 m，間柱8～10 m，不留底柱。礦房內留設寬度為6 m的礦柱，保證垂直走向回采進路最大暴露面積在200 m2以內，留設房內礦柱時要保證上下中段的礦柱直立對應。

3.1.2 采準切割

采準、切割工作主要包括階段運輸巷道、采區斜坡道、分段巷道、分層聯絡道及脈內分層聯絡平巷、回采進路、人行通風天井。

設計沿礦體走向布置礦塊，階段運輸平巷布置在礦體下盤15～20 m巖石較穩固處。每50 m劃分為一個礦塊。

在礦體下盤巖移界限外布置斷面為4.45 m×4.0 m的采區斜坡道。斜坡道坡度為10%～12%，彎道半徑為8～10 m，每11～16.5 m高自斜坡道向礦體開掘分段巷道（沿礦體走向布置），把采場人行通風天井（或西、東風井）連接起來，作為出礦、通風、設備的通道。

采用分層聯絡道與分段巷道、脈內分層聯絡平巷連通，聯絡道、聯絡平巷、分段巷道斷面均與采區斜坡道相同。

分層高度為5.5 m，每個聯絡道負擔2～3個分層的開采。脈內分層聯絡平巷沿礦體走向布置在礦體內，把所有進路連接起來，作為脈內出礦、通風、設備的通道。自脈內分層聯絡平巷垂直礦體走向掘進回采進路。每個分層巷道內根據實際情況可設置2個左右分割硐室。在采區斜坡道與分層巷道連接的聯絡道附近設置沉淀池。

3.1.3 回采工藝

回采進路垂直走向布置。進路間距為6 m，同一分層內，回采進路之間相互平行，進路斷面為6 m×5.5 m。

（1）落礦。回采（切割）前在要回采的玉石下部用鋼架+圓木將其墊實。依據采礦結構參數，回采設備采用DC-CS3000型硐室開采鏈臂鋸和ZY-37G-6P繩鋸機。設計開采玉石塊度暫定截面塊度為（1～1.3）m×（1～1.3）m×（1～1.3）m，采場切割出玉石最大塊度禁止超過叉車搬運能力，不許超過6 t。采用DC-CS3000型硐室開采鏈臂鋸分別切割玉石塊體的上下平面和兩側立面。先切割礦體的下平面，切割完成后用木質楔子墊在鋸縫內，為以后搬運出塊體提供空間。上下平面及兩側立面切割完成后，由下平面插入導向輪，然后穿入ZY-37G-6P繩鋸機的金鋼石串珠索鋸，開始切割玉石塊體的立向背面。

（2）出礦。玉石塊體切割完畢后，采用XJ953-16D型16 t叉車將塊體搬運至運礦車內，直接運至地表的臨時礦石堆場。大塊可在采場或分割硐室內分割成小塊體，均采用16 t叉車搬運。

（3）采場通風。采場內無需爆破，回采過程中全程使用噴水切割，濕式作業，作業人員均佩戴防塵口罩，每個進路配一臺JK58-1No3.5型局扇，進入采場的風流滿足工作人員需風量即可。階段運輸巷道新鮮風流→采區斜坡道→分層聯絡道→回采進路（借助局扇壓風）清洗回采工作面→人行通風天井（或西、東風井）→污風排至上階段回風巷道。

在實際鉆進施工過程中，如果發現護筒中排出的水分以及泥漿中出現氣泡問題，或是護筒中水位突然下降都表明存在筒壁坍塌問題。產生此類問題主要原因是因為施工區域土質較為松散，泥漿護壁較差，在上述護筒埋設過程中牢固性較差，護筒中存在較多污水。鉆頭在鉆孔過程中轉速較快，成孔之后待灌混凝土時間較長。可以在松散度較大的土層中埋設護筒，將回填土有效密實。使用的泥漿優質性較高，能夠提升泥漿比重與土質黏度。對護筒適度升高，終孔之后補給適量泥漿，確保水頭高度得到有效控制。然后對鋼筋籠質量進行控制，避免鋼筋籠制作中出現較大變形問題。在實際吊放過程中要對準孔位，對灌注速度進行控制[3]。

（4）撬毛、支護。對采場頂板穩固性分級，并實施安全確認制度。切割后的采場頂板無爆破擾動，穩定性好，一般不需要支護。對采場內局部不穩固處浮石，采用JY-5多功能服務車進行撬毛工作，對頂板或兩幫不穩固處采用錨桿或錨桿加金屬網支護。

（5）礦柱回采及充填。礦塊留設的礦柱不予回采。進路回采完畢，拆除水管線，采用UK-12型礦用運礦卡車運輸廢石、配以WJD-2鏟運機充填 進路。

3.2 分層上向沿走向進路切割充填法

3.2.1 礦塊布置及結構參數

階段高度為50 m，礦塊長度為50 m，礦塊寬度為礦體水平厚度；分段高度為11～16.5 m，分層高度為5.5 m；進路寬度為4～6 m，頂柱為6 m，間柱為8～10 m，不留底柱。保證空區最大暴露面積在400 m2以內，留設礦柱時要保證上下中段的礦柱直立對應。

3.2.2 采準切割

采準、切割工作主要包括階段運輸巷道、采區斜坡道、分段巷道、分層聯絡道及回采進路、人行通風天井。采用分層聯絡道與分段巷道、回采進路連通，聯絡道、分段巷道斷面均與采區斜坡道相同。回采進路沿礦體走向掘進。除以上內容以外，其余均與“垂直走向布置采準切割”設計相同。

回采進路沿走向布置，同一分層內布置一條回采進路，進路斷面為（4～5）m×5.5 m。落礦、出礦、采場通風、支護、礦柱回采及充填等工藝均與分層上向垂直走向進路切割充填法相似。

3.3 效果分析

在礦山選定的區域開展了采礦方法試驗，新的采礦方法克服了既有的以爆破為基礎的采礦方法存在的炸藥單耗高和原礦完整性低的缺點。現場統計還表明，新的采礦方法獲得完整大塊玉石的比例由既有方法的不到50%提高至80%以上，礦石回采率也從不到45%提升至55%左右，經濟效果非常顯著。

4 結論

針對吉林省某玉石礦存在的成材率低、安全性差和回采率的難題，根據不同玉石礦體的厚度，提出了分層上向垂直走向進路切割干式充填法和分層上向沿走向進路切割干式充填法兩種非爆破采礦方法，并進行了工程設計。現場試驗表明，與既有采礦方法相比，新的采礦方法取得了顯著的經濟效益，玉石成材率和礦石回采率都得到了大幅提升。