低品位傾斜中厚礦體充填采礦法優選

曾令義

(1.長沙礦山研究院有限責任公司； 2.國家金屬采礦工程技術研究中心)

引 言

某鉛鋅礦是以開發鋅、鉛為主的多金屬礦山，礦山采用地下開采方式，主副井+斜坡道聯合開拓。井下礦體分期開采，580 m水平以上為一期開采范圍，580 m水平以下為二期開采范圍。礦山設計生產能力330萬t/a。自投產以來，一直采用分段鑿巖階段空場采礦法進行回采，并于2017年4月達產。經過數年的生產，采用空場采礦法進行回采暴露出以下問題：①礦柱回收技術難度大，采礦損失大。采用空場采礦法回采需留設大量的礦柱[1-4]，且回收技術難度大，造成礦產資源的大量損失。②空場采礦法回采遺留大量采空區，采空區敞空存放安全隱患大，后期處理成本高。③目前的空場采礦法難以適應深部礦體的開采條件。進入深部后，礦體傾角進一步變緩，現有的空場采礦法回采緩傾斜厚大礦體存在難度，為保證回采作業的安全可靠，礦塊預留的礦柱比例更高，將造成更大的采礦損失貧化。

鑒于此，該鉛鋅礦聯合長沙礦山研究院有限責任公司開展了深部礦體采礦方法優化的科研攻關，確定深部礦體整體由空場采礦法轉為充填采礦法開采[5]，并確定了不同開采技術條件下礦體的具體充填采礦方法及工藝。本文主要介紹了該礦山傾斜中厚礦體的充填采礦方法及設計技術經濟指標,以期為采礦方法的優選提供理論支撐。

1 開采技術條件

1.1 工程地質條件

礦體的直接圍巖主要為白云石大理巖和絹云石墨片巖，間接圍巖為片巖、石英巖。除地表風化裂隙帶、局部大的斷層構造帶及隱伏的破碎帶，穩定性稍差外，礦山多數礦體屬Ⅲ級中等穩固巖體。

1.2 水文地質條件

礦區水文地質勘查類型以裂隙為主，頂底板直接進水，該礦床屬水文地質條件中等的裂隙充水礦床。

1.3 礦體特征

根據礦體特征分類統計結果，該鉛鋅礦礦體類型以傾斜—急傾斜厚大礦體、傾斜—急傾斜中厚礦體為主，其次為緩傾斜厚大盲礦體、緩傾斜薄礦體和急傾斜薄礦體。其中，傾斜—急傾斜中厚礦體平均厚度12～15 m，傾角42°～45°，鋅平均品位2.34 %，鉛平均品位0.53 %，品位極低。

2 充填采礦方法初選

2.1 采礦方法優化原則

1)生產作業安全。必須保證人員在開采作業過程中的人身安全。

2)選擇生產成本低的采礦方法。使企業在不同市場價格條件下均能取得良好的經濟效益。

3)采礦方法生產能力能滿足礦山生產能力要求。

4)采礦損失貧化低。能有效控制貧化，提高出礦品位，同時盡可能多地回收礦產資源。

5)新舊采礦方法能順利銜接，確保礦山生產平穩過渡，同時最大限度地利用現有工程和設施。

6)充分消化礦山勘查、生產探礦資料，以及礦山已有的科研技術成果和生產實踐經驗。

2.2 采礦方法初選方案

根據上述開采技術條件，可選的充填采礦方法有分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法和上向水平分層充填采礦法。

2.2.1 分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法

該采礦方法沿礦體走向劃分礦房和間柱，采場底部布置集礦塹溝、裝礦進路，礦柱頂掘進充填回風穿脈，作為礦房回采過程中回風和充填的通道。礦房在階段上劃分為數個分段，由分段平巷向礦房兩側間柱掘進分段穿脈，沿礦體下盤邊界掘進脈內分段鑿巖巷，在分段鑿巖巷內進行中深孔鑿巖爆破。在礦房中間布置切割槽，中間向兩側后退回采，上分段超前下分段形成倒梯形的回采工作面，礦石落入底部塹溝后鏟運機出礦，階段空場后采用低灰砂比的尾砂膠結充填[6-9]。

結合該礦山實際開采技術條件，設計礦塊長度60 m，間柱寬6 m，采場高為階段高度50 m，分段高度14 m，頂柱高度8 m。采場回采時，在分段鑿巖巷中采用中深孔鑿巖設備施工上向扇形中深孔，裝藥器裝填粉狀硝銨炸藥，非電毫秒導爆管雷管起爆網絡起爆，崩落礦石采用3 m3鏟運機自底部結構出礦，出礦完畢后采用低灰砂比充填料漿對采空區進行充填。

分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法典型方案見圖1，設計主要技術經濟指標見表1。

圖1 分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法典型方案示意圖

表1 分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法主要技術經濟指標

2.2.2 上向水平分層充填采礦法

該采礦方法沿礦體走向布置礦塊，礦塊間留設間柱，回采過程中視采場礦巖穩固情況留設規則或不規則的點柱，礦塊留設底柱，底柱中布置進風濾水井，礦體上盤布置充填回風井。下盤脈外布置平行走向的分段平巷，垂直走向布置分層聯絡道，垂直方向上劃分為分段，每個分段再劃分為分層，從下至上逐層回采。回采時以充填體為工作底板，淺孔鑿巖落礦，崩落的礦石由鏟運機運至采場脈外溜井，每循環后采場留有一定的工作高度作為回采的工作面和崩礦自由面[10-12]。

結合該礦山實際開采技術條件，設計礦塊長60 m，間柱寬4 m，采場高為階段高度50 m，分段高度14 m，底柱高5～6 m，采場中留設的點柱規格為3 m×3 m～4 m×4 m。采場自下而上分層回采，分層內采用鑿巖臺車施工似水平淺孔，人工裝填卷狀炸藥，非電毫秒導爆管起爆，崩落礦石采用3 m3鏟運機出礦，分層回采出礦完畢后進行充填，待充填體澆面層達到設計強度后即可轉層，如此循環直至整個采場回采完畢。

上向水平分層充填采礦法典型方案見圖2，設計主要技術經濟指標見表2。

圖2 上向水平分層充填采礦法典型方案示意圖

表2 上向水平分層充填采礦法主要技術經濟指標

3 采礦方法比選

3.1 技術對比

1)作業安全方面。從2種備選采礦方法的作業工藝特點來看，分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法的人員設備均在巷道中作業，而上向水平分層充填采礦法人員設備均需反復暴露在較大面積的頂板下，因此分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法的安全性要明顯優于上向水平分層充填采礦法。

2)生產能力方面。分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法的采場生產能力(450 t/d)較上向水平分層充填采礦法的生產能力(200 t/d)優勢明顯。

3)采礦方法變革對礦山的影響程度。該鉛鋅礦前期一直采用分段鑿巖階段空場采礦法進行回采，相應作業人員及設備配置齊全，經驗豐富，若采用分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法則采礦方法變革輕車熟路；上向水平分層充填采礦法對礦山來說則是一種全新的采礦方法，管理及作業人員經驗欠缺，同時需購置相關新設備，采礦方法變革須有一個過渡期，對礦山生產影響較大。

4)貧損指標控制方面。上向水平分層充填采礦法采用淺孔分層落礦，對礦體產狀的變化適應性更好，回采邊界更容易控制，因此其在貧損指標控制方面要明顯優于分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法。

3.2 經濟效益對比

分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法和上向水平分層充填采礦法的經濟效益對比見表3。從表3可以看出：按照年采出礦量66萬t考慮，分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法可創造經濟效益1 835.4萬元/a，而上向水平分層充填采礦法可創造經濟效益896.4萬元/a。

表3 采礦方法經濟效益對比結果

3.3 采礦方法推薦

從上述比較分析可以看出，技術方面分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法在作業安全、采場生產能力、采礦方法變革對礦山生產的影響方面要優于上向水平分層充填采礦法，但在貧損指標控制方面則上向水平分層充填采礦法占優勢。從經濟效益對比方面來看，在年產66萬t礦石條件下，分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法的經濟效益要遠遠大于上向水平分層充填采礦法。

綜合上述分析，推薦采用分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法回采該礦山的傾斜中厚礦體。

4 結 論

1)結合該鉛鋅礦傾斜中厚礦體開采技術條件及現有采礦方法存在問題，對現有采礦方法進行了變革優化。經技術經濟比較分析，推薦采用分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法回采該傾斜中厚礦體。

2)該鉛鋅礦傾斜中厚礦體采用分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法回采，設計采場生產能力為450 t/d，采礦損失率22 %，礦石貧化率13 %，采礦直接成本為39.18元/t，充填成本為12.65元/t。

3)按傾斜中厚礦體年采出礦量66萬t計算，采用分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法回采，每年可創造經濟效益1 835.4萬元，經濟效益較好。