某金礦緩傾斜較穩固厚大礦體采礦方法優選研究

孫勝 陸宇超 楊學臣

（招金礦業股份有限公司大尹格莊金礦，山東煙臺 265400）

0 引言

某金礦大部分礦體為緩傾斜較穩固厚大礦體，近年來應用點柱式上向水平分層充填采礦法提高了回采速度，但存在問題較多：一是礦山設計點柱尺寸4×4m2，點柱間跨度約4～7m，統計現階段由于留設礦柱增大的損失率約27%；二是上盤主斷裂面被揭露出來后，易發生掘進冒落和垮塌等現象，靠近上盤三角礦柱暫時沒有安全開采方案[1，2]。為緩解資源浪費帶來的生產壓力及進一步提高回采安全系數，迫切需要對該礦緩傾斜較穩固礦體回采進行詳盡調研分析，優選出更適合的采礦方法。

1 穩固性較好的礦體采礦方法初選

根據該金礦開采條件，初步選定垂直礦體走向上向水平分層充填采礦法、中深孔菱形礦塊分段充填采礦法進行對比分析。

1.1 工藝特點及安全性分析

垂直礦體走向上向水平分層充填采礦法、中深孔菱形礦塊分段充填采礦法生產工藝技術和安全性能的對比情況如下：

（1）垂直礦體走向上向水平分層充填采礦法：每分層回采后及時分層充填，回采過程中不需要留設礦柱，其損失、貧化率低；同時分層淺孔回采可以較大限度回收礦體，對礦體的適應性強；回采空頂高度小，上、下盤的暴露高度小，能較好的保障作業安全。

（2）中深孔菱形礦房分段充填采礦法：鏟運設備和作業人員無需進入采場內施工作業，安全程度高；應用分段中深孔鑿巖爆破技術，出礦能力大。但是，根據該礦的開采技術條件，受礦體傾角及礦體上盤穩固程度的影響，該法在應用時還會出現許多問題。采用該采礦法回采時，需要縮短空區暴露時間，制定頂板垮塌應對方案。同時由于礦體傾角緩，所以對于下盤邊孔角的控制是該方法的致命難點[3]。

1.2 采礦方法經濟效益對比

通過計算，該礦垂直礦體走向上向水平分層充填采礦法、中深孔菱形礦塊分段充填采礦法的單位資源量利潤分別為197.42 元/t 和138.79 元/t，經濟效益均較好。與點柱式采礦法相比，提高6.85～65.48元/t，能夠顯著提高礦山經濟效益。

綜合上述分析，垂直礦體走向上向水平分層充填采礦法雖然對護頂工藝要求高，但其回采工藝簡單，生產能力大，損失貧化率低，而且該礦的井下工人經過多年的礦山開采，在分層充填方面已經積累了大量經驗，更有利于該法下一步的推廣應用。中深孔菱形礦房分段充填法雖然具有回采安全性高、生產能力大等優點，但是對于邊孔角的控制不到位會引起大量礦石資源的損失貧化，而且采切工程投入量也大，成本較高。因此，當厚度在15m 以上的礦體穩固性較好時，推薦使用垂直礦體走向布置的上向水平分層充填采礦法。

2 回采順序優選

垂直礦體走向上向水平分層充填采礦法根據回采順序不同，可分為凸型階梯式、三角型階梯式、盤區交錯式三種，從四方面對這三種回采順序進行綜合分析[4]。

2.1 穩定性分析

凸型階梯式開采可形成承載拱，應力分布良好；三角形階梯式具備部分承載拱功能，穩定性相對于凸型階梯式略差；盤區交錯式二步開采壓力聚積在充填體上，穩定性最差。

2.2 生產能力分析

通過計算分析可知，盤區交錯式、凸型階梯式、三角形階梯式平均每個中段的采場生產能力分別可實現2745t/d、2310t/d、2124t/d。三種布置方式中盤區交錯式生產能力最大，但該礦礦體賦存厚度層次不齊，并不是所有位置都是厚大礦體，還有一大部分厚度小于15m 的礦體不能使用上述方法開采，為滿足礦山生產能力5000t/d，應確保中段生產能力的最大化，因此盤區交錯式優勢最大。

2.3 生產成本比較分析

分別計算三種回采順序的充填成本，其中凸型階梯式、三角型階梯式大約為36.18 元/t，盤區交錯式大約為22.17 元/t，盤區交錯式在充填成本方面優勢顯著。

2.4 生產組織管理

盤區交錯式的生產組織便捷，可充發揮設備的高效率，另外兩種方式盤區之間的相互影響較大，設備無法高效運行。

2.5 回采順序選擇

通過進行多方位比較分析，對厚度大于15m 的穩固性礦體推薦應用盤區交錯式進行回采。

3 工藝參數優化

3.1 主要采場結構參數

設計具體采場結構參數如下：每個中段沿礦體走向劃分盤區，每個盤區寬度為60m，長為區域礦體厚度。中段高程為60m，在下部留設6m的底柱，無頂柱和間柱。采場垂直礦體走向布置，分礦房、礦柱兩步回采。根據數值模擬計算，15m 劃分一個礦塊，一步寬度8m，二步寬度7m。

3.2 采切工程量計算

采切井巷合計總長2090.6m，約形成14972.7m3掘進量，采切比14.24m/kt。

3.3 采場回采順序

一步比二步應超前3個分層，交錯回采的同時逐步向上推進，一、二步采場在實際回采時應盡可能在同一水平上回采；為實現盤區內采場采、充循環，同一個盤區內一步或二步采場超前高度均不能超過1個分層高度，以避免形成應力集中。

3.4 采場頂板管理與支護

無論是一步驟采場還是二步采場，采場最大控頂高度4.5m。采場采用長錨索加噴漿支護，錨索長度12m，錨索網度2.5m×2.5m，對于特殊位置長度可調整為6m。當頂板巖石不穩固時，可適當縮小網度到2.0m×2.0m。施工原則上先錨后噴，每個分層開采完后剪掉漏出來的錨索，對采場頂板進行噴漿。按此順序循環進行開采，當開采3 層后，需重新打長錨索，再按上述方式進行回采。二步采場的兩側均是充填體，穩定性差，此時如果單使用噴漿加錨索支護，頂板仍可能有冒落危險，所以，在長錨索之間還應安裝網度為0.8×0.8m 網度的錨桿和金屬網片，組成噴漿+錨索+錨桿網聯合支護系統。

3.5 充填材料及強度要求

一步、二步在回采初期要求對前2個分層使用全尾砂膠結充填，28 天強度2MPa。一步采場從第三分層以上采用上下不同的配比料漿充填，上部0.5m，3天強度0.5Mpa，下部2.5m，28 天強度1Mpa。二步采場從第三分層開始可用尾砂充填。

3.6 采場綜合生產能力計算

一步采場斷面尺寸為寬8m、高3m，每次進尺4m，每循環崩礦量261.1t；二步采場斷面尺寸為寬7m、高3m，每次進尺4m，每循環崩礦量228.5t。

4 結論

（1）當緩傾斜穩固礦體厚度大于15m 時，相較于點柱式上向水平分層充填采礦法和中深孔菱形礦塊分段充填采礦法，垂直礦體走向上向水平分層充填采礦法更加適合該礦地質開采條件。

（2）通過對三種開采順序分析，盤區交錯式在穩定性上較差，在其他方面要優于另外兩種開采順序。

（3）對盤區交錯式垂直礦體走向上向水平分層充填采礦法主要采場結構參數、回采順序、頂板支護、充填工藝進行了設計和優化。