急倾斜薄矿脉安全高效开采方法的选择

杨勃　陈庆凯　张姝敏

摘 要：针对上下盘围岩不稳固急倾斜破碎薄矿脉，提出分段矿房嗣后充填法、分段凿岩阶段出矿嗣后充填法、无底柱分段崩落法等三种可行的采矿方法。通过技术指标、效率、优缺点等多方面比较和分析，最终选择采用无底柱分段崩落法开采该矿脉。

关键词：急倾斜薄矿脉 无底柱分段崩落法 中深孔落矿

中图分类号：TD853 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0095-02

急倾斜薄矿脉安全高效开采历来是个难题，很多采矿工程师和学者对此问题进行了研究，提出一些具体的方案，但多数方案的矿体及围岩的赋存条件比较好，矿岩的稳固性均在中等以上。当急倾斜薄矿脉的上下盘不稳固时，如何实现安全高效开采则是个更难的问题。

1 矿体开采条件

某矿山6#矿体呈脉状产于断裂构造中，矿脉控制长180 m，水平厚度0.8～3.0 m，倾角60°～75°，品位1～3 g/t，脉壁光滑呈舒缓波状。矿石类型为含金黄铁矿构造蚀变岩型，矿石较破碎，有一定的粘结性，主要由破碎蚀变岩组成，金属硫化物呈浸染状、团块状、细脉状分布于破碎蚀变岩中，沿脉探矿巷道稳定性差，掘进7～10 m，无支护条件下，出现塌方。围岩为斜长角闪片麻岩，节理裂隙发育，上下盘整体稳固性较差。矿区地表主要为荒山，允许崩落。

目前，矿山主要采用削壁充填法和浅孔留矿法采矿。由于6#矿体变厚且破碎，围岩稳固性较差，继续采用传统采矿方法，工人在顶板下作业，极不安全，而且生产效率低下。因此，根据矿体赋存条件，研发安全高效的采矿方法，势在必行。

2 可行的开采技术方案

2.1 分段矿房嗣后充填法

分段矿房嗣后充填采矿法是国际上广泛应用的一种采矿方法，该方法的机械化程度较高，生产效率高，适用于开采矿体厚度大于1 m、顶底板稳定性好的矿体。

（1）采场结构参数。

阶段高度40 m，将阶段划分为三个分段，分段高度13.3 m，采场长50 m，宽度为矿体厚度。不留顶住、不设底柱，平底结构出矿，出矿进路间距5～6 m。

（2）采切工程。

下盘脉外布置设备井，间距150 m，联通每个分段运输巷，下盘布置脉外溜井，间隔100 m，中段内部回采顺序自下而上，从最下分段开始回采，沿脉布置凿岩巷道，在采场中央布置切割天井。平巷的规格为（宽×高）2.0 m×2.3 m。

（3）回采工艺。

在脉内凿岩巷道中，沿矿体倾斜方向钻凿上向平行中深孔，排距1.2～1.5 m，孔距0.8～1.2 m，以切割天井为自由面进行落矿，自切割井向两侧退采，每次爆破2～6排炮孔，采用铲运机或扒渣机出矿，矿车运矿。采场矿石运出后，进行空场嗣后废石充填。

2.2 分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法

分段凿岩阶段出矿嗣后充填法适用于矿体较规则，可用重力放矿，矿岩较稳固的急倾斜薄矿脉。

（1）采场结构参数。

采场长度为60 m，宽度为矿体厚度，阶段高40 m，分段高13 m。留顶住3 m，不留底柱，平底结构出矿。

（2）采切工程。

采准工作主要包括下盘人行通风井、间距6～8m的阶段出矿穿脉。切割工程包括下盘脉外0.5m处靠近切割巷道布置的切割井，分段凿岩巷，以及分段凿岩巷道与人行通风井之间的联络巷道。

（3）回采工艺。

在凿岩巷中打上向平行中深孔，孔深11 m左右，抵抗线1.2～1.5 m，炮孔排面角前倾80°。凿岩时，孔底至各井巷边界保留0.5 m，不凿穿，以免影响围岩的稳定性。回采时，以切割井为自由面，拉开切割槽，自中央的切割槽向两侧退采。回采工作顺序在中段内自上而下进行，上分段超前下分段6～8 m，形成梯段式回采。

2.3 无底柱分段崩落法

在开采急倾斜薄矿脉方面，无底柱分段崩落法是近年发展起来的一种高效采矿方法，在国外一些矿山得到了成功的应用。

（1）采场结构参数。

采场沿矿体走向布置，长50 m，宽为矿体水平厚度，阶段高40 m，将阶段划分为三个分段，分段高13.3 m。不留顶底柱，不留间柱，平底结构出矿。

（2）采切工程。

沿脉布置凿岩巷道，在矿体下盘布置脉外分段运输巷道。在分段运输巷中每隔25 m掘进出矿穿脉与凿岩巷道联通。每100 m布置一条设备井，联通各个分段。在矿体下盘每隔50 m布置一条溜井，倾角65°。在采场中部每隔50 m布置一条切割井。

（3）回采工艺。

从最上分段开始回采，在凿岩巷道中沿矿体倾斜方向布置上向平行中深孔，以采场中部切割槽为自由面，沿走向方向按步距分次爆破，后退式开采。排距1.2～1.5 m，孔距0.8～1.2 m。崩落的矿石在上部和侧部崩落覆盖岩石下从回采巷道底部放出，采用铲运机出矿。

在回采过程中，采取多分段同时回采的方式。上部分段要超前下部分段进行回采，其超前距离为20～30 m。第一分段采取控制放矿，仅放出崩落矿量的25%～30%，为下一分段创造覆盖层。方案如图1所示。

（4）方案技术要点。

①覆盖层的形成与维护。

分段崩落法的基本特征之一是在覆岩下放矿，回采时必须保证一定厚度的覆盖层。对于急倾斜薄矿脉，一般要求最上部分段要有一个分段高度的崩落岩层，就能满足正常崩矿回采的条件。因此，本方案回采时第一分段控制出矿25%～30%，第二分段视采空区上下盘围岩自然冒落情况，控制出矿50%～80%。

②放矿控制。

对于急倾斜薄矿脉矿体采用无底柱分段崩落法，属于受上下盘边壁约束条件下的单漏口放矿，其散体的流动受到上下盘的约束，放出体发生变异，因此在该条件下如何确定采场的结构参数（分段高度、崩矿步距），采取何种放矿方式（无/低贫化放矿、截止品位放矿）是本方案成功的关键问题之一。

③中深孔控制爆破技术。

薄矿脉窄幅采场中深孔爆破时，受自由面限制，爆破将受到较大的夹制作用，因此开展该条件下的中深孔控制爆破技术，优化采场回采爆破参数，控制爆破块度，降低炸药单耗，减少爆破的超欠挖等，也是本方案成功的关键问题之一。

3 采矿方案的比较及优选

调查国内外急倾斜薄矿脉矿山的采矿方法，可以发现以上三种采矿方案均有不同程度的推广应用。澳大利亚的Daisy Milano金矿与Long Shaft镍矿采用分段空场嗣后充填采矿法；加拿大的多姆金矿和澳大利亚的Bullen金矿采用中深孔落矿分段凿岩阶段出矿的分段空场采矿法。德国的累德里希铅锌矿和法国的萨尔西尼金矿采用无底柱分段崩落法开采急倾斜薄矿脉。因此通过对国内外相似矿山的类比分析，在急倾斜薄矿脉条件下，以上三种待选方案技术上都是可行的，但其各自的优缺点不同，汇总比较如表1所示。

对比三个方案的技术指标及优缺点可以看出，分段凿岩阶段出矿嗣后充填法的千吨采切比最小，分段崩落法其次，分段矿房法最大。但是由于分段崩落法无需嗣后处理采空区，崩矿及出矿以每个步距为最小单位，因此其不受矿体边界、厚度变化的影响，可以采用无轨设备出矿，生产灵活，生产能力较大，同时矿区位于山区，周围无村落人家，地表允许崩落，因此其具有空场法无法比拟的优势。针对围岩整体稳固性较差，崩落矿石具有一定的粘结性，要求“快崩快出”，空场采矿法的综合优势不如崩落法，综合分析比较，推荐采用无底柱分段崩落法进行6#矿脉的开采。

4 结论

（1）基于矿岩不稳固急倾斜薄矿脉开采条件，通过方案比较分析，提出了无底柱分段崩落法。

（2）采用无底柱分段崩落法开采急倾斜薄矿脉具有安全高效的特点。

（3）中深孔控制爆破技术和损失贫化控制方法是采用无底柱分段崩落法进行薄矿脉开采的关键技术。

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