草原生态绿色环保矸石充填采矿方法优化研究

曹学勇+赵杰+刘兴宇+毕亚强+李纪玉

摘 要：本公司地处内蒙古锡林郭勒盟最美丽富饶的草原地带，随着开采规模及深度的加大，草原水系破坏及地表坍塌造成的沙化严重，从而给企业带来了巨额的绿垦费用。通过该方法的优化，企业提高了机械化程度，降低了员工劳动强度，生产效率有了很大提高；安全生产环境有了大幅改善，尤其对草原植被的保护得到了当地政府的一致好评，从而给企业带来了丰厚的利润。

关键词：采矿方法优化 机械化 草原环保 安全高效

中图分类号：TD8 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0073-04

1 概况

锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿业有限公司是山东黄金集团全资子公司，公司于2010年4月15日收购该企业，是锡林郭勒盟和东乌珠穆沁旗重点企业。公司年设计开采能力60万吨，主要生产铅、锌、银精粉。选厂日处理能力1000 t，公司接手后经过扩建现已达到日处理能力2500 t。并拥有探矿权8处，探矿面积316.8 Km2。

1.1 矿区自然地理及经济条件

（1）矿区位置与交通条件。

矿区位于内蒙古锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗满都镇辖区内，处在东乌珠穆沁旗的东北方向，距离约225 km。

交通以公路运输为主。东乌旗政府所在地乌里雅斯太镇距北京约800 km，东乌旗到满都镇190 km，满都镇到矿区35 km，有简易公路相接，交通条件尚可。

（2）矿区自然地理。

矿区地处内蒙古高原，海拔高度一般在920～1060 mm之间，其中阿尔哈达山海拔高1056 m，区内切割程度较浅，相对高差多在100 m以下，为丘陵区，地形相对平缓，地表植被发育，为大面积草原牧场。

该区属典型的大陆性季风气候，风季长，最大风力8级以上，年平均气温2.5 ℃，最低气温-37.4 ℃，最高气温38 ℃；年平均降水量242.9 mm，最大降水量为457.3 mm（1998年），主要集中在每年的6～8月份，约占全年降水量的51%，一日最大降水量为24.3 mm，年平均蒸发量1596 mm。

（3）区域经济。

矿区内粮食、蔬菜、日用品及设备、原材料等均需由东乌旗及霍林河市供应。

1.2 矿床地质特征

（1）矿体特征。

矿体主要分布在Ⅰ号矿脉带内，赋存在板岩及凝灰岩内。呈脉状、似层状、透镜状产出，局部膨大，有分支复合现象。沿走向呈豆荚状，矿体呈厚—薄—厚的趋势。矿体厚度多为1～6 m，局部富积地带达到25 m，走向280°～320°，倾向南西，矿体倾角25°～65°之间，多为35°～45°。经探矿工程控制主矿体下盘共圈定一百多条规模不等的矿体。

矿体以隐伏矿体和盲矿体为主，矿头埋深在12～93 m，矿体的赋存标高在330～977 m之间，走向延伸1000 m左右，矿体相互之间呈平行排列，相互之间距离4～100 m不等。

1.3 矿区水文地质及矿床开采技术条件

（1）矿区水文地质。

矿区位于额仁高毕复式向斜北翼，为一套向北缓倾的单斜构造。地下水的补给来源主要为大气降水，通过基岩出露区补给地下水。

（2）矿化蚀变带。

区内Ⅰ号矿体赋存于一系列北西向断裂带中，沿走向和倾斜方向呈舒缓波状，有分支复合等特点。早期为压扭性，从成矿初期到后期经历了从张扭性—压扭性多期构造运动，致使矿化蚀变带岩石破碎强烈。蚀变岩带宽一般在1～2 m，破碎带一般宽 0.10～1.00 m，并有0.2 m左右的灰白色断层泥和角砾岩。角砾成分为泥质扳岩或凝灰岩。角砾直径一般在5 cm左右。岩石较破碎，含水微弱。

1.4 矿床开采技术条件

本矿区的矿岩根据岩石形成时代、成因类型、岩性及工程地质特征，以及岩石的物理力学性质等，主要分为泥质粉砂质板岩、凝灰岩、铅锌矿体岩、矿化蚀变岩。根据地矿部门的计算及分析，区段内矿体及上下盘围岩，岩体质量等级属一般岩体，稳固性中等。

2 采矿方法

2.1 原有采矿法

结合阿尔哈达固有的矿体赋存条件，原采矿方法以空场采矿法为主，多为浅孔落矿留矿法，此类方法是将矿块划分为矿房和房柱，分两步回采，先采矿房后采矿柱。在回采矿房时采场临时留矿，主要起到继续上采的工作台作用，而对维护采场只是起着临时辅助支撑作用。回采几条成规模的矿体，多数规模较小的矿体受空区治理难度的限制都被搁置了。

2.2 存在的问题

此种采矿方法需做完采准、切割工程后才能进行回采作业，形成回采能力需要一定的周期，受特殊成矿条件影响采准切割工程多为人工作业效率低下，难易提高机械化设备的应用。

由于上盘围岩稳固性差，回采中需对上盘进行锚杆、串带支护，且临时支护撤离后上盘极易垮塌，导致预留的矿柱、间、顶柱无法进行回收，造成支护量和损失量都很大。

随着开采深度的下移，采空区面积增大，受地表厚大砂层影响，春夏两季大量雨水沿裂隙空区渗入到井下形成自然垮塌，导致地表塌陷区逐年扩张，对草原植被产生了一定程度的破坏，矿山每年要额外支付昂贵的草原补贴费。

草原植被生长繁殖所需的水分主要来自冬季的化雪和春夏两季的自然降水，年降水量的流失导致矿区周围草原植被繁殖期增长，草原沙化日益严重，草原生态环境遭受破坏。

鉴于以上原因，为了提高生产效率，降低两率指标，提高回收率，提高科学化组织生产管理，保护草原原生态平衡发展，进行采矿方法优化。

2.3 采矿方法优化

山东黄金集团并购该公司后，秉承建设绿色环保矿山的理念积极与当地政府部门洽谈磋商，致力于采矿方法的优化研究，采用矸石充填上向分层机械化采矿法。endprint

见图1～4所示。

总体思路：斜坡道为机械化采矿盘区，采用折返式脉内布置方式；中段运输沿用漏斗放矿、有轨电机车运输方式，与现有生产系统接口，巷道掘进的废石为充填骨架材料，来源丰富，即减小运输提升费用，又减少废石场占地面积。

技术方案：采准工程布置方案设计及优化：针对待采矿脉赋存特点，研究脉内采准布置方式，脉内斜坡道，脉内溜井、脉内充填巷道的设计应用，降低了采准工程成本，减少了采掘废石量的产生；斜坡道规格设计满足设备安全运行要求，设计坡度满足设备需要；废石充填采用铲运倒运方式。

脉内斜坡道采准先行，同时满足探矿需要，为后续的分层采矿提供通风、充填、出矿等条件；主要的脉内采准工程有：斜坡道、通风充填天井、顺路溜井等。

工序：斜坡道分层联络到回采分层，四周留设保安矿柱嗣后回收，首采分层回采结束后制作假底，每分层废石分段充填，留设2.0～1.5 m空顶；废石由铲运设备经充填天井卸载回采空区，机械平场，转层后对充填达不到高度段找平。顶板采用全支护，确保安全。

创新点。

（1）经济：脉内斜坡道采准工程布置，减少了脉外工程量，灵活布置探采结合工程，降低了探矿成本，提高了采切工程的价值；全废石充填采空区，充填材料就地取材，废物利用，减少了废石提升成本，经济效益明显。

（2）高效：斜坡道采准，为铲运机、坑内卡车等大型无轨采掘设备的应用提供条件。机械化提高了采矿效率，降低了采掘工人劳动强度；

（3）安全：充填处理采空区，消除了地表塌陷的安全隐患，为多中段平行作业提供安全技术支持；井下采空区得以治理很好的控制了地表塌陷区域的扩大。有效控制沙化范围，草原生态得以控制。

（4）成本低：采准工程位于脉内，基建废石填充采空区，节约了废石提升成本和地表废石堆存成本。

（5）技术经济指标先进：采矿损失率降低了9.7%，贫化率降低了6%，分层回采兼顾分层探矿和主采矿脉周围零星小盲矿体的回收，极大提高了资源利用率。

3 经济效益对比分析

为便于技术经济指标比较按照总部统一的定价、税率进行计算，掘进成本执行本单位实际结算合同价，经济盈利指标计算到采出矿工序，相对于本单位现有采矿法进行比较，选冶工艺不参与计算。

3.1 技术经济指标（以留矿法为对比）

上向水平分层废石充填采矿法相对于浅孔留矿法回采方案：

采切工程节约1370立方，考虑假底制作、废石充填的前提下，折合费用278.47万元。

金属量多回收4213.3-3708.7=504.6吨，价值691.3万元。

采矿量增加11.24-10.15=1.09万吨，采矿成本增加1.09*85=92.95万元。

相对盈利万元=691.3+278.47- 92.95=876.82万元。

由此可以推出结论：单就试验采场而言，该成果相对于浅孔留矿法回采，可多盈利876.82万元。

4 结语

该方法对于围岩不稳固，兼顾相邻薄矿体回采有明显效果，提高资源回收率。机械化设备的采用降低人工作业强度，大幅度提升了安全作业条件。结合上阶段工程投入废石回填井，更加提高回填效率从而提高回采效率。经济效益明显。

参考文献

[1] 解世俊.金属矿床地下开采[M].北京：冶金工业出版社，1990.

[2] 陈国山，翁春林，等.金属矿地下开采[M].北京：冶金工业出版社，2008.

[3] 邓秀跽.钱孔留矿法采矿的生产实践[J].现代矿业，2009（8）.

[4] 小型冶金矿山设计参考资料[M].冶金出版社，1981.endprint

见图1～4所示。

总体思路：斜坡道为机械化采矿盘区，采用折返式脉内布置方式；中段运输沿用漏斗放矿、有轨电机车运输方式，与现有生产系统接口，巷道掘进的废石为充填骨架材料，来源丰富，即减小运输提升费用，又减少废石场占地面积。

技术方案：采准工程布置方案设计及优化：针对待采矿脉赋存特点，研究脉内采准布置方式，脉内斜坡道，脉内溜井、脉内充填巷道的设计应用，降低了采准工程成本，减少了采掘废石量的产生；斜坡道规格设计满足设备安全运行要求，设计坡度满足设备需要；废石充填采用铲运倒运方式。

脉内斜坡道采准先行，同时满足探矿需要，为后续的分层采矿提供通风、充填、出矿等条件；主要的脉内采准工程有：斜坡道、通风充填天井、顺路溜井等。

工序：斜坡道分层联络到回采分层，四周留设保安矿柱嗣后回收，首采分层回采结束后制作假底，每分层废石分段充填，留设2.0～1.5 m空顶；废石由铲运设备经充填天井卸载回采空区，机械平场，转层后对充填达不到高度段找平。顶板采用全支护，确保安全。

创新点。

（1）经济：脉内斜坡道采准工程布置，减少了脉外工程量，灵活布置探采结合工程，降低了探矿成本，提高了采切工程的价值；全废石充填采空区，充填材料就地取材，废物利用，减少了废石提升成本，经济效益明显。

（2）高效：斜坡道采准，为铲运机、坑内卡车等大型无轨采掘设备的应用提供条件。机械化提高了采矿效率，降低了采掘工人劳动强度；

（3）安全：充填处理采空区，消除了地表塌陷的安全隐患，为多中段平行作业提供安全技术支持；井下采空区得以治理很好的控制了地表塌陷区域的扩大。有效控制沙化范围，草原生态得以控制。

（4）成本低：采准工程位于脉内，基建废石填充采空区，节约了废石提升成本和地表废石堆存成本。

（5）技术经济指标先进：采矿损失率降低了9.7%，贫化率降低了6%，分层回采兼顾分层探矿和主采矿脉周围零星小盲矿体的回收，极大提高了资源利用率。

3 经济效益对比分析

为便于技术经济指标比较按照总部统一的定价、税率进行计算，掘进成本执行本单位实际结算合同价，经济盈利指标计算到采出矿工序，相对于本单位现有采矿法进行比较，选冶工艺不参与计算。

3.1 技术经济指标（以留矿法为对比）

上向水平分层废石充填采矿法相对于浅孔留矿法回采方案：

采切工程节约1370立方，考虑假底制作、废石充填的前提下，折合费用278.47万元。

金属量多回收4213.3-3708.7=504.6吨，价值691.3万元。

采矿量增加11.24-10.15=1.09万吨，采矿成本增加1.09*85=92.95万元。

相对盈利万元=691.3+278.47- 92.95=876.82万元。

由此可以推出结论：单就试验采场而言，该成果相对于浅孔留矿法回采，可多盈利876.82万元。

4 结语

该方法对于围岩不稳固，兼顾相邻薄矿体回采有明显效果，提高资源回收率。机械化设备的采用降低人工作业强度，大幅度提升了安全作业条件。结合上阶段工程投入废石回填井，更加提高回填效率从而提高回采效率。经济效益明显。

参考文献

[1] 解世俊.金属矿床地下开采[M].北京：冶金工业出版社，1990.

[2] 陈国山，翁春林，等.金属矿地下开采[M].北京：冶金工业出版社，2008.

[3] 邓秀跽.钱孔留矿法采矿的生产实践[J].现代矿业，2009（8）.

[4] 小型冶金矿山设计参考资料[M].冶金出版社，1981.endprint

见图1～4所示。

总体思路：斜坡道为机械化采矿盘区，采用折返式脉内布置方式；中段运输沿用漏斗放矿、有轨电机车运输方式，与现有生产系统接口，巷道掘进的废石为充填骨架材料，来源丰富，即减小运输提升费用，又减少废石场占地面积。

技术方案：采准工程布置方案设计及优化：针对待采矿脉赋存特点，研究脉内采准布置方式，脉内斜坡道，脉内溜井、脉内充填巷道的设计应用，降低了采准工程成本，减少了采掘废石量的产生；斜坡道规格设计满足设备安全运行要求，设计坡度满足设备需要；废石充填采用铲运倒运方式。

脉内斜坡道采准先行，同时满足探矿需要，为后续的分层采矿提供通风、充填、出矿等条件；主要的脉内采准工程有：斜坡道、通风充填天井、顺路溜井等。

工序：斜坡道分层联络到回采分层，四周留设保安矿柱嗣后回收，首采分层回采结束后制作假底，每分层废石分段充填，留设2.0～1.5 m空顶；废石由铲运设备经充填天井卸载回采空区，机械平场，转层后对充填达不到高度段找平。顶板采用全支护，确保安全。

创新点。

（1）经济：脉内斜坡道采准工程布置，减少了脉外工程量，灵活布置探采结合工程，降低了探矿成本，提高了采切工程的价值；全废石充填采空区，充填材料就地取材，废物利用，减少了废石提升成本，经济效益明显。

（2）高效：斜坡道采准，为铲运机、坑内卡车等大型无轨采掘设备的应用提供条件。机械化提高了采矿效率，降低了采掘工人劳动强度；

（3）安全：充填处理采空区，消除了地表塌陷的安全隐患，为多中段平行作业提供安全技术支持；井下采空区得以治理很好的控制了地表塌陷区域的扩大。有效控制沙化范围，草原生态得以控制。

（4）成本低：采准工程位于脉内，基建废石填充采空区，节约了废石提升成本和地表废石堆存成本。

（5）技术经济指标先进：采矿损失率降低了9.7%，贫化率降低了6%，分层回采兼顾分层探矿和主采矿脉周围零星小盲矿体的回收，极大提高了资源利用率。

3 经济效益对比分析

为便于技术经济指标比较按照总部统一的定价、税率进行计算，掘进成本执行本单位实际结算合同价，经济盈利指标计算到采出矿工序，相对于本单位现有采矿法进行比较，选冶工艺不参与计算。

3.1 技术经济指标（以留矿法为对比）

上向水平分层废石充填采矿法相对于浅孔留矿法回采方案：

采切工程节约1370立方，考虑假底制作、废石充填的前提下，折合费用278.47万元。

金属量多回收4213.3-3708.7=504.6吨，价值691.3万元。

采矿量增加11.24-10.15=1.09万吨，采矿成本增加1.09*85=92.95万元。

相对盈利万元=691.3+278.47- 92.95=876.82万元。

由此可以推出结论：单就试验采场而言，该成果相对于浅孔留矿法回采，可多盈利876.82万元。

4 结语

该方法对于围岩不稳固，兼顾相邻薄矿体回采有明显效果，提高资源回收率。机械化设备的采用降低人工作业强度，大幅度提升了安全作业条件。结合上阶段工程投入废石回填井，更加提高回填效率从而提高回采效率。经济效益明显。

参考文献

[1] 解世俊.金属矿床地下开采[M].北京：冶金工业出版社，1990.

[2] 陈国山，翁春林，等.金属矿地下开采[M].北京：冶金工业出版社，2008.

[3] 邓秀跽.钱孔留矿法采矿的生产实践[J].现代矿业，2009（8）.

[4] 小型冶金矿山设计参考资料[M].冶金出版社，1981.endprint