叁沟矿缓倾斜中厚至厚矿体采矿方法研究

杨清林 孙德宁,2 于政海

(1.八家矿业股份有限公司；2.东北大学资源与土木工程学院)

叁沟矿缓倾斜中厚至厚矿体采矿方法研究

杨清林1孙德宁1,2于政海1

(1.八家矿业股份有限公司；2.东北大学资源与土木工程学院)

针对叁沟矿缓倾斜中厚至厚矿体的赋存条件，提出了分段空场嗣后充填法和胶结矿柱房柱法联合开采，介绍了联合采矿方法的采准、切割、回采、充填过程。结果表明：分段空场嗣后充填法能够较好地适应缓倾斜厚矿体，回采率高，成本低，经济效益显著，同时，房柱法又能很好地解决小矿体的开采问题，联合采矿方法取得了预期的效果，为矿山合理经济开采提供了依据。

缓倾斜中厚至厚矿体 分段空场嗣后充填法 胶结矿柱房柱法

缓倾斜中厚至厚矿体的开采一直是世界性难题，这类矿体通常倾角为5°～30°，厚4～40 m，在我国占有相当大的比例，据统计，我国18%铁矿储量，5%～9%有色金属矿山储量为该类矿体[1]。目前我国开采此类矿体的方法中，50%为房柱采矿法，35%为底盘漏斗采矿法，其他主要为分层充填法和电耙留矿法[2]。而国外开采这类矿体则主要采用房柱法，其比例高达6l%，采用充填法的比例达23%，其他主要用爆力运搬采矿法[3-4]。房柱法是开采水平到缓倾斜矿体常用的采矿方法，采准切割工程量不大，工作组织简单，坑木消耗少，通风良好，但矿柱矿量所占比重较大，矿石损失大[5]，一般间断矿柱占15%～20%，连续矿柱占40%[6-7]。此外，在回采过程中还要面对空场条件下的作业安全问题，顶板处理主要采用喷锚、留设点柱及浅孔预切顶等。目前采场出矿设备主要为电耙，效率低下，采场生产能力有限。底盘漏斗空场法是在矿体底盘围岩中布置底部结构，崩落的矿石借助自重溜放到底盘漏斗中[8-9]，工人在底部结构中作业，安全性较好，但采场底部漏斗数量众多，千吨采切比大，对于低品位或价值不高的矿体经济上不合理，且辟漏工艺复杂，工人劳动强度大，对采场的组织和管理要求高[10-11]。可见，我国目前在对缓倾斜中厚至厚矿体开采的方法和工艺方面存在较多不足。

1 地质概况及开采技术条件

叁沟矿位于建昌县八家子镇西南2 km，矿区中心地理坐标为东经120°02′37″，北纬40°34′08″。区域内以断裂构造为主，褶皱构造次之。断裂构造以北东和北西向最为发育，断裂多显示逆断层性质。主要工业矿体赋存在高于庄组含锰白云岩与大红峪组陆源碎屑岩的接触破碎带中。矽卡岩蚀变为成矿提供了良好的围岩条件，并萃取出成矿物质，而后期的热液充填交代作用最终铸就了矿床。

矿体形态主要呈透镜状、脉状、似层状以及不规则状等。矿体走向NW，倾向NW，垂直厚6～30 m，平均为15 m，赋存标高为-330～-520 m，倾角为10°～45°，平均为30°。矿体及其顶底板岩石质量多为中等，岩体结构较完整，属于中等稳定；矿体品位较低，铅、锌的平均品位分别为0.64%和2.07%，伴生硫平均品位为30%，伴生铜品位为0.3%，伴生银品位为52.38×10-6。

2 现有采矿方法

目前叁沟矿采用多种采矿方法：全面法、机械化上向分层充填法、底盘漏斗空场法。采用全面法的采场回采率仅为60%，且工人在顶板暴露面下作业，安全条件差。而底盘漏斗空场法采场除采准切割工程量大之外，由于矿体垂直厚度不高，底柱所占整体矿量比重大，约30%，且漏斗上部存矿多，回采率不高，为60%～70%。机械化上向分层充填法采用尾砂充填，工艺复杂，回采循环时间较长，生产能力相对较低，采矿与充填配合不好，充填工艺不成熟，对矿块生产能力影响较大；由于倾角较缓，采准工程量大；此外，由于本区铅锌矿磨矿粒度细，达-400目，不易分级，尾砂沉降困难，固结性差，不适用于尾砂充填。

3 采矿方法改进

根据相关文件及规定，新建金属非金属地下矿山必须对能否采用充填采矿法进行论证并优先推行充填采矿法。充填采矿法的适用条件：①矿石品位高的富矿，稀有、贵重金属矿床；②矿体形态很不规则，厚度、倾角变化大，分枝复合现象严重，含夹石多的矿床；③矿体的上、下盘围岩不稳固或矿石、围岩都很破碎的矿床；④地表有河流、湖泊、农田、果园、铁路村庄等需要保护的矿床；⑤埋深超过800 m的某些矿床；⑥开采有内因火灾或有放射性危害的矿床；⑦若贫矿在上部，富矿在下部，需优先开采富矿的矿床；⑧矿体垂深很大，需在垂直方向上分数区段同时开采的矿床；⑨需由下而上回采推进的矿床。

由于尾砂充填工艺复杂，成本较高，所以采用基于毛石的干式充填，另分层充填不适宜充填大量毛石，所以对厚度10 m以上的主要矿体采用分段空场嗣后充填法，充填料主要为毛石，而厚度10 m以下的薄矿体采用房柱法。

3.1 分段空场嗣后充填采矿法

3.1.1 矿块布置及构成要素

矿块沿走向布置，长100 m，阶段高度为40 m；为减少底柱矿量损失，凿岩巷道沿矿体下盘布置；为适应矿体倾角变化，分段高度为10～20 m，矿房宽度为8～20 m，倾角大时取大值，倾角小时则取小值；采用平底堑沟式底部结构，见图1。

图1 平底堑沟式底部结构

3.1.2 采准切割

从阶段运输平巷掘凿穿脉至矿体，在矿体下盘掘凿出矿巷道，然后掘凿切割天井，自各阶段运输平巷掘系统溜井。自分段出矿巷道向分段凿岩巷道掘进装矿进路。利用上阶段运输平巷掘进充填斜井，在斜井内沿矿体走向掘进充填巷道，然后掘进充填联络道。利用FB-100型钻机，由上向下布置炮孔，采用大直径深孔分段爆破法形成充填井。分段空场嗣后充填采矿法示意见图2。

图2 分段空场嗣后充填采矿法示意

3.1.3 回采工艺

切割槽以切割天井为自由面，由下分段至上分段逐次爆破拉槽炮孔形成。采用YGZ90型凿岩机打垂直扇形炮孔。钎头直径为60 mm，炮孔直径为65 mm，最小抵抗线为1.5 m，孔间距为2 m，孔深10～20 m。采用粉状乳化炸药，非电导爆管起爆。以切割槽为自由面起爆垂直扇形炮孔向两侧后退，每次爆破一排或多排。采下的矿石借自重落至装矿巷道，由WJD-1电动铲运机将矿石转至溜矿井下放。

3.1.4 充填工艺

地表充填站采用立式砂仓，1个水泥仓和2个尾砂仓，充填料混合后经原有勘探大钻孔送入井下，充填倍线为5～7。尾砂胶结充填灰砂比为1∶6，料浆浓度为60%～70%。从采场充填巷道吊挂外包滤布的塑料波纹泄水管，在出矿进路中构筑充填泄水挡墙，采用钢筋柔性挡墙。干式充填采用井下岩巷掘进所出废石，经各阶段运输巷道和斜井运至充填巷道，倒入采完采场。充填料浆经充填管输送到充填巷道，从充填天井或残留炮孔进入采场。在靠近下一采场边界，预设注浆管，采用尾砂胶结充填。

3.2 胶结矿柱房柱采矿法

目前，房柱法仍然是开采水平到缓倾斜矿体最常用的方法，具有灵活性强，适应范围广的特点。因此，对于厚度在10 m以下的边角矿和小矿体，采用房柱法。然而普通房柱法的突出缺点是矿柱所占比重大，损失矿石比重大。因此，采用胶结矿柱房柱采矿法。该法分两步骤开采，第一步先采矿柱，然后胶结充填；第二步回采矿房，采用尾砂充填。矿房宽15 m，矿柱宽5 m，工作面沿倾斜方向布置；矿柱和矿房采用浅孔落矿法回采， 7655型凿岩机凿岩，当矿体厚度大于4 m时，局部留矿，以便工人站在矿堆上凿岩；使用30 kW电耙(0.3 m3)耙矿，将矿石耙至放矿溜井中，放至阶段运输巷道装车，由于双滚筒电耙绞车只能直线耙矿，在采场顶板稳固性较好时，改用三滚筒绞车，可在较大范围内耙矿，扩大采场宽度，提高生产能力；矿柱采完后，分别在其两端设置挡板和滤水网，进行胶结充填，充填料浆灰砂比为1∶6，距离顶板0.5 m时，掺入膨胀水泥，以利于接顶。胶结矿柱房柱采矿法示意见图3。

图3 胶结矿柱房柱采矿法示意

4 主要技术经济指标

依据矿山实际生产情况，通过计算并修正后，确定分段空场嗣后充填法回采率为85%，采切比为6.3 m/kt；胶结矿柱房柱法回采率为90%，采切比为12.8 m/kt。主要技术经济指标见表1。

表1 主要技术经济指标

5 结 语

(1)叁沟矿多年来一直未找到适合本矿缓倾斜中厚至厚矿体的开采方法，长期困扰着矿山生产。分段空场嗣后充填法能够有效解决缓倾斜矿体开采的回收率和经济效益问题。凿岩巷紧贴矿体下盘布置，对矿体倾角变化的适应性强，加之采用堑沟式底部结构，矿石回收率可达85%。由于采用毛石回填，可减少矿山废物排放，同时节约提升费用。叁沟矿仅-400 m 2个掘进面所出毛石充填后，每天可节约提升电费和人工费1 000元，经济效益明显。

(2)对于小矿体和三角矿体，采用房柱法，很好地解决了矿体赋存条件的复杂性和多样性。同时工作面沿倾斜方向布置，对缓倾斜矿体适应性强，采用两步骤开采，胶结充填矿柱，可使回采率达到90%，生产效率大幅提高。

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[2] 尹升华，吴爱祥.缓倾斜中厚矿体采矿方法现状及发展趋势 [J].金属矿山，2007(7):10-13．

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[5] 《采矿手册》编辑委员会.采矿手册：第四卷[M].北京：冶金工业出版社,2008.

[6] 王 青,任凤玉.采矿学[M].2版.北京：冶金工业出版社,2013.

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Research on the Mining Method of the Slowly Inclined Medium Thick and Thick Orebody in Sangou Mine

Yang Qinglin1Sun Dening1,2Yu Zhenghai1

(1. Bajia Mining Co.,Ltd.; 2. College of Resources and Civil Engineering, Northeastern University)

According to the occurrence conditions of the slowly inclined medium thick and thick orebody in Sangou mine, the combined mining scheme based on sublevel open stope filling method and cemented pillar room and pillar method is proposed, which its process of mining, cutting, stoping and filling are introduced in detail. The results show that the sublevel open stope filling method can adapt to the slowly inclined orebody, which has the characteristics of high recovery rate, low cost and significant economic benefits, and cemented pillar room and pillar method is suitable to the smaller orebody. The expectant effect of the combined mining scheme is obtained, which can provide the basis for the reasonable and economical mining.

Slowly inclined medium thick and thick orebody, Sublevel open stope filling method, Cemented pillar room and pillar method

2015-07-04)

杨清林(1963—)，男，副总经理，工程师，125316 辽宁省葫芦岛市。