大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法的应用

刘胜恩

(西安天宙矿业科技开发有限公司)

大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法的应用

刘胜恩

(西安天宙矿业科技开发有限公司)

以某矿山工程为例，针对大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法从采场结构、采切工程、爆破参数设计、采场通风、充填工艺等方面进行详细介绍。应用证明，采用空场嗣后充填采矿法，有效提高了施工效率，降低了施工成本，具有良好的经济效益。同时，在施工过程中，还需要不断总结，对设计参数和施工方案进行优化，从而进一步提升生产效率。

大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法 爆破参数 无轨设备 充填体强度

某矿山设计采矿规模为320万t/a，单日采矿 9 696 t，生产能力强，为了提升生产效率，实现无轨化生产，矿山积极引入了当前国际上最先进的无轨设备，同时为了充分发挥设备优势、降低采准比、保护矿山地表的生态环境、减少建设尾矿库的成本，综合考虑矿山自身的具体情况，参照类似矿山施工经验，确定使用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法[1]。

1 矿山概况

矿床为隐伏矿床，有2条主矿带，矿带走向长155～255 m,走向为285°～295°，矿带顶部围岩属于黑云变粒岩或黑云角闪片岩。矿体产出呈似层状、层状，顶部埋深为35.4～299.2 m,矿体沿倾斜方向有较大的起伏。矿床的主矿带位于北翼，有A1和A2矿体， A2为主矿体,走向281°～289°，沿走向长2 100 m左右，平均品位TFe为31.46%，MFe为18.76%，平均厚24.2 m，。矿体顶底板有良好的稳定性，岩体完整性良好，属于坚硬类岩石。由于矿区处于平原地区，周围是耕地和村庄，因此，开采过程中不允许表面塌陷。

2 大直径深孔阶段空场嗣后充填法

2.1 矿块结构参数

矿体厚度大于25 m时，采场垂直走向布置，长度为矿体的厚度，矿房、矿柱宽18 m，矿块高60 m，一步骤回采矿房，嗣后尾砂胶结充填；二步骤回采矿柱，嗣后充填。

矿体厚度小于25 m时，采场沿走向布置。长60 m，间柱宽6 m，沿走向每隔120 m在矿体下盘穿脉布置一个规格为2 m×2 m的通风管缆井；矿块宽度为矿体厚度，矿块高60 m。

设计分段高度时，如果太高，会增加中深孔穿孔的偏斜率，影响爆破效果；如果高度不够，又会增添采准的工作量，所以将分段的高度定为20 m。

2.2 采切工程布置

凿岩巷的断面尺寸是依据凿岩设备来确定的。采用Simba H1254台车凿岩，在依据设计要求的基础上，参照凿岩设备的数据及类似矿山，确定断面的尺寸为3.7 m×3.7 m。确定凿岩巷的设计方案时，不仅要依据矿体的厚度、生产状况以及上下各分段间的关系，还要反复比对切剖面[2]。如果矿体的厚度小于15 m，就要把凿岩巷设计在矿体脉内下盘，这样不仅能达到穿孔设备的要求，还能减少一条切割井的工作量。如果矿体的厚度在20～40 m，将凿岩巷布置在矿体的中间，这样不仅能达到穿孔设备的要求，还有助于爆破。

为了降低爆破导致的矿石损失，切割巷布置在采场矿体最厚大处，且要与矿体的出矿进路相对应[3]。同时由于该矿拉槽选用的是中深孔高分段，基于拉槽时存在夹制性能的比较，所以设计切割巷的尺寸时，既要符合凿岩台车对巷道尺寸的需要，还要降低拉槽的夹制性，因此切割巷的断面尺寸为3.9 m×3.7 m，切割井的断面尺寸为2 m×2 m。

脉外运输巷在矿体的下盘废石中，且沿矿体走向，断面尺寸定为3.7 m×3.7 m，每个分段脉外运输巷和辅助斜坡道相通，以便行人与运输设备出入。出矿进路在矿体的2条水平穿脉中间，顺着分段脉外运输巷，与矿体走向垂直，且每隔12 m布置一条与脉外运输巷和凿岩巷相通的出矿进路，其断面尺寸为3.7 m×3.7 m，长度参照铲运设备确定。采切工程布置见图1。

图1 采切工程的布置

2.3 回采工艺

凿岩使用Simba H1254型的中深孔凿岩台车，施工时在切割巷内钻凿垂直上向且平行的深孔，在凿岩巷内钻凿垂直上向扇形的深孔。最小抵抗线w依据下式计算：

(1)

式中，Δ为装药密度，0.75 g/ml；L为孔深，16 m；T为装药系数，0.8；d为钻孔直径，100 mm；q为炸药单耗，0.3 kg/m3；H为台阶高度，15 m；m为钻孔邻近密集系数，取1.2。

计算得出最小抵抗线w=3.7 m。

按照孔间排距计算公式

a=mw，

(2)

b=asin60° .

(3)

计算得出孔距a=4.4 m，排距b=3.8 m。

对上分段与下分段进行顺次拉槽式爆破，等中段切割槽的所有爆破结束，且构成了一条垂直立槽后再在凿岩巷中进行爆破，一次爆破3～4排[4]。选用多孔粒铵油炸药，BQF-100型装药器装药，在切割槽空区内使用雷管孔底起爆方式，采用后退式回采方式。

出矿使用LH307型和LH410型的柴油铲运机，主要采用分段爆破、阶段集中出矿，堑沟式平底结构，矿石由铲运机装入汽车运至溜井，再通过箕斗井提升到地表。

新鲜风流是通过中段运输巷道流入出矿、凿岩巷道，然后进入工作面，或者是通过采准斜坡道流入到分段凿岩面上。污风通过采场回风井或经过采场空区的上中段回风道进入东、西风井后排出地表。

2.4 充填工艺

(1)矿块沿矿体走向布置时，出矿后，对矿房集中进行尾砂充填，填充前要先在采场中配置好泄水管与隔墙。采场顶部0.6 m 以上的底板(上中段出矿)使用胶结充填，灰砂比为1∶6。

(2)矿块垂直矿体走向布置时，一步骤回采矿房，嗣后一次尾砂胶结充填，灰砂比为1∶7； 二步骤回采矿柱，嗣后进行一次尾砂充填，采场顶部的0.6 m 以上的底板(上中段出矿)使用胶结充填，灰砂比为1∶6。

3 应用效果

大直径深孔阶段空场嗣后充填法在该矿山取得了成功，不仅使大型无轨设备充分发挥了效率、提升了矿山的生产效率、降低了采准工作量、超额完成生产指标，还将废弃材料及选场尾砂回填到了采空区，最大程度地降低了采矿成本。基于回采工程和采空区处理工程是同时进行，没有发生地表塌陷的问题，很大程度上保护了矿山生态环境。为了减少悬顶率，要在技术上做好预防工作：①确保拉槽中的深孔是垂直上向的平行孔；②钻深孔时先钻一个中深孔的探眼(90°)，且要连通上分段的底板，同时还要对标高进行验证，保证达到设计要求；③拉槽爆破时一定要采取孔底起爆的方式，并且在装药前测孔。

4 结 语

本文以实际工程为例，充分考虑围岩稳固情况、矿山地质环境、充填体强度等因素，通过采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，取得了良好的施工效果，施工安全性高，生产能力强，经济效益高，具有较高的推广应用价值。

[1] 采矿手册编辑委员会,采矿手册:第2卷[M]. 北京:冶金工业出版社,2010.

[2] 刘优平,陈寿如.直眼掏槽爆破参数设计探讨[J].采矿技术,2005(3):24-28.

[3] 蔡序淦,门建兵,黄德福.无底柱分段崩落法结构参数选取的影响因素[J].有色冶金设计与研究,2014(3):56-57.

[4] 温彦良,张国建,张治强.无底柱分段崩落法放矿规律的数值试验研究[J].地下空间与工程学报,2013(S2):94-95.

2014-10-29)

刘胜恩(1979—)男，工程师，710065 陕西省西安市。