分段空场嗣后充填采矿法安全高效开采工艺实践

原广武，李杰林，张兴生

(1.西北有色地质勘查局七一七总队，陕西宝鸡721000;2.中南大学资源与安全工程学院，长沙410083;3.吉林板庙子矿业有限公司，吉林白山134300)

分段空场嗣后充填采矿法安全高效开采工艺实践

原广武1，李杰林2，张兴生3

(1.西北有色地质勘查局七一七总队，陕西宝鸡721000;2.中南大学资源与安全工程学院，长沙410083;3.吉林板庙子矿业有限公司，吉林白山134300)

以某黄金矿山为实例，介绍了分段空场嗣后充填采矿法安全高效开采工艺应用，包括采切工程布置、回采工艺流程及参数、采矿设备等，并叙述了采空区CMS探测及残矿回采设计过程。该矿山多年的开采实践表明，该采矿方法能大幅度提高生产能力，降低综合成本，提高作业安全，实现矿体开采的安全、高效、经济的技术目标。

分段空场嗣后充填采矿法;安全高效;CMS;遥控铲运机

分段空场嗣后充填采矿法主要适用于倾斜-急倾斜、厚大且较为连续矿体的地下矿开采，具有生产能力大、安全、高效等优点，已在国内外许多矿山推广使用［1－5］。随着科技的进步和发展，具有大型化、智能化和自动化等特点的井下采矿设备使用愈加广泛，三维矿业软件也逐步用于矿体开采设计［5－7］，再加上高标准的安全生产管理要求，许多矿山在传统分段空场嗣后充填采矿法的工艺基础上，对采场结构布置、参数设计以及工艺步骤进行了优化［8－9］，更利于实现矿体的安全、高效、经济开采。

吉林省某金矿设计规模为2 000 t/d，采用斜坡道的开拓方式。为了降低生产成本，提高生产效率，根据矿山开采技术条件，矿山选用了分段空场嗣后充填法，并采用了先进的机械设备和回采工艺进行采矿，通过多年的开采实践，实现了矿体的安全高效开采。本文以该矿山开采实践，论述了分段空场嗣后充填采矿法安全高效开采工艺。

1 地质概况及开采技术条件

该矿山的矿体近矿围岩主要为硅化构造角砾岩，主要有4个矿体，其中1号矿体为主矿体，属隐伏矿体。1号矿体赋存标高700～330 m，倾角50°～65°，形态呈“T”字型不规则的厚大透镜状体。矿体走向长度310～390 m，矿体水平厚度 7.10～66.60 m，平均真厚度16.10 m。矿体在不同勘探线、不同标高，矿体走向长度、倾斜延深和厚度均有很大变化。

由于矿体受构造控制，构造裂隙发育，构造破碎带和地下水是矿体的不稳定因素，工程地质类型为坚硬岩石碎裂结构，为中等完整。围岩的硬度总体为坚硬-半坚硬，岩石的完整性以中等完整为主。由于区内发育有较大规模的断裂构造，在垂向上形成多层、规模不等、薄厚不均的构造破碎带和软弱夹层，夹层中包括泥质粉砂岩和较薄的断层泥，这些因素将影响岩体的稳定。

根据地质资源和开采技术条件，并结合矿区地表不允许崩落的情况，设计采用了分段空场嗣后充填采矿法。

2 安全高效回采工艺

2.1 矿块布置及采切工程布置

分段高度一般为30 m，矿体厚度一般小于20 m，矿体倾角为40°～50°。采场沿矿体走向布置，采场宽度为20 m。矿房的开采顺序采用隔二采一的方式。

图1 分段空场嗣后充填采矿法示意图Fig.1 Diagram of sublevel open stoping afterwards back-filling mining method

2.2 采准切割工程

采准切割工程主要包括下盘水平沿脉巷道、出矿穿脉巷道、切割巷道、切割天井、凿岩巷道等。分段巷道布置在矿体下盘，距离矿体下盘边界约20 m。出矿穿脉巷道用于矿块出矿，建立采场与分段巷道的通路，用于出矿、采场通风和架设充填管路，沿矿体走向每间隔15 m左右布置一条。切割巷道布置在矿块的两端，垂直矿体走向，形成中深孔爆破掏槽时的补偿空间。切割天井布置于切割巷道的端部矿体内，为回采切割槽的形成提供自由面和补偿空间。凿岩巷道布置在矿体下盘或上盘，尽可能地布置在矿脉内，以减少贫化率。

采准切割工程的凿岩采用Boomer 282凿岩台车钻凿直径40 mm、长3.2 m的炮孔。爆破采用2#岩石炸药、非电导爆管起爆系统。出渣采用R1700G LHD铲运机配置40 t的AD45B井下矿用卡车，巷道顶帮支护采用树脂锚杆支护，支护网度为1.5 m×1.5 m，局部岩石破碎地段可采用喷锚网支护。天井掘进采用人工掘进，使用YSP45凿岩机钻凿直径38 mm、长2.0 m的炮孔，2#岩石炸药，非电导爆管起爆。

2.3 中深孔凿岩爆破

中深孔采用Simba H1354凿岩台车钻凿直径76 mm的垂直孔和扇形孔，炮孔设计参数见表1。爆破采用氨油散装炸药，并使用Charmec 6605 B装药台车装药，起爆系统采用导爆索加非电导爆管按设计要求实现顺序起爆。掏槽孔爆破从靠近切割井的炮孔开始，按照补偿系数不小于1.5的原则分次爆破形成切割槽;正常排扇形炮孔的爆破则从靠近切割槽的炮孔开始，每次爆破量将根据补偿空间的大小来定。

表1 中深孔施工设计参数表Table 1 Parameters of longhole drilling design

2.4 采场出矿工作

采用无底柱底部结构、分段落矿、集中出矿方式。采场每次爆破结束后，进行通风除尘工作，然后进行巷道和出矿点的安全检查，及时处理安全隐患。出矿采用无人遥控铲运机进行，操作人员站在遥控铲运硐室内远程操控铲运机进入采场内作业，人员不进入采场，以保证安全。铲运机出矿经凿岩巷道、出矿穿脉巷道、分段巷道搬运到分段巷道装车点，将矿石装入AD45B矿用卡车，再由卡车拉至地表粗碎站，铲运机装矿点至装车点的距离不超过200 m。

采场内每次爆破后的出矿量应根据每天的生产任务要求和保证下一次爆破具有足够的补偿空间而定，多余的矿暂存于采场内，用于支撑围岩和调剂产量。

崩落的矿石中，约有10%的大块，铲运机及时将其剔出，并集中进行二次破碎。采场的回采工作采用强采强出的方式，以减少采场顶板的暴露时间。

2.5 采空区CMS探测及残矿回采

采场回采结束后，采用空区三维激光精密探测系统(简称CMS)进行采空区扫描，获得采空区的实际形态，探测结果可视化效果好。探测成果可直接用于计算空区体积和顶板面积、建立空区三维模型、确定矿柱实际边界、计算残矿储量、沿任意方向和位置切剖面，从而可进一步用于指导采空区充填、矿柱爆破设计、回采贫损控制以及空区稳定性分析等相关采矿管理和控制过程［10－13］。图2为某中段采空区实测结果及残矿分布图。

为了安全高效地回采残矿，将根据残矿的赋存条件，制定合适的回采方案，确保资源得到最大程度的回收。残矿回采一般是利用附近已有的工程来进行中深孔钻凿，并根据残矿边界位置进行装药设计。为了提高设计效率和质量，矿山采用了三维矿业软件来完成采矿设计和中深孔爆破设计，图3为某采场的残矿回采设计平面图和中深孔爆破设计图。

中深孔爆破设计完成后，可以通过软件自动统计出设计采场的回收率、贫化率、每个炮孔装药量、炸药单耗等信息，如表2所示。

表2 某采场残矿回采中深孔爆破设计技术参数Table 2 Parameters of ring design on left orebody recovery

2.6 采场充填工作

矿山主要采用废石胶结充填与尾砂胶结充填联合方式，每个采场上部(上一分段)的两端各有一条、中部有一条共三条穿脉巷道与采场连通，形成采场的回风和充填系统。

采场充填将利用矿用卡车和铲运机将掘进废石通过充填穿脉巷道卸入采空区内，废石充填至足够高度后，利用充填管路进行胶结充填，灰砂比为1∶8。采场充填必须确保充填接顶，以形成上一分段采场的底板，减小矿石贫化。

进行胶结充填前，必须在采场下部各出矿穿脉巷道内的适当位置砌筑充填挡墙，并在采场内和挡墙上安设泄水装置，确保充填过程中的水能及时排出采场，保证充填过程快速有效地进行。

如果充填采场下部有未采采场，需在充填采场的底部浇筑混凝土，以形成下部采场回采的充填假顶，确保下部采场回采安全，并能减少矿柱，降低矿石损失。

图2 某中段采空区与残矿分布平面图Fig.2 Plan view of left orebody and sublevel goaf

图3 残矿回采某爆破排面中深孔爆破设计图Fig.3 Slot face section of ring design on left orebody recovery

3 采矿工艺实施效果

通过多年的开采实践，分段空场嗣后充填采矿法在该矿山逐步完善，其主要采矿技术指标为:回收率90%，贫化率12%，生产能力2 000 t/d，遥控铲运机生产能力可达1 000 t/d，单个采场最大出矿能力840 t/d，尾砂充填能力600 m3/d。

因此，分段空场嗣后充填法在该矿山开采过程中取得了成功，充分发挥了大型无轨设备的高效率，提高了全员劳动生产率，减少了采准工程量，提高了生产能力。而且由于利用井下部分废石与选厂尾砂充填采空区，很好地控制了地表塌陷，降低了废石出坑的运输费用及尾矿库的建设费用，实现绿色矿山建设。

4 结论

矿山的开采实践表明，大型无轨设备的使用提高了生产能力，而遥控铲运机的使用解决了采空区中出矿过程的安全问题，CMS激光三维测量的应用则解决了采空区的数字测图及三维建模，为残矿回采的中深孔设计提供了详尽的空间位置信息，有利于控制贫化和损失，提高矿山建设和生产运营的机械化、数字化水平。

分段空场嗣后充填采矿法安全高效开采工艺在该矿山的成功应用，为我国同类型矿山的推广应用提供了借鉴。在今后的开采实践中，还应不断总结经验，优化设计参数，加强安全管理，进一步提高设备效率，充分挖掘该采矿工艺的潜力。

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Safety and high-efficiency mining production practice of sublevel open stoping afterwards back-filling mining method

YUAN Guangwu1，LI Jielin2，ZHANG Xingsheng3
(1.Division 717 of Northwest Nonferrous Geological Exploration Bureau，Baoji Shaanxi 721000，China; 2.School of Resource and Safety Engineering，Central South University，Changsha 410083，China; 3.Jilin Banmiaozi Mining Co.，Ltd.，Baishan Jilin 134300，China)

Taken one gold mine as example，the sublevel open stoping afterwards back-filling mining method is introduced.The mining cutting engineering layout，mining process and parameter，mining equipment are summarized.The goaf survey with CMS and the left ore-body mining design process are introduced too.The mining practice in this mine has indicated that this mining method can significantly increase the production capability，reduce the mining cost and improve the safety conditions.

sublevel open stoping afterwards back-filling mining method;safety and high-efficiency;CMS;remote control loader

TD853.34

Α

1671-4172(2015)01-0015-04

原广武(1967－)，男，工程师，测量工程专业，主要从事矿山测量、矿山建设及生产管理工作。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.01.004