阿勒泰某金矿采矿方法优化研究

黄武胜，蔡嗣经，2，黄刚，2，刘彦超，2

（1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083；2.金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083）

阿勒泰某金矿采矿方法优化研究

黄武胜1，蔡嗣经1，2，黄刚1，2，刘彦超1，2

（1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083；2.金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083）

阿勒泰某金矿目前使用浅孔留矿法开采，具有明显的优点和突出的缺点。随着矿脉在深部合并、变厚，为实现矿山安全高效开采，需要对采矿方法进行优化。本文对该矿上部采空区的稳定性进行了评价，设计了优选出的阶段空场嗣后充填采矿法，并提出了充填系统框图。阶段空场嗣后充填采矿法试验采场的采准施工正在进行中，可以预计采矿作业的安全性和经济效益将大幅提高。

浅孔留矿法；采空区稳定性；阶段空场嗣后充填采矿法；充填系统

阿勒泰某金矿位于新疆阿勒泰地区哈巴河县城东北，距阿勒泰市172km，由312国道至乌鲁木齐730km，区内交通条件较好。矿区属低山丘陵地貌，海拔577～803m，相对高差10～120m。该区属温带寒冷干旱气候区，年平均气温－4℃。夏季炎热，最高温度可达39℃。冬季寒冷，最低气温可达－44.8℃。春秋季多风，以西北风为主，风力一般小于6级。该区干旱少雨，年降雨量170～200mm，5～8月为多雨季节。每年11月到翌年4月为冰冻期，最大冻土深度可达139cm，积雪厚度达50cm以上。

目前矿山已建成1＃、2＃两个采矿区（相距4km），其中1＃为主矿区。两采区均建有提升竖井及通风井，井下开拓中段2～3个、回采中段2个，井下工作时间为年工作330d。现矿石生产能力为23.2万t/a，属中小型黄金矿山。矿山已建成配套的采选生产线，选矿生产流程及工艺指标较好，采选生产正常。

1＃矿区的主矿体是12＃矿脉，矿体断续延长400余米，地表水平总厚度达30余米。矿化不均匀，平均品位约为2g/t。矿脉倾向SW220°，倾角79°～82°。出露地表的矿体由于民采而留有露天采矿坑，露天坑底部以下的矿体地下开采［1］。＋570m水平以上至露天坑底部的矿体作为保安矿柱暂不回采，地下首采中段为＋530m（三中段）。现生产中段为＋530m（三中段）、＋490m（四中段）、＋450m（五中段）等3个中段。如图1所示。

图1 1＃矿区12＃矿脉地质剖面图Fig.1 Section view of the 12＃vein at the 1＃mining district

由于是脉状矿体，且在浅部矿脉间相距较远，设计采用浅孔留矿法。自矿山投产以来，井下的安全生产得到了保证，采矿生产能力也达到了设计要求。然而，随着矿脉在深部合并、变厚，浅孔留矿法的一些不足，如采场作业安全性较差、工人劳动强度大、矿石损失率和贫化率较高以及采空区存在安全隐患等就显得更加突出。同时，由于矿体变厚，矿山希望增大采矿生产能力。综合上述两方面的因素，矿山提出了采矿方法优化问题。

1 矿山现用的采矿方法

一矿区12号矿体设计使用浅孔留矿法，分有底柱浅孔留矿法和无底柱浅孔留矿法两种，分别占40%和60%。无底柱浅孔留矿法如图2所示［2］。

矿体回采顺序为：中段自上而下逐个中段回采；在中段水平方向上自远而近后退式回采；矿块内由下向上逐层回采。

1）采场及采场现状

三中段的3个采场已结束回采作业。四中段目前共有9个采场，已基本回采结束：其中401、402、 403、405采场已经结束放矿；406、407、409、411采场已结束回采，处于放矿阶段；408采场正在进行回采，采场长30m，采场顶板暴露面积为430m2。五中段现只有1个采场，即501采场正在进行回采，采场长23m，采场顶板暴露面积为220m2。

浅孔留矿法依据矿体的形态、厚度等不同，结构有很大的变化：

（1）矿块结构参数。矿块沿矿体走向布置，矿块长度30～50m，高度为阶段高度40m，采场宽度为矿体厚度，无底柱平底结构，顶柱高3m，间柱宽6m。

（2）采准、切割工作。首先在阶段运输平巷内向矿体方向掘进出矿穿脉，间距5～7m，然后在矿块两端向上掘进人行通风天井。以脉内探矿平巷为拉底巷道向上回采。

（3）回采工艺。采用YSP－45钻机施工上向眼，炮孔倾角70°～80°，每个采场配备一台凿岩机。分层回采工作面呈梯段式布置，分层回采高度1.8～2 m。采用人工装药，分段微差爆破，非电导爆管起爆，二次破碎在采场内进行。采场出矿在出矿穿脉内进行，每次出矿约占采矿量的三分之一。人工出矿方式。各出矿穿脉须出矿均匀，以保证采场工作面的平整。

（4）存窿放矿。采场采矿完毕后进行大量放矿工作，为了防止矿石的损失贫化，出矿时各出矿穿脉要均匀出矿，以保证矿石均匀下降。

（5）采空区管理。目前用封闭采矿区的方法处理采空区。

2）目前采矿方法存在的主要问题

（1）安全性较差。采场工人处在顶板暴露面积下、留矿堆上作业，安全方面存在较大隐患。

（2）劳动强度大。当采场厚度增大时，平场工作繁重，且难于实现机械化作业。

（3）矿石损失率和贫化率均较大。特别是回采矿柱时，矿石的损失率和贫化率大。

（4）采空区稳定性存在安全隐患。根据矿山开采所形成的采空区状况，采用突变理论进行采空区稳定性评价［3］，得出的结论为大部分采空区处于不稳定状态边缘，因此需要对采空区进行充填处理。如图3所示，当采空区的安全系数（Safety Coefficient，SC值）低于0.5则处于不稳定状态［4］；图中的采空区编号，1～3为三中段的采空区，4～11为四中段的采空区，12为五中段的采空区。

图2 无底柱浅孔留矿法Fig.2 Short－hole shrinkage stoping method without sill pillar

图3 阿勒泰某金矿采空区稳定性评价Fig.3 Stability assessment of mined voids of the gold mine in Altai area

2 采矿方法优化设计

2.1 主要考虑因素

根据矿山开采条件，在进行采矿方法优化选择和设计时，应考虑的主要因素有：

1）保护地表环境，避免矿山地表沉降或塌陷。矿区是低山丘陵草原地带，生态环境脆弱，需要对地表环境和生态环境进行保护。

2）减少地表尾矿堆放，努力实现矿山绿色开采。目前矿山使用的尾矿库容量较小，矿区周围没有适合的地方再建尾矿库；且尾矿堆存在地表容易产生污染。因此，需考虑尽量减少尾矿的地面堆放。

3）适合矿山开采工程地质和水文地质条件。随着采矿向矿体深部推进，矿脉合并、变厚，且地下涌水量比上部增大。

4）安全高效。根据矿山制订的发展规划，该矿在近几年内有扩大生产能力的需求。

2.2 采矿方法初步设计

经多种采矿方法方案的初步比较，选用阶段空场嗣后充填采矿法。采场垂直矿体走向布置，两步回采、隔一采一，一步采场的采空区胶结充填，二步采场的采空区非胶结充填。标准的采场设计为：采场长30～50m（矿体厚度），宽15～20m，即采场顶板暴露面积控制在800m2以内［5－6］，阶段高度40 m，如图4所示。设计的阶段空场嗣后充填采矿法的技术经济指标，以及与浅孔留矿法的技术经济指标的比较见表1。

图4 设计的阶段空场嗣后充填采矿法Fig.4 Open stoping with delayed backfill method

表1 采矿方法技术经济指标的比较Table 1 Tech－economical parameter comparison of two stoping methods

2.3 充填系统框图设计

为满足矿山充填处理采空区以及阶段空场嗣后充填采矿法的需要，矿山需建设一个高浓度尾砂充填系统。该系统应能进行胶结充填和非胶结充填作业，系统流程简单易于采取防寒措施，系统的充填能力为40m3/h左右。充填系统制备的料浆依靠自重输送至井下，料浆浓度为65%左右［7－8］。胶结充填料浆的灰砂比为1∶8。设计的充填系统框图如图5所示。

图5 设计的简易充填系统框图Fig.5 Designed diagram of backfill system

3 结论

1）阿勒泰某金矿自六中段（410m）开始，设计改用阶段空场嗣后充填采矿法。在此之前已形成了开拓和采准巷道的四、五中段，则建议继续采用浅孔留矿法。

2）在六中段开始采矿前，应尽快建设好充填系统，以便将三、四、五等3个中段留矿法开采所形成的采空区及时进行充填处理。

3）六中段改用分段空场嗣后充填采矿法、并对上部采空区进行充填处理后，矿山的安全生产条件将大为改观，矿山的经济效益将十分明显。目前，分段空场嗣后充填采矿法试验采场的采准施工正在进行中。

4）对于矿山其他的小矿体、薄矿体以及主矿体的边缘部位，建议使用浅孔留矿法。

［1］山东黄金集团烟台设计研究工程有限公司.新疆阿勒泰某金矿初步设计（代可行性研究）［R］.烟台：山东黄金集团，2005.

［2］新疆阿勒泰某金矿.2013年一矿区、二矿区生产现状［R］.2013.

［3］马海军，黄德镛.基于突变理论的采空区风险评价模型研究［J］.科学技术与工程，2010，10（22）：5369－5373.

［4］北京科技大学.阿勒泰某金矿采空区稳定性分析报告与采空区处理方案［R］.北京：北京科技大学，2014.

［5］王运敏.现代采矿手册（中册）［M］.北京：冶金工业出版社，2012.

［6］孙嘉，刘武团.分段凿岩阶段空场法顶柱和间柱合理参数的确定［J］.有色金属（矿山部分），2012，64（3）：21－25.

［7］蔡嗣经，王洪江.现代充填理论与技术［M］.北京：冶金工业出版社，2012.

［8］段进超.某地下矿充填管道选型设计及充填能力校核［J］.有色金属（矿山部分），2013，65（4）：85－86.

Study on optimization of mining method of a gold mine in Altai area

HUANG Wusheng1，CAI Sijing1，2，HUANG Gang1，2，LIU Yanchao1，2
（1.School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China；2.Key Laboratory of High－Efficiency Exploitation and Safety of Metal Mines，Ministry of Education，Beijing 100083，China）

A short－hole shrinkage mining method is used in a gold mine in Altai area，and this method has been proved with obvious advantages and disadvantages.As the mineral veins become together and thicker in depth，hence，mining method of the mine needs to be optimized.In this paper，the stability of goaf on upper levels of the mine is evaluated，an optimized open stoping with delayed backfill method is designed，and a diagram of backfill system is proposed.Now，the development work of a trial stope of the optimized mining method is in operation，and it is believed that the mining safety and benefit of the mine will be largely increased.

short－hole shrinkage stoping method；stability assessment of goaf；open stoping with delayed backfill method；backfill system

TD853.33；TD853.34

Α

1671－4172（2015）02－0010－05

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.02.003

国家自然科学基金资助项目（51204100）

黄武胜（1982－），男，博士研究生，采矿工程专业，主要从事矿山开采理论与技术研究。