浅孔留矿法在急倾斜薄至极薄矿脉开采中的应用

宋 甫 周益龙 江飞飞

(1.广西桂华成有限责任公司;2.长沙矿山研究院有限责任公司;3.国家金属采矿工程技术研究中心)

珊瑚矿为中国有色集团(广西)平桂飞碟股份有限公司下属的钨锡矿山，矿床分布于长营岭东坡，矿化面积约2 km2，矿带延长2 500 m(北至18#线，南至31#线)，宽600～1 000 m，延深达900 m以上，全区共有钨锡石英脉700多条，其中具有工业价值的矿脉81条。矿脉为急倾斜薄至极薄矿脉，脉幅一般为0.1 ～2.0 m，最大为6.14 m，工业矿脉平均脉幅为0.42 m，倾角为65°～89°。矿脉沿走向长为50～1 000 m。目前，矿山采矿方法以有底柱浅孔留矿法为主，该方法具有回采工艺简单、采矿成本低、工人对工艺过程熟悉和管理方便等优点［1-2］，但在矿山开采过程中也面临着诸如采场不稳定、顶板滑落、矿石贫化损失大等突出的安全、技术问题［3］。为此，在对当前留矿法所存在的问题进行分析的基础上，提出了技术上可行和经济上较优的采矿方法。

1 矿山开采现状及存在的问题

1.1 现行留矿法开采现状

目前，矿山采用有底柱浅孔留矿法，见图1。沿矿体走向相邻穿脉巷间划分为1个矿块，相邻矿块间留设5 m左右的间柱;每个矿块内布置2个采场，各采场长约50 m，采场高度为中段高度40 m，采场宽度依据矿体厚度而定，当矿体厚度大于1.2 m时，采幅宽度为矿体水平厚度，当矿体厚度小于1.2 m时，采幅宽度为1.2 m。矿块内采场间留设约3 m间柱，采场底部(漏斗间)留有高3 m的底柱，采场顶部留有1个高3 m的顶柱，未采穿上中段沿脉。

图1 现行浅孔留矿法方案

回采工艺主要包括凿岩爆破、局部放矿、平场、处理松石和破碎大块，在采用顺路天井的采场中，还包括架设顺路天井，上采结束后再进行大放矿。其中，凿岩采用YSP-45型或YT-24型凿岩机钻凿上向炮孔，孔深 1.5～2.0 m。每次崩下的矿石，放出35% ～40%，使回采作业空间保持2 m的高度，采用人工平场和处理松石。

1.2 存在问题

(1)矿块回采率低。块矿间、采场间均留设一定数量的间柱和顶底柱以及采场底部漏斗间留下的底柱，回采十分困难。

(2)存在一定的安全隐患。回采过程中，上盘顶板易出现大块滑落，使得采场贫化率增大，对作业工人造成较大的安全威胁。

(3)实际采幅易超宽、造成矿石的贫化和损失。作业工人为追求上采的速度，采用“打深孔，多装药”的方式破坏上盘顶板的整体性，形成局部地段采幅超宽、分层回采超高，加大回采采场的贫化率;另外，大量放矿过程中，上盘顶板不稳固，失去了存窿矿石的支撑致使上盘顶板塌落，造成大量废石混入，增大采场贫化率并导致顶板塌落的大块卡于采场，局部地段矿石放不出，人员无法进入采场处理，造成矿石损失。

2 留矿法优化方案

2.1 优化方案

针对矿山留矿法的开采现状及存在的问题，提出了不留顶底柱和采场间柱的留矿法优化方案，如图2所示。

图2 优化后的留矿法方案

优化后的浅孔留矿法仍然将100 m块矿划分为2个采场，矿块间及矿块内相邻采场回采、放矿完成后，便可将相邻采场天井内的设施拆除;采用碎石或块石胶结充填该天井，形成混凝土隔离矿柱。碎石与砂浆的混合体比例约为3∶1，砂浆的灰砂比约为1∶6，胶结充填体整体强度达到4～5 MPa。采场底部漏斗之间不留底柱，采场顶部不留顶柱，直接采穿至上中段沿脉平巷。另外，还需在穿脉平巷留设1个长为5～8 m、高3 m的底柱，以保护中段穿脉运输平巷。

2.2 相关措施

(1)针对采场顶板滑石采用综合预防措施:①为了保证留矿法采场顶板整体的稳定性，对50 m长留矿法采场增设2条连续木支撑墙，木支撑墙用圆木头支撑上下盘，两侧钉木板连接支撑顶梁，对采场上下盘进行整体支护;②连续木支撑墙不稳定时，可采用混凝土梁进行支撑，15 m长的采场分为3格，每格约15 m，离顺路人行井15 m距离制作1个1 m×1 m(宽×高)的混凝土顶梁(长度为采场宽)，在采场高度方向每隔5 m的距离制作1个混凝土顶梁，每个采场共制作约14个混凝土顶梁;③在回采的过程中将回采分层高度由2～2.2 m降至1.4～1.8 m;④采场回采时控制采幅约1 m，加强管理，不允许超采;⑤上盘不稳定地段回采时采用控制爆破技术，采用“浅打眼，密布炮，少装药”技术，或者在矿体边界留空眼爆破，控制上盘围岩不滑落。总体来说，连续木支撑墙成本高，稳定性差，建议采用现场浇注混凝土顶梁。

(2)不留采场顶柱，减少设计损失。采场不留顶柱，直接回采至上一中段的巷道底板，这就要求上一中段的采场先回采完毕并封闭，保证人员不进入回采采场的上部巷道，避免安全事故地发生。

(3)不留采场间连续间柱，提高矿块回收率。利用前一采场的顺路人行井进行碎石胶结充填或块石胶结充填，形成采场间隔离矿柱。相邻采场的1条顺路人行井顺着混凝土隔离矿向上延伸。顺路井碎石胶结(块石胶结)充填工艺，利用前一采场的顺路井，撤除人行梯和平台后，在上中段的巷道中搅拌碎石混凝土灌入井中，形成碎石混凝土隔离矿柱。碎石与砂浆混合体比例为3∶1，砂浆灰砂比为1∶6，胶结充填体整体强度要求达到4 MPa及以上。

(4)采场底部结构构筑人工假巷和混凝土漏斗。采场不留底柱，首先对沿脉巷分段挑高至3.5 m左右，构筑分段钢筋混凝土假巷和混凝土放矿漏斗，钢筋混凝土假巷厚0.5～1 m，采场不施工拉底巷。具体工艺:①在沿脉运输巷中打第1次上向垂直炮孔，孔深1.6～1.8 m，爆破后，清理部分矿石，向上开凿第2次炮孔，孔深1.6～1.8 m，第2次炮孔不爆破;②分段构筑钢筋混凝土假巷和水泥漏斗，直至采场假底构筑完毕;③爆破第2次开凿的炮孔，崩下的矿石从漏斗中放出一部分留下一部分矿石，然后平整好工作面，拉底工作结束。

(5)假底构筑机械化作业。目前构筑人工假底劳动强度大，构筑时间长，成本高，可引进机械化作业生产线，构筑人工假底。在构筑假底的采场沿脉巷挑高至3.5 m，出完矿后，首先统一架设钢模板和木模板及布设钢筋网，然后采用混凝土泵送搅拌好的混凝土进行浇注，养护好后形成混凝土假底。

3 采矿方法优化对比

在相同条件和标准下，对优化前后的采矿方法进行了技术经济指标估算和对比，结果见表1。

表1 单个矿块优化前后技术经济指标对比

4 结语

针对珊瑚矿急倾斜薄至极薄矿脉开采过程中所存在的问题，提出了具体的优化方案。结果表明，优化后的浅孔留矿法可将回采率提高约16%，大幅降低了贫化率，改善了井下作业环境，对矿山今后留矿法的优化具有一定的参考价值。

［1］谢世俊.金属矿床地下开采［M］.北京:冶金工业出版社，1994.

［2］金英豪.浅孔留矿采矿法回采工艺技术探讨［J］.有色矿冶，2003，19(4):1-4.

［3］肖亮成.急倾斜薄矿脉长采场连续开采技术［J］.世界采矿快报，2000，16(8):260-261.