矿岩稳定性对缓倾斜中厚矿体采矿方法选择的影响

赵兴宽，郭 蕊

(中色非洲矿业有限公司， 北京 100083)

矿岩稳定性对缓倾斜中厚矿体采矿方法选择的影响

赵兴宽，郭 蕊

(中色非洲矿业有限公司， 北京 100083)

缓倾斜中厚矿体是采矿界公认的难采矿体，如何减少采切工程量、简化回采工序、提高机械化回采强度，从而提高生产能力和降低生产成本一直是缓倾斜中厚矿体开采的重要研究方向。通过对比分条连续回采充填法和盘区连续回采充填法2种采矿方法，说明不同的矿岩稳定性对于采矿方法选取的重要作用。在矿岩稳定性较好的情况下，选择盘区连续回采充填法，通过划分“大盘区、小分段”，尽可能将采切工程布置在脉内，可以大量减少采切工程量，显著提高生产能力。

缓倾斜中厚矿体；分条连续回采；盘区连续回采；充填法

1 概 述

缓倾斜中厚矿体一般指厚度为5～20m，倾角为5～30°的矿体，是采矿界公认的难采矿体[1]，至今仍存在大量未解决的理论和技术难题[2]。主要表现在:矿体倾角缓，矿石无法自溜，需要采用机械搬运或人工扒运；采场空顶高度较高，顶板管理困难[3]；采准工程量大，采切比高，导致生产能力较小，开采成本较高。此外，该类矿体的矿岩稳固性、矿石价值、矿体尺寸和倾角大小，直接关系生产安全性、开采强度、生产成本、生产效率及矿石的贫损指标及采准工程量大小[4]。

2 谦比希铜矿东南矿体介绍

谦比希铜矿东南矿区位于非洲赞比亚铜带省，东南矿区主要开采的N1矿体，该矿体赋存在一套浅变质的泥质、砂质板岩中，呈层状产出，矿体与围岩一起经受褶皱作用，总体走向北西，基本与褶皱构造轴向一致，倾向北东。N1矿体沿走向长2700m，沿倾向宽569～1237m，矿体沿走向、倾向延伸较稳定。在水平方向上，矿体平面投影形态呈不规则条带状连续分布，在垂直方向上，矿体形态呈层状，矿体埋深506～1067m，倾角5°～20°，见图1。矿体平均厚度9.63m，TCu平均品位2.31%，Co平均品位0.117%。矿石为单一硫化矿类型，属原生矿。

矿体上盘围岩主要为一套以泥质石英岩为主夹少量泥质岩的浅变质岩层，岩石结构较致密、坚硬、稳定、完整。矿体下盘围岩为砾岩和石英岩，下盘岩石均坚硬、稳定、完整。矿石硬度系数:f＝6～8，围岩硬度系数:f＝10～12。矿体本身稳固性中等。

东南矿区N1矿体目前正处于基建阶段，设计生产能力为10000 t/d，矿山预计2017年底建成投产。

针对该矿体的赋存条件，正在进行采矿方法研究，目前暂定的2种采矿方法为分条连续回采充填法和盘区连续回采充填法。下面就这2种采矿方法的回采工艺分别进行简述和对比。

3 分条连续回采充填法

3.1 采场结构参数

采场沿走向布置，采场长度60m，阶段高度100m，各阶段沿倾向方向划分分段，分段高度12m，若矿体倾角为15°，则一个分段可划分为4个分条进行回采，分条宽度为12m(见图2)。采场之间沿走向预留间柱，不留倾向间柱。为了提高矿块利用率，在矿体倾向上采用“阶梯交替”自下而上间隔回采的方式。在实际生产中，可根据矿体倾角变化情况调整分段高度、分条宽度及数量。

3.2 采准切割工程布置

沿盘区矿体下盘施工脉外斜坡道，在斜坡道上每隔12m高沿走向施工一条分段平巷，从分段平巷向采场两侧分别施工采场联络道和充填平巷。每条采场联络道和充填平巷服务相邻2个采场，其中本中段的充填巷道作为下分段的顶部充填巷道使用。沿矿体下盘布置沿脉凿岩巷道，凿岩巷道之间施工出矿进路，采场中间施工切割天井(见图3)。采场

回采完毕及时充填，防止采场回采结束后采空区大面积冒落。

图1 N1矿体形态及东南矿体开拓系统

图2 分条连续回采充填法

图3 分条连续回采充填法三维视图

3.3 凿岩爆破

以采场中央切割天井为自由面爆破形成切割槽，施工上向扇形中深孔，以切割槽为自由面，实行分排多次爆破。

3.4 采场通风

新鲜风流从脉外斜坡道进入分段平巷，经采场联络道进入采场，清洗完工作面后污风回至上分段充填回风平巷，经上分段平巷排至回风井。

3.5 采场出矿及充填

出矿选用4m3铲运机，从出矿进路口进行装矿，通过采场联络道，分段运输巷道运至分段溜井。对于采场中遗留残矿可考虑采用遥控铲运机清理，避免人员直接进入采场作业。

采场每一步骤回采完毕应及时充填，充填管路从顶部充填巷道引入采场，在出矿进路、受矿凿岩巷道端部设置挡墙，防止跑砂，采空区全部采用灰砂比为1∶20的胶结充填，自立性可满足生产要求，这样实现了矿体回收最大化，但胶结充填成本相对较高。

4 盘区连续回采充填法

4.1 采场结构参数

沿走向布置矿房，在不加大矿房跨度的前提下增加了矿房数量，对提高采区生产能力是十分有利的。为此对缓倾斜中厚矿体提出了“大盘区、小分段”的设计理念，具体而言，盘区长度在500～800m，中段高度为80～100m，分段高度为12～16m。

4.2 采准工程布置

针对N1矿体而言，在盘区中央位置布置一条脉外折返式采准斜坡道连接上下2个中段，在采准斜坡道每隔16m垂高开口施工分段联络道与脉内分段平巷连接，分段平巷长度为120m左右，然后根据矿体倾角，分别在该分段平巷的两端按10%～15%坡度施工沿脉伪倾斜上山至盘区边界。在伪倾斜上山每隔8m垂高往两侧开口施工脉内凿岩巷道，最终形成宽度16m，高度为矿体铅垂厚度，长度为60m的采场(见图4)。

分段矿石溜井布置在分段平巷端部一侧，充填回风巷位于盘区端部服务于相邻盘区。

图4 盘区连续回采充填法

4.3 爆破及出矿

采场端部拉槽后，采用扇形中深孔分排后退式爆破，铲运机直接进入采场出矿，当出矿点到矿石溜井的距离大于铲运机合理运距150m时，采用铲运机倒卡车的运输方式，否则铲运机出矿直接倒溜井即可。矿石在中段底部再次转运至主矿石溜井。

4.4 采场通风

新鲜风流从盘区采准斜坡道进入分段平巷，再通过伪倾斜上山，采场联络道进入采场，清洗工作面后，污风通过端部的充填回风井排至上中段充填回风平巷。

4.5 充 填

整体而言，盘区回采和充填顺序都是自下而上的，首先封闭采场联络道，通过敷设在上部充填回风平巷和充填回风井的管路将充填料输送至采场，由于沿着矿体的倾向进行充填，因此通过重力的作用，充填料能较好地流动，有利于充填密实和接顶，从而提高充填强度。

5 采矿方法对比

5.1 分条连续回采充填法优缺点

该方法的优点是爆破后形成堑沟底部结构，进路出矿，出矿效率高，作业安全。采场间不留倾向矿柱，采场采用胶结充填，可最大程度的回收走向间柱，矿石损失率小，并实现了采场的连续回采和充填。

由于分条连续回采充填法绝大部分采切工程均布置在围岩内，造成副产矿石量少。且该方法采准工程量大，采场形成所需时间长，难以保证三级矿量的平衡。

5.2 盘区连续回采充填法优缺点

该方法的优点是采准工程量少，采切比低，形成采场所需时间短，盘区采准一旦形成，可同时生产采场数量多，生产能力大[5]。另外，除盘区采准斜坡道和溜井外，其余采准工程均布置在脉内，副产矿量多，矿山容易达产和稳产。

但该采矿方法能否顺利实现的关键取决于矿体的稳定性。矿体稳定性对该采矿方法的影响主要表现在2方面[6]，首先该采矿方法绝大部分采准工程均布置在脉内且服务时间较长，如分段平巷及伪倾斜上山服务于一个分段的生产；其次，铲运机直接进入采场空区出矿，采场空区最大暴露空间可达近1000m2，如采用传统人员操纵铲运机进入矿区，将存在较大安全风险。对此，可采用视频控制遥控铲运机进入采场出矿，人员在安全区域进行操作，可以从根本上保证操作人员的安全[7]。

因此，如果矿体及围岩的稳定性差，将不能保证各脉内采准工程在服务期内的安全性，即使采用遥控铲运机，铲运机本身也将面临巨大风险，该采矿方法将难以施行。

6 结 语

盘区连续回采充填法需要留设的矿柱有盘区沿走向顶柱、分段平巷及伪倾斜上山保护矿柱及采场点柱，矿柱所占矿量较大。因此，如何安全、合理地回收这些矿房(柱)，最大限度地回收这部分矿产资源，是生产中面临的一个课题[8]。因此，将在基建阶段揭露矿体时，选择有代表性的地段尽早开展采矿方法的研究工作，前期为测试矿体的稳定性，可以在矿体内爆破出等同于设计采场尺寸大小的暴露空间，在不支护的情况下，观察并记录采场随时间的冒落情况，为采矿方法的选择及设计提供基础数据。

[1]杨 殿.金属矿山地下开采[M].长沙:中南工业大学出版社，1999.

[2]余 健，黄兴益，吴东旭，等.缓倾斜中厚矿体机械化采矿理论与技术[J].中南大学学报(自然科学版)，2005，36(6):1107-1111.

[3]黄胜生.国内外缓倾斜中厚矿体采矿方法现状[J].矿业研究与开发，2001，21(4):21-24.

[4]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(12):10-13.〛

[5]古德生，李夕兵.现代金属矿床开采科学技术[M].北京:冶金工业出版社，2006.

[6]周君才.中稳矿岩缓倾斜中厚矿体采矿方法的改进途径[J].有色金属(矿山部分)，1990(1):8-12.

[7]陈俊彦.地下矿山无轨开采技术及设备[M].北京:冶金工业出版社，1986.

[8]郭忠林，臧士勇，唐天国，等.缓倾斜矿体矿柱回采实验研究[J].云南冶金，2001，30(4):1-7.

2015-04-02)

赵兴宽(1989－)，男，贵州平塘人，本科，主要从事金属矿开采方面的研究；Email:gzptzhao＠126.com。