极薄急倾斜玉石矿脉采矿方法探讨*

赵建平，杨晓红，戴东波，张振洋

(1.中南大学 资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083；2.湖南省有色地质勘查研究院，湖南 长沙 410015)

0 引 言

通天玉产于湖南省郴州市临武县，是我国目前发现的又一优质石英质玉。经中国地质大学相关机构测定，通天玉硬度为6.5～7，多为7，密度多为2.60～2.70 g/cm3，最高可达2.9 g/cm3，折射率为1.54。因所含化学成分的不同而呈现白、红、黄、兰、青、墨等色彩，以白色居多，玉质细润、天然明亮、晶莹剔透、色彩丰富、可雕性强。

据湖南有色地质勘查研究院初步探明，通天玉储量比较丰富，分布面积达两百多平方公里。调查共发现玉石矿脉12条，其中通天山2条，西山10条；其中有6条矿脉由单工程控制，其它6条矿脉工程控制长300～1200 m；12条脉平均含矿率28.25%，脉宽0.03～0.76 m，平均脉宽0.23 m，倾角较陡51°～86°，属于极薄急倾斜矿体。

通天玉矿脉具有连续性好、品质更富油脂性、玉质感更强和宽度较稳定的特点，适合进行大规模的生产和加工，若形成产业集群则每年可创造数百亿元的价值。由于玉石的潜在价值，2012年起，当地民采玉石盛行，造成资源浪费和环境破坏等一系列问题。由于玉石具有高价值和不可再生性，如何在保护中高效、经济、安全和绿色的开采玉石资源显得尤为重要。

1 临武矿产开采现状

临武县原矿开采主要有煤、铅、锌、钨、锡、钼、铋等，煤及有色金属现大多停产。玉石矿开采以零星民采为主，全县玉石民采点有10余处，其中通天山地区有6～7处，另外，通天山地区有色金属矿采矿时也发现了质量较好的玉石矿。民采玉石开采方法现以爆破法为主，成品率极低，造成了资源的破坏和浪费，同时也降低了玉石的价值。根据采点现场观察，民采曾使用风钻钻孔，后用夹板挤出原石，保持了原石的完整性，使成品率和玉石的价值都大大提升。目前，临武县政府成立了专门的玉石执法大队，禁止了玉石开采活动，有效地打击了非法盗采，市场上玉石原石流通量较之前已大幅减少。

2 玉石矿开采要求

玉石矿的价值一般比较高，矿体规模一般很小，开采数量有限；可以露天开采，也可以地下开采；一般玉石矿的开采不会对环境造成大的影响。因此对玉石矿的最低开采标高、剥采比、夹石剔除厚度等可以不作严格要求，只要矿体有一定规模、厚度满足雕刻需要，经济可采就行。

根据玉石本身特点、加工和价值要求，玉石矿开采时为了保证其最大价值实现，采矿方法需要满足以下要求：

(2) 避免产生新的裂纹，最大限度的采出具有原生状态的无裂隙的完整玉石。

因此开采时需采用可保持原生状态的大块玉石的采矿方法及开采技术，尽可能提高玉石的经济价值。

3 极薄急倾斜玉石矿脉采矿方法

3.1 采矿方法选择

采矿方法是研究矿块(包括矿房和矿柱)的开采方法，它包括回采工艺和采场结构两大方面的内容，而地压管理则是决定采场能否安全生产、崩矿和出矿能否顺利进行的关键，地压又与采场结构密切相关。

采矿方法是根据矿床赋存要素和矿石与围岩的物理学性质等因素所确定的矿石开采方法。它包括采区的地压管理，结构参数，回采工艺等。

(1) 矿石和围岩的稳固性：在矿石和围岩的物理力学性质中，矿石和围岩的稳固性是关键因素，它决定着采场地压管理方法、采矿方法的选择、采场构成要素及落矿方法。临武玉石矿脉分布广泛，当玉石和围岩稳定时，可选用留矿法或削壁充填法。

(2) 矿体倾角和厚度的影响：矿体倾角主要影响矿石在采场内的搬运方式。急倾斜矿体可利用矿石自重下落，但由于临武玉石矿属于高价值矿床，应考虑采用机械或人工搬运。

(3) 矿体形状和矿石与围岩的接触情况：影响采矿方法的落矿方式、矿石运搬方式和贫化损失指标。极薄矿脉中，矿体的形状是否规整，接触界线是否明显，影响削壁充填采矿法的采用。

(4) 矿石的品位及价值：临武玉石矿属于贵重、高价值矿石，要求采用回收率高、完整性好、块度大和损伤小的采矿方法，以提高其玉矿经济效益。

(5) 其它特殊要求：玉石矿为了满足加工技术要求，需要提高块度和避免裂隙，以提高其市场价值。

相比之下，国际上一些知名公司会积极进行对外交流，在交流中抓住各种有利机会，对碳信息进行全面分析，最大程度地挖掘碳信息所反映的企业经营问题，发挥碳会计披露的指导作用。这也从侧面反映出我国大多数企业缺乏环保意识，对碳会计信息披露对企业持续发展的认识不够充分。

国内外开采极薄急倾斜矿体的方法多为浅孔留矿法和削壁充填法，玉石矿脉开采拟参考浅孔留矿法和削壁留矿法的采准、切割工艺，在回采时，考虑到玉石矿开采的块度和完整性要求，回采需要深入研究爆破法崩落玉石矿和非爆破法开采玉石的技术，以提高玉石价值。

浅孔留矿法和削壁充填法开采矿岩时，都采用了爆破的方法掘进巷道和崩落矿岩。浅孔留矿法是用浅孔爆破法直接崩落矿岩使矿体破碎，而后用底部结构漏斗放矿至运输平巷运出；削壁充填法用浅孔爆破法分别崩落围岩和矿石，矿石经溜井放出至运输平巷运出，崩落的废石用于充填采空区并形成工作平台，这两种法都难以形成大块度和完整度好的矿岩。

2种采矿方法均不能直接用于临武玉石矿脉的开采，需要对其采场布置、采准、切割、回采、放矿整个工艺过程进行改造，并在采准、切割、回采时，不能直接用浅孔爆破直接崩落玉石矿脉和周边的围岩。因为孔中炸药爆炸时产生的爆炸冲击波和爆生高压气体，将依次在炮孔的各个方向作用于周围围岩或极薄玉石矿脉中，并在炮孔一定范围内形成压缩粉碎区、裂隙区和爆破振动区，直接导致玉石矿脉块度减小、裂隙生成和完整性破坏，严重降低其价值。

因此，需结合浅孔留矿法和削壁充填法，除研究玉石矿脉开采时的采场布置、采准、切割、回采、放矿整个工艺过程外，还要重点研究致裂玉石矿脉并保证其块度和完整性的开采技术。

3.2 极薄急倾斜玉石矿脉开采方法

借鉴浅孔留矿法和削壁充填法2种采矿方法以及石方石材开采技术，针对临武玉石矿脉，提出的开采方法为：结合浅孔留矿法、削壁充填法的思想，将矿块划分为矿房和矿柱，矿房和矿柱均采用两步骤回采，即在回采过程中首先用线型聚能爆破切割技术开采围岩为玉石开采提供自由面，接着用聚能爆破切割技术切割玉石矿脉，切割下的玉石运至溜井放出，崩落的废石除充填采空区形成回采工作平台外，多余的由废石漏斗放出；溜井中始终存有一定高度的玉石矿，保证玉石重力下落不造成二次损伤。玉石矿脉采矿方法见图1。

图1 玉石矿脉采矿方法

3.2.1 采场布置

采场沿走向布置。阶段高度为40～60 m时，采场长度一般为40～50 m，留间柱、顶柱和底柱。

为保护上部沿脉平巷和对围岩起暂时支撑作用，留一定高度的顶柱；为了保护下部沿脉巷道，需要留设一定高度的底柱；如果需要施工人行天井，还应在矿房两侧留设间柱。溜井布置在矿房中部，在溜井和两侧天井之间各设一个漏斗，用来放出矿房内多余的废石。

3.2.2 采准切割

采准切割工程有：沿脉平巷、采准天井、采场联络道、拉底巷、废石漏斗和矿石溜井等。沿天井每隔4～5 m掘进一条联络道，使天井与矿房联通，以便人员、设备、材料、风水管和新鲜风流进入矿房。从最底部联络道开始首先沿围岩掘进拉底平巷，然后向矿脉侧扩展。若条件允许，可将沿脉平巷做阶段运输平巷。

3.2.3 回 采

采用自下而上，先围岩、后玉石矿脉的两步骤开采。每一分层先进行围岩爆破、通风、局部废石放出、松石处理(顶板检查，去掉浮石)及平场(整平留废石堆充填表面)，而后进行玉石矿脉的开采。围岩开采是为后续的玉石矿脉提供自由面，在两步骤围岩和玉石开采时均采用聚能爆破切割技术，防止和减少围岩爆破对玉石矿脉的损伤和玉石开采环节的损伤。

分层高度2～2.5 m，回采工作面梯段布置，采用水平凿岩方式，水平炮孔上仰5°～8°，梯段长度2～4 m，梯段高度1.2～2 m。

3.2.4 通 风

矿房的通风线路是：新鲜风流自一侧天井和联络道进入矿房中，清洗工作面后，污风经另一侧联络道和天井，进入上回风平巷，经回风井排出地面。

3.2.5 矿柱回采

考虑到玉石矿脉的价值，可考虑不留顶柱，或将间柱、底柱、顶柱用水泥砌片石等人工矿柱代替，以回采玉石。

3.3 采矿方法评价

结构简单，管理方便，采准切割工作量小；采用聚能爆破切割技术两步骤开采玉石矿脉，效率较其它机械方法高且成本低，技术难度小，便于实现；采下的废石可直接充填采空区，利于环境保护；矿柱中的玉石矿脉采用人工矿柱代替后，可将玉石矿脉进行回采，以提高玉石开采回收率。

4 结 论

(1) 针对临武极薄急倾斜玉石矿开采技术难题，结合浅孔留矿法和削壁充填法，提出了基于线性聚能爆破切割技术的极薄急倾斜玉石矿脉开采方法。该采矿方法在安全、高效和经济的前提下能够保证玉石的完整性，还能减少废石对环境造成的影响。

(2) 极薄急倾斜玉石矿脉开采关键技术是围岩和玉石矿脉的线型聚能爆破技术，它是保证玉石完整性和块度大小的关键，是整个采矿方法研究的重点。