南非某金矿采矿方法研究

尚晓明， 贺茂坤(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

1 前言

南非金矿有很大一部分矿体的赋存特征为缓倾斜薄矿体，缓倾斜薄矿脉开采主要是劳动密集型的采掘作业型式，直到现在，南非依然有很多矿山在用人工凿岩，电耙出矿的方式进行开采，采用这种开采方式的矿山在生产能力、工人安全保障和企业盈利能力方面显现不足[1]。国内工程技术人员也对这类型矿体的采矿方法进行了诸多研究[2-5]。随着社会发展及矿山装备水平的提升，在某些矿山，对这种传统的开采方式进行优化改造，以提升矿山整体技术水平。

2 矿床开采技术条件

某金矿位于南非自由省Welkom镇东北约20km处，有较好的基础设施与交通网络，矿山所在地区地形相对平坦，海拔标高1 305～1 330m。

矿体赋存于石英砾岩中，矿体厚度较薄，没有夹石，矿岩界线清晰。矿体埋深较深，距地表1 140～2 016m，矿体平均厚度0.33m，倾角平均为12°。

下盘岩石大都为石英岩，岩石结构稳定，直接上盘主要为页岩。该金矿所在的金矿区在工程地质方面都有一共同点，即矿体层上方都有一页岩层，页岩层特性为较软，易碎。该金矿的页岩层平均厚度为1.7m，单轴抗压强度(UCS)60MPa。

3 采矿方法研究

该金矿矿体上方的页岩层较厚，且为较软易碎的不稳定岩层，如果不做处理，矿体无法顺利采出，故采矿时需把页岩层采完后再采矿石层。

考虑到矿体与页岩的总厚度能达到2m，故采矿时可以采用低矮式无轨设备进行回采，以减少井下人员，提高生产效率。在矿体倾角较大的区域，采场布置形式采用伪倾斜布置，以适应无轨设备的运行。

由于页岩层分布量较大，如果全部采出后提升运输出地表，运营成本会很高，故考虑用抛掷爆破的方式，将部分页岩回填到相邻空区，以减少页岩的提升运输量。

3.1 矿块布置

矿块尺寸沿走向长200m，沿倾向长250m，矿块中间布置切割上山，在切割上山两侧沿倾向划分采场，单个采场宽度20m，工作面梯段式推进。矿块内布置超前掘进巷道(ASD)，用作采场的凿岩出矿空间。考虑到采场的稳定性，ASD超前尺寸为4m，作业中采场内留出5m的作业空间。采场之间设置连续胶结矿柱，胶结矿柱边生产边构筑，宽度为4m，用于采场的支护。矿块之间沿走向留10m间柱，间柱不回采。布置形式如图1所示。

图1 矿块布置形式

3.2 回采工艺及设备

1)回采顺序

采场沿切割上山向两翼双向推进，超前掘进巷道用作采场的凿岩出矿空间。

2)回采、出矿

回采采用DL230L低矮式中深孔凿岩台车对页岩层及矿体层钻凿与矿体倾向平行的炮孔，炮孔直径64mm。由于页岩层比较破碎，为防止炮孔堵塞，在页岩层钻凿炮孔后，立即插入塑料导管，导管直径52mm；矿体层钻凿炮孔后，立即插入塑料导管，导管直径36mm。炸药采用乳化炸药，非电导爆系统起爆。

爆破时，先爆破矿体层上方的页岩层。部分页岩通过抛掷爆破的方式回填相邻空区，另一部分通过低矮式XLP推土机将页岩推出采场，再通过LH208型柴油铲运机转运至20t柴油卡车，通过卡车运到集中卸载溜井。

页岩清理完毕后再对矿石层进行装药爆破。由于矿体层较薄，采用间隔装药的方式进行爆破，爆破松动后的矿石通过低矮式XLP推土机将矿石推出采场，再通过LH208型柴油铲运机转运至采区矿堆，卡车在矿堆装矿后将矿石运到集中卸载溜井。

回采过程中，由于采用了低矮式中深孔凿岩台车及XLP推土机，故采场内无需人员进入，能较好的保障工人的生命安全。

3)采场充填

单个采场生产过程中边生产，边修筑宽4m的胶结矿柱，灰砂比为1∶10，矿柱由充填袋的形式组成，具体如图2所示。充填袋在南非应用比较广泛，技术成熟，工艺灵活，能够很好保障生产的连续性。

图2 充填袋形式

4 结论

随着厚大易采矿体逐步开采完毕，未来在采矿过程中会遇到更多的难采矿体，尤其是缓倾斜薄矿体的开采。针对该矿矿体上方有页岩层的特点，利用抛掷爆破技术将部分页岩回填空区，以减少页岩的运输量，有效降低运营成本；采用低矮式无轨设备进行凿岩、出矿，由充填袋形成连续矿柱，从而形成一种安全高效的采矿方法。