某铅锌矿山采矿方法优化选择

马 秋，李小武，何皇兵

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

某铅锌矿坑内赋存的XVII、XVIII号矿体是该矿段的主矿体，平面范围北起P87号勘探线，南到P90号勘探线，西自FP1断层，东至XVIII号矿体下盘；南北向走向长360 m，东西向宽200 m，见矿最低标高2 053 m，控制斜深100 m。

XVII号矿体大部分沿构造产出，局部呈层状或似层状特征。矿体走向一般为30°N～36°E，倾角为48°～76°，矿体走向长235 m，倾向控制深度80 m，工业矿体厚7.80～71.10 m，平均厚度10.93 m，平均品位：Pb0.60%、Zn7.71%。该矿体估算矿石资源量占全区的39%。

XVIII号矿体有层状或似层状特征，局部受构造影响出现突然尖灭现象。矿体走向一般为33°N～55°E，倾角为41°～72°，矿体走向长310 m，推断最大斜深100 m，工业矿体厚6.10～44.60 m，平均厚度10.35 m，平均品位：Pb0.89%、Zn0.39%。该矿体估算矿石资源量占全区的61%。

该矿段含矿层为云龙组上段(Eyb-2)碳酸盐岩夹碎屑岩；岩性主要为灰岩角砾岩、角砾灰岩、灰岩、细砂岩夹粉砂岩；岩石呈半坚硬，部分致密状，大部分为块状结构，岩体稳定性较好。直接顶板岩层：矿层直接顶板为三合洞组下段(T3s1-2)碳酸盐岩坚硬岩层，岩性为含沥青灰岩、角砾状含沥青灰岩，含白云质灰岩及燧石结核灰岩，岩层层理清晰，层间结合力较强，岩石致密坚硬，力学强度较高岩体稳定性较好。矿层底板岩层：矿层底板为云龙组上段(Eyb-1)碎屑岩半坚硬岩层，岩性为铁质(灰质)胶结含角砾细砂岩、细砂岩夹粉砂岩，岩体为层状结构，围岩稳定性较好。反映矿体赋存状况的典型地质剖面见图1。

图1 典型地质剖面图

矿山投产以来，生产能力约为1 000 t/d(33 万t/a)，中厚急倾斜矿体占比较大，对于这种类型矿体，矿山以往多采用堑沟底部结构的浅孔留矿嗣后充填法，现对此采矿方法简述如下：

矿块布置：矿房长51～57 m，宽12 m，高为中段高度40 m，堑沟底部结构高6 m。由中段运输巷道掘装矿穿脉连通溜井，溜井向上掘至出矿底部结构水平，并与该水平出矿穿脉连通，沿出矿穿脉垂直走向向矿体内掘堑沟平巷，并最终贯穿矿体，在堑沟平巷内每间隔10 m掘一出矿巷道与相邻堑沟平巷贯通。出矿水平上下盘脉外分别掘沿脉联络平巷，由上下盘沿脉联络平巷每间隔10 m逆矿体倾向掘矿块天井与上中段回风联道贯通，在上下盘矿块天井中每隔5 m对称掘进采场联络道。

凿岩、爆破：回采时采用浅眼凿岩机沿拉底平巷形成拉底空间，拉底宽度为矿房宽度；矿房回采自下而上分层回采，分层高度2～2.5 m；采用浅眼凿岩机凿岩，2#岩石硝铵炸药爆破，非电雷管起爆。

出矿：爆落的矿石由出矿短巷由装岩机装至矿车，人工下放到矿石溜井，再由电机车运至斜井。采场放矿量起初控制在落矿量的30%左右，直至采到矿块顶柱，最后进行大量放矿。

通风：新鲜风流从矿块天井进入联络道，再从联络道进入矿房内，清洗工作面后进入矿块回风天井，由矿块回风天井排至回风平巷。

充填：首先回采的空区全采用尾砂胶结充填，后回采的空区底部采用尾砂胶结充填，上部采用全尾砂充填，充填参数根据现场调整。

1.下盘运输巷道；2.上山；3.矿体；4.联络道；5.矿块天井；6.木材；7.矿废石溜井；8.出矿巷道；9.浅孔；10.矿石堆；11.回风联道

图2矿山采矿方法现状

Fig.2Currentsituationofminingmethods

该矿段中厚以上矿体占比较大，形态规整，锌品位较高，采用现在的堑沟底部结构浅孔留矿嗣后充填法，虽能起到降低贫损指标的目的，但也存在以下问题：

1)回采作业中的凿岩、装药均在采场暴露面下进行，若遇矿体及围岩不稳固地段，将存在较大的安全隐患；

2)浅孔凿岩落矿效率较低，劳动强度较大，耗工耗时；

3)出矿采用装岩机装矿车，人推矿车的形式，出矿效率受到限制，矿山生产规模难以保证。

针对矿山现有采矿方案存在的系列安全问题，需对该矿的采矿方法及工艺等进行优化选择，实现资源安全高效利用，增加开采经济效益。

1 采矿方法优化选择

1.1 采矿方法初选

该矿段上方地表有贫矿堆场等建构筑物，且距矿段不远处即为露天采场境界，矿区地表土地征用难度很大，地表不允许出现塌陷区，因此崩落类的采矿方法不适宜选用。根据矿区工程地质条件，该矿段矿体岩体质量等级可达III级，岩体质量中等；矿体顶、底板岩体质量等级亦为III级，岩体质量中等。据此推荐矿山采用分段空场嗣后充填采矿法，该采矿方法为国内矿山所常用的，且易于掌握的采矿方法，具备安全可靠，对矿体产状变化适应性强等特点。该文将选取2种不同采场结构的分段空场嗣后充填采矿法进行比较，分别为：分段凿岩阶段出矿两步骤回采嗣后充填法及分段凿岩阶段出矿嗣后充填法，以上2种采矿方法各有利弊，需对其进行进一步的技术经济分析比较，才能最终选取出适合该矿段的最佳采矿方法。下面以占比较多的产状为“急倾斜厚大”的矿体作为研究对象来分析两种方法的优劣，并最终选优。

1.2 分段凿岩阶段出矿两步骤回采嗣后充填采矿法

该采矿方法有垂直走向和沿走向2种形式，由于研究对象为急倾斜厚大矿体，因此选取垂直走向布置有底柱分段凿岩阶段出矿嗣后充填法来进行分析描述。

此种采矿方法适用于该矿山矿体厚度在15 m以上的急倾斜矿体，见图3。矿块垂直走向布置，长为矿体水平厚，矿房、间柱宽均为15 m，顶柱高4 m，底柱为堑沟结构高9 m，分段高7～10 m，整个中段高40 m。

图3 垂直走向布置分段凿岩阶段出矿两步骤 回采嗣后充填采矿法

从脉外运输平巷适当位置掘采区斜坡道，在斜坡道内按设计标高垂直矿体走向凿分段凿岩平巷，在分段凿岩平巷内沿矿体走向掘分段联络平巷，由最低分段联络平巷向矿体掘装矿进路，进路进入矿体内后，继续垂直矿体走向掘底部堑沟平巷，在堑沟平巷中掘装矿巷道；在矿房中部掘切割天井连通堑沟平巷及分段凿岩巷道，将切割天井扩展成切割槽并形成底部堑沟。矿块分矿房和间柱两步骤回采，先采矿房，后采间柱。分段凿岩，阶段出矿，嗣后一次充填，中段间开采顺序由下往上采。凿岩选用YGZ90型钻机配TJ-25型圆盘台架钻凿上向扇形中深孔，孔径φ60 mm。采用人工或BQ-100型装药器装填2#岩石硝铵粉状炸药，导爆索非电雷管起爆，矿石最大块度控制在500 mm内。阶段出矿选用WJD-1型电动铲运机，矿废石由铲运机运输，经装矿巷道、出矿进路、分段联络平巷、矿废石溜井联道至采场溜井，最终溜至中段装车。矿块分为矿房和间柱两步骤进行充填，第一步骤回采矿房，回采结束后矿房用全尾砂胶结充填，并用全尾砂胶结充填浇底、接顶，靠底柱部分采用灰砂比1：4的充填料浆充填，中部采用灰砂比1：10的充填料充填；第二步骤回采间柱，回采结束后，充填除浇底、接顶与矿房相同外，其余空区以全尾砂进行充填，中部采用灰砂比1：20或0：1的纯尾砂充填。配QZJ100B型潜孔钻机由各出矿进路适当位置打下向的倾斜孔(φ100 mm)，钻孔与采场空区贯通，作为充填体进入空区的通道。

1.3 分段凿岩阶段出矿嗣后充填法

此种采矿方法适用于该矿山矿体厚度在15 m以上的急倾斜矿体，见图4。采场垂直矿体走向布置，采场长度50～60 m，间柱宽度6～8 m，矿房长度44～54 m，采场高度等于中段高度40 m；底柱高度10 m；分段高度10 m，进路间距8～10 m。

该采矿方法为下盘斜坡道与脉外天井采准，包括溜井联道、分段凿岩巷道、脉外采准天井、凿岩巷道联道、出矿穿脉、出矿水平沿脉、凿岩水平沿脉、溜矿井及拉底巷道；切割工程有切割平巷及切割天井。在分段凿岩巷道中采用YGZ90型凿岩机钻凿垂直向上扇形中深炮孔，采用上下分段同时爆破的方式进行回采，每次爆破4～6排炮孔；采场崩落矿石下溜至出矿水平的堑沟巷道内，由1 m3电动铲运机(铲运机经采区斜坡道由中段运输巷道、出矿水平沿脉后到达各采场)经出矿穿脉、溜井联道倒入溜井下放至中段运输水平装车。采场回采结束后留下的采空区，采用尾砂充填来对顶板进行管理，根据采矿方法以及类似矿山充填工艺的经验，全尾砂事后充填料浆水泥添加比例为3%～5%(灰砂比1：20～11：30)，料浆浓度约70%。充填管道通过中段沿脉运输平巷→装矿穿脉→采准天井→分段凿岩巷道→进入采空区。该采矿方法中段间回采顺序由下往上采。

1.炮孔；2.脉外采准天井；3.溜井联道；4.分段凿岩巷道；5.采场溜井；6.出矿穿脉；7.出矿水平沿脉；8.切割平巷；9.切割天井；10.装矿穿脉；11.装矿横巷；12.凿岩水平沿脉

图4垂直走向布置分段凿岩阶段出矿嗣后充填法

Fig.4Theverticalstrikeofsub-drillingwithstageextractingoreofdelayedbackfillingmethod

2 采矿方法优化选择

分别针对以上2种采矿方法进行各项技术经济指标及优缺点的分析比较，见表1。

表1 采矿方法技术经济比较表

根据上述2种采矿方法的比较，方案1采矿成本虽然较高，但最终可比经济效益略好，同时对地表环境影响较小，且采场暴露面积较小，中段开采顺序为从下往上采，充填采场位于回采采场下方，安全性较高。方案2虽然采矿成本略低，但贫损指标均较高，采场暴露面积较大，安全性较低，出矿品位亦没有优势，致使可比经济效益略差。综合考虑后，方案1在回采安全性及经济效益方面具有相对优势，确定选择方案1“垂直走向布置分段凿岩阶段出矿两步骤回采嗣后充填采矿法”作为该矿段地下开采的采矿方法。

目前该采矿方法在矿山已开展应用，其与矿山现场揭露矿体产状及现有采矿装备水平都较为吻合，现场生产的贫化率：10%，损失率：15%，采矿成本约：170 元/t(原矿)，按目前铅锌市场价格看：铅精矿16 000～21 000 元/t，锌精矿23 000～24 000 元/t，扣除各项成本后，矿山仍有一定的经济效益，这也从另一方面佐证了向矿山推荐的采矿方法是相对科学、合理的。

3 结 语

针对某铅锌矿山开采过程中采矿方法存在的主要安全问题，结合矿山开采现状和矿体的开采技术条件，对矿山的采矿方法进行了优化选择。对向矿山推荐的“垂直走向布置分段凿岩阶段出矿两步骤回采嗣后充填采矿法”及“垂直走向布置分段凿岩阶段出矿嗣后充填采矿法”的技术经济指标进行了计算分析，定量及定性的反映了2个方案各自的优缺点，权衡利弊后确定“垂直走向布置分段凿岩阶段出矿两步骤回采嗣后充填采矿法”作为矿山的最终采矿方案。后经矿山现场生产实践后，证明该采矿方法用于此矿山是适宜的。