顶板薄层岩体极破碎缓倾斜薄矿体安全高效回采及应用

李 闯

（长春黄金研究院有限公司，吉林 长春 130000）

怀来宏达矿业有限公司（以下简称宏达公司）是中国黄金集团公司的全资子公司，矿区位于怀来县王家楼回族自治乡麻峪口村北麻峪口沟及其两侧，公司成立于2007年4月，原来生产能力为700t/d～900t/d，目前公司采选生产能力以达到3000t/d。主要是针对怀来宏达矿业有限公司五矿矿体的开采技术条件而设立的科研课题。该矿开采方式为地下开采，开拓方式为盲竖井+平硐开拓。目前探明的保有地质储量为492.8万t，金属量17.9万t。

1 采矿方法及回采工艺

1.1 采矿方法选择及特点

根据矿段矿体的赋存特点及开采技术条件，为了达到降低废石混入率、保证回采作业安全的目的，提高矿山经济效益，本着技术可行、经济合理、安全可靠的原则，并借鉴国内外成功的经验，经充分科学论证后，确定采用“倾斜分条浅孔分层回采采矿法”[1]。

1.2 采矿方法试验方案概述

倾斜分条浅孔分层回采采矿法，它的主要特点是将伪顶与矿石分层爆破，伪顶采用抛掷爆破并与落矿方向有一定夹角。在盘区内沿矿体倾斜布置若干个回采分条（采场）[2]。为了保证回采分条作业安全，分条（采场）间留有连续条带状矿柱，待盘区内分条回采结束再回收矿柱，将条带状连续矿柱变成规则的点柱，从而保证整个盘区顶板的稳定。

1.2.1 分条（采场）宽（跨）度的确定

分条的宽度即采场跨度（矿房宽度）尺寸的确定，主要是从影响采场顶板稳定性的方面进行验算和确定的。由材料力学可知，最大拉应力出现在梁的两端上边缘点上，其值为：

δmax=L2r/2h

式中：δmax—岩层（梁）所受最大拉应力，t/m2；

（1）h——松脱岩层高度，取h=1.0m；

（2）r——顶板岩层单位体积重力，r=2.8t/m3；

（3）L——梁（分条）跨度，m。

一旦δmax大于岩石的抗拉强度，岩石就会发生破坏，若要满足顶板岩层的稳定性，则必须满足：

δmax≤δt

式中：δt——顶板岩层岩石的抗拉强度，δt=220t/m2

将上述公式整理得：

L2r/2h≤δt

据此可以推断采场极限宽度：

若将岩石的抗拉强度除以安全系数，则得到采场的允许宽度，根据岩层稳固程度和考虑爆破震动及地下水影响的因素，安全系数可取2.0，则：

根据以上计算结果，确定分条（采场）宽（跨）度为8m。

1.2.2 分条（采场）数量的确定

分条（采场）数量是影响盘区长度的主要因素，分条数量的确定主要依据是矿、岩分层爆破作业组织方式，即分层爆破作业是否在不同的分条内进行。

为了保证回采作业及生产的可靠性，试验选取了分层爆破作业分别在不同的分条内进行的作业组织方式，由此盘区内分条（采场）的数量由下式计算：

（1）N=2.5×2。

（2）式中：N——盘区内分条（采场）数量，个；

（3）2.5——矿、岩分层爆破作业方式影响系数；

（4）2——分条生产影响备用系数；

（5）经过计算可知，针对每天一个回采作业循环的盘区开采而言，内部分条的数量为5个。

1.3 盘区回采工作

1.3.1 回采作业方式及顺序

在盘区内以回采分条为基本回采单元，沿矿体倾斜方向由下往上回采至上中段水平。分条内采用浅孔分层爆破回采工艺，爆破废石时采用抛掷爆破，抛向采空区，方向为沿倾斜方向。

1.3.2 凿岩爆破作业

炮孔布置：对矿体上盘0.8m厚的围岩采用抛掷爆破，孔眼间距0.60m，炮孔排距06.m～0.8m，孔长2.2m，崩岩深度1.5m，三孔成三角形为一组，分段爆破；矿石采用直孔爆破，炮孔间距1.0m，炮孔排距1.0m～1.2m，孔深1.5m～1.6m，分段分排爆破，崩矿深度1.5m（见图1）。

图1 炮孔布置图

2 效果分析与比较

2.1 主要技术经济指标

（1）采场纯矿量生产能力由30t/d提高到50t/d。

（2）采矿的废石混入率降低26.05%～28.53%。

2.2 经济和社会效益

采场废石不出坑直接充填到采空区内，不仅降低了企业运营费用，提高了企业经济效益，而且减少了矿山废石排放及污染，对推进绿色矿山建设有着重要意义。

2.3 直接经济效益

根据矿山生产规模和矿岩分采工艺所占的比例，采用矿岩分采后废石混入率可降低26.05%～28.53%，每天少采出废石量100t/d。

经核算采选作业成本（不含凿岩爆破作业成本及磨矿后续工艺作业成本）为44.7元/t，由于废石混入率降低26.05%～28.53%，每天少采出废石量100t/d，由此每年可获得经济效益147.51万元。

3 结语

通过试验内容的试验研究，解决矿岩分采的技术难题，进一步提高企业的经济效益和推进绿色矿山建设更加可以充分地开发、利用资源，节约资源，切实落实好国家对矿产资源节约与综合利用的方针政策。对矿山的生存和发展具有重要的意义。