复杂残矿资源中深孔爆破协同落矿采矿工艺

赵元元，高 峰，熊 信

(1.广西高峰矿业有限责任公司技术科，广西南丹547205；2.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083)

传统两步骤采矿方法在前期留有大量间柱和大面积采空区，随着开采深度的增加，矿柱回收滞后影响阶段推进速度，甚至承压变形破坏，给矿山安全生产带来很多困难和隐患[1-3]。由于两步骤开采后的残矿资源(简称二步资源)赋存条件复杂，受开采扰动及应力集中等影响，回采效率低，安全性差，难以采用常规采矿方法进行回采[4-5]。20世纪80年代以来，国际矿业界对二步资源回收技术进行了大量研究，提出了诸多二步资源的回采工艺。我国通过多年二步资源开采实践积累了大量经验，但以往二步资源的回收通常把资源回采与隐患治理看作是一对矛盾，分别进行独立设计与施工，二者之间的相互关系研究较少[1]。为有效调和资源回采与隐患治理这对矛盾，陈庆发等[6-9]提出了协同开采理念，通过创新采矿方法、应力控制和断链减灾等技术，解决了残矿资源回采过程中的诸多矛盾问题(空区隐患、地压、水害等)，并结合矿山实例开展了应用研究，为残矿资源的开采提供了新思路。

因此，本文基于协同开采理念，以高峰矿-200 ～-189 m 水平下盘残留矿体为研究对象，针对其复杂开采技术条件，将采场结构（包括采场形式和采准工程布情况置等）和回采工艺（包括回采顺序、落矿方式和矿石运搬）协调与同步整合，设计上、下向扇形中深孔协同利用崩矿空间落矿嗣后充填采矿的回采方案，为高峰矿残矿资源回收提供新方案，对其他矿山类似的残矿资源回收具有重要的借鉴意义。

1 试验采场概况

高峰矿现采深达1 000 m，以-79 m水平上下划分为100，105号矿体，目前主要开采的105号矿体是世界罕见的多金属特富矿床[8-12]，采用的采矿方法为机械化上向水平分层充填法。为满足矿山生产能力要求，阶段内(-200～-151 m)的回采顺序被打乱，加之非法盗矿乱采滥挖，导致-200～-189 m水平的下盘遗留了一个形状不规则的矿体。根据高峰矿生产现状和阶段平面图，绘制遗留矿体的赋存条件示意图，如图1。由图1可知，遗留矿体类似于一个上大下小的梯形矿段，沿走向120 m长，梯形矿段下底约8 m，上底约23 m，累计矿量11 000 t，矿体顶板和左侧均为充填体，下盘为生物礁灰岩，靠近矿体下盘沿走向布置有-200 m和-189 m水平的脉内运输巷道。

图1 遗留矿体赋存条件示意图Fig.1 Schematic diagram occurrence condition of remnant orebody

针对遗留矿体的赋存条件，目前自-200 m水平脉内运输巷道采用上向浅孔(I区)和水平浅孔(II区)同时挑顶，并将崩落矿石作为上采平台继续挑顶的回采方法，待整个矿房挑顶结束，采用铲运机一次性出矿，最后采用胶结充填体对采空区进行充填，即类似浅孔留矿嗣后充填法的方式回采。高峰锡矿矿石含硫量较高，该方法在回采过程中积压大量矿石，并且浅孔落矿矿房回采时间较长，因此会出现矿石自燃；该方法挑顶完成后整个矿房(I区和II区)顶板均为充填体，暴露面积较大，顶板容易出现垮塌失稳，导致矿石贫化及安全事故；此外，该方法在回采时没有利用-189 m水平的脉内运输巷道，即未有效利用已有开拓工程。针对目前采矿方法的缺点，有必要创新采矿方法、优化回采工艺，实现该梯形矿段的安全高效回采。

2 回采方案设计

针对遗留矿体的赋存条件，基于协同开采理念，设计上、下向扇形中深孔协同利用崩矿空间落矿嗣后充填采矿的回采方案。将梯形矿段划分为方形矿柱(I区)与三角矿柱(II区)，协调矿柱回采与充填顺序，不留间柱，充分利用-200 m和-189 m水平脉内运输巷道，采用上向扇形中深孔(I区)与下向扇形中深孔(II区)协同利用崩矿空间落矿的方式进行挤压爆破，并借助三角矿柱的产状使矿石自然下溜到同一脉内运输巷道(-200 m水平)，然后采用遥控铲运机出矿。沿矿体走向将矿体划分为矿房，根据允许暴露面积设计矿房长度20 m，矿房宽度为矿体厚度，上、下向扇形中深孔协同利用崩矿空间落矿嗣后充填采矿法的示意图如图2。结合采矿方法的示意图对整个回采工艺(包括采准与切割、回采与充填)进行优化。

图2 上、下向扇形中深孔协同利用崩矿空间落矿嗣后充填采矿法Fig.2 Subsequent filling mining method that upward and downward fan-shaped medium-depth hole for synergetic utilize caving space for ore caving

2.1 三角矿柱回采工艺

如图2(a)所示:在矿房中部自-200 m水平的脉内运输巷道向上掘进切割天井，在切割天井内沿矿体走向采用上向平行中深孔逐排爆破形成切割立槽(协同利用崩矿空间)；在矿房中部自-189 m水平的脉内运输巷道垂直矿体走向掘进-189 m水平凿岩巷道贯通至切割立槽，然后穿凿下向扇形中深孔，以切割立槽为自由面往-189 m水平脉内运输巷道方向逐排起爆完成挤压爆破，降低中深孔爆破的大块率；如图2(b)所示，同时在临近矿房中部自-200 m水平的脉内运输巷道向上掘进切割天井，在切割天井内沿矿体走向采用上向平行中深孔逐排爆破形成切割立槽（临近矿房协同利用崩矿空间），合理利用间隙时间实现矿房回采工作的协同推进。

采用遥控铲运机自-200 m水平脉内运输巷道出矿，并充分利用三角矿柱的产状使矿石自然下溜至-200 m水平的脉内运输巷道，将三角矿柱的矿石全部铲出，避免矿石损失；待三角矿柱矿石回采完毕，在方形矿柱与三角矿柱交界处构筑充填挡墙，协同利用切割立槽为方形矿柱回采提供挤压爆破的崩矿空间，同时自-189 m水平脉内运输巷道向采空区内泵送胶结充填体完成充填。

2.2 方形矿柱回采工艺

如图2(b)所示:在矿房中部自-200 m水平的脉内运输巷道垂直矿体走向掘进-200 m水平凿岩巷道贯通至矿体端部，然后穿凿上向扇形中深孔；以切割立槽（协同利用崩矿空间）为自由面往-200 m水平脉内运输巷道方向逐排起爆完成挤压爆破，降低中深孔爆破的大块率，采用遥控铲运机自-200 m水平脉内运输巷道出矿；出矿完毕在-200 m水平脉内运输巷道内构筑充填挡墙，自-189 m水平脉内运输巷道向采空区内泵送胶结充填体完成充填；同时在临近矿房中部自-189 m水平的脉内运输巷道垂直矿体走向掘进-189 m水平凿岩巷道贯通至切割立槽，然后穿凿下向扇形中深孔；重复三角矿柱与方形矿柱回采工艺，实现矿房回采协同推进，提高矿房回采效率。

3 现场工业试验

高峰矿已采用浅孔留矿嗣后充填采矿法回采完1个矿房，历时近3个月，矿房累计采出矿石量17 500 t，矿房生产能力大约195 t/d，矿石损失率4.5%，贫化率10%。后续矿房采用上、下向扇形中深孔协同利用崩矿空间落矿嗣后充填采矿法进行回采，回采工作自2017年8月开始，至2018年3月结束，历时7个月，累计采出矿石量88 900 t，矿房生产能力大约420 t/d，矿石损失率3%，贫化率5%。实践表明，与浅孔留矿嗣后充填采矿法相比，上、下向扇形中深孔协同利用崩矿空间落矿嗣后充填采矿法顶板充填体暴露面积大幅减小，矿石贫化率大幅降低，矿房生产能力大幅提升。表明该方法能较好地满足高峰矿安全高效回采的要求。

4 结 论

1)针对高峰矿-200～-189 m水平的下盘二步破碎资源矿体复杂开采技术条件，基于协同开采理念，设计上、下向扇形中深孔协同利用崩矿空间落矿嗣后充填采矿法回采临近充填体的梯形矿柱。

2)现场工业试验表明，与浅孔留矿嗣后充填采矿法相比，上、下向扇形中深孔协同利用崩矿空间落矿嗣后充填采矿法的顶板充填体暴露面积小，矿石贫化率由10%降低至5%，矿房生产能力由195 t/d 提高到420 t/d，能较好地满足高峰矿安全高效回采的要求，其协同利用崩矿空间的理念与回采工艺值得其他类似矿山借鉴。