干式充填法在五龙沟金矿薄矿体回采中的应用研究

祁焕斌，李新本

(1.青海省第六地质勘查院，青海 格尔木 816000；2.青海省金矿资源开发工程研究中心，青海 格尔木 816000)

在五龙沟金矿矿山开采中，矿体赋存复杂多变，薄矿体占比重，薄矿体回采技术难度大，薄矿体的矿石回采率与采矿方法的选择关系很大，直接影响着矿山的经济效益和绿色矿山建设指标的完成率。选择合理的采矿方法对矿山的可持续发展作用很大。结合SM2矿体赋存条件，通过对比选择出干式充填采矿法，且在矿山应用实践。

1 矿体特征与开采技术条件

1.1 矿体赋存特征

五龙沟金矿SM2矿体呈连续的条带状，具波状弯曲和分支特点，且向深部矿体产状有变陡的趋势。矿体真厚度变化系数80.29%，矿体真厚度为0.87～2.76 m，平均品位3.13×10-6，最高品位13.5×10-6，品位变化系数81.79%。矿体倾向33°～65°，倾角57°～68°。

1.2 开采技术条件

矿坑涌水量较小，坑道中多以滴水形式涌出，矿床开采过程产生突水危险性较小，矿体顶底板为块状结构坚硬-半坚硬侵入岩组，围岩稳固性差，矿体由大理岩、糜棱岩化斜长花岗岩组成，呈中细粒粒状结构、块状构造，岩石质量中等，稳固性中等。

2 开采现状

五龙沟金矿井下采用平硐+溜井的开拓方式，现主要采用空场法和无底柱分段崩落法，综合矿石损失率为15%、矿石贫化率20%，采空区均已通过自然冒落或强制崩落围岩方式进行处理，现基本没有采空区。

3 采矿方法选择

根据采场矿体赋存条件及开采技术条件，原则上空场法、崩落法、充填法[1]均可使用。本次方案将充填法与矿山现采用的采矿方法进行比较分析。矿体稳固性中等、围岩稳固性差的薄矿体不易采用空场法。因尾矿库离采区较远，考虑到充填成本，不建议采用尾砂胶结充填[2]。因此以干式充填采矿法[3]和无底柱分段崩落法进行对比(表1)。

表1 干式充填采矿法和无底柱分段崩落法参数对比

开采品位较高的富矿、价值较高的贵金属以及国家稀缺金属的矿石采用回收率较高的采矿方法，在回采时不仅要提高矿石质量和合理利用地下资源，还需降低贫化率和损失率，从而保证金属矿山企业获得最大经济效益。

综上分析，再考虑综合利用地下矿产资源及黄金属于贵金属，故选用干式充填法。

4 干式充填法实施方案

4.1 采场结构

矿房采用沿走向布置的干式充填法(图1)，先采矿房再采矿柱，矿房自下而上分层回采，随着工作面的向上推进，逐层充填采空区来维护围岩。此次采用上向水平分层充填法[4]，采场宽40 m、阶段高度40 m、顶柱和底柱厚4 m、回采间柱7 m。

图1 矿房沿走向布置的干式充填采矿方法示意图Fig.1 Schematic diagram of dry filling mining method arranged along the strike of the mine house

4.2 采准切割工作

采准工作主要有运输巷、人行井、溜井、沿脉巷、充填井、联络巷等。

利用现有各中段运输巷，断面尺寸能够满足使用；每个采场需两个人行井，人行井布置在下盘矿体边界处，断面为圆形，内径1.5 m，倾角大于60°，在回采间柱时改为充填井；为增大生产能力及以免一个溜井发生堵塞或破坏影响生产，采场设置两个溜矿井，断面为圆形，内径1.5 m，用混凝土浇灌，浇灌厚度200 mm，倾角大于60°，下口与放矿沿脉相通，并设置放矿闸门；沿脉巷，沿矿体走向设置，供铲运机或小型矿用汽车运矿；充填井布置在矿房中央靠上盘，有利于充填料在矿房中的自然铺设，上部出口与上中段运输巷间接连通，断面为圆形，内径1.5 m，倾角大于60°便于充填料因重力顺利倾倒至采空区内，同时充填井担负升降设备和爆破器材作用；在人行井每隔5 m垂直高度布置一条联络巷，断面1.5 m×2 m，两个人行井内的联络巷交错布置，在回采采场矿石时作为人行通道，在回采间柱时作为施工炮孔的作业空间。

4.3 回采工作

4.3.1 回采顺序

回采工作按分层逐层进行回采，每采完一层立即充填一层，工作空间保持在2 m的高度，每一次回采作业是相同的，包括落矿、撬毛、拉运矿石、充填、浇灌混凝土底板、护壁及溜井。

4.3.2 凿岩爆破

1)采场下部拉底部巷道(自由空间)，首先以拉底空间水平的联络巷施工切巷和采场溜井连通，并施工至矿体边界处(底部空间边界)，以切巷作为补偿空间，利用无切井拉槽法(采用楔形对称平行深孔[5]拉槽)和扇形中深孔联合爆破[6](图2)，装药爆破逐次形成落矿底部自由空间。

图2 无切井拉槽法和扇形中深孔联合爆破示意图Fig.2 Schematic diagram of the combined blasting without slot cutting method and fan-shaped medium and deep holes

无切井拉槽法楔形对称平行深孔(图3)拉槽，以采场切巷为自由面，用楔形对称平行深孔进行爆破，逐次爆破至拉底边界高度。以楔形对称平行深孔爆破形成的空间为自由面，对扇形中深孔依次爆破，最终形成底部空间，并在地板上浇灌一层0.3 m的钢筋混凝土作为下阶段回采的保护层。

图3 无切井拉槽法楔形对称平行中深孔示意图Fig.3 Schematic diagram of wedge-shaped symmetrical parallel mid-deep hole without slot cutting method

2)采场回采，中段高度40 m，4 m为一个分层，每个中段由10个分层组成，回采时暂不回采顶、底柱所在分层，采用上向平行炮孔落矿，孔深4 m，孔距1.5 m，孔径42 mm，前后炮孔错开排列，以充填井为自由面布置炮孔(图4)，边孔孔距1.8 m布局，距离间柱0.5 m，边孔采用光面爆破，每个回采分层一次性或多次爆破，适当的加大炮孔密度，减少大块率。

图4 炮孔布置示意图Fig.4 Schematic diagram of blast hole layout

在技术上和炮孔施工及爆破时严格控制，炮孔间距、孔底距等参数的选择和爆破效果有直接的影响，从而影响施工进度和生产能力，同时也大大降低了企业的经济效益。

4.3.3 出矿

出矿采用电耙+溜矿闸门+小型矿用汽车运输至主溜井中，平均每班生产能力可以达到120 t，在充填时电耙可以将矿房中的充填料和铺设混凝土底板料铺平。

4.3.4 充填工作

矿房充填时采用干式充填[7-8]，充填料采用地表堆积的废石及掘进巷道所产生的废石，经破碎处理后通过充填井，溜至采空区内，由电耙铺设至所需高度。

在充填之前先浇筑混凝土间柱护墙、溜矿井井壁。矿房内矿石全部运输完毕后，先进行溜井井壁和间柱护壁支模板，采用不拆卸混凝土预制板，再进行混凝土浇筑，待混凝土强度符合要求后进行充填工作。支护溜井井壁0.25 m，间柱护壁为0.5 m，间柱施工护壁是为了下一步回采间柱时，防止矿房内的充填料混入矿石内，增大贫化率。

充填至所需高度后进行浇灌混凝土底板，作用是避免粉矿掉入充填料内从而使矿石贫化和损失，同时为下个回采分层回采时提供有利条件以提高生产率和降低采矿成本，混凝土厚度8 cm，在浇筑5 cm后铺设一层钢筋网片(Φ6.5 mm钢筋间距 30 cm×30 cm)，再在钢筋网上部浇筑3 cm混凝土。为降低回采时间应采用喷浆法，水泥和砂的体积比例为1∶3，选用强度等级为C325的水泥，加入适量的石膏，下一次落矿作业之前混凝土轴向抗压强度应不小于20 kg/cm2，即铺设2个台班后能达到相应效果。设备采用JZC-500型混凝土搅拌机进行搅拌，插入式振动棒进行振捣。浇筑时先墙后拱、分层浇筑、充分振捣，墙部浇筑要求均匀进行，以防跑模。

4.3.5 顶、底柱的回采

在一个中段回采结束后回采顶柱(图5)，顶柱与上中段采场底柱联合回采的方式，将顶、底柱分为2个分层回采，每层4 m，回采顶柱时以充填井为自由面，回采上中段采场底柱时以溜矿井为自由面进行回采，充填时通过沿脉巷将充填料送入采场空区。

图5 顶柱回采示意图Fig.5 Schematic diagram of top pillar recovery

4.3.6 间柱的回采

回采顶、底柱结束后，首先施工拉底巷，利用无切井拉槽法(采用楔形对称平行深孔拉槽)和扇形中深孔爆破，装药爆破逐次将自由空间抬至设计高度，形成间柱落矿底部自由空间，并在地板上浇灌一层0.3 m的钢筋混凝土作为下阶段回采的保护层。回采间柱(图6)，利用人行井联络巷作为作业空间，倾斜扇形中深孔爆破落矿方式回采间柱，随着落矿高度的提升，下部人行井已破坏，凿岩设备、爆破材料的运送从人行井，从上中段自上而下送至作业面，逐次提升至回采完上中段间柱，最终出矿完毕后一次性废渣充填回采间柱所形成的空区。

图6 间柱回采示意图Fig.6 Schematic diagram of mining between pillars

5 技术经济指标

1)采矿损失率

矿房、矿柱、顶板全都能回采，因矿体属薄矿体，充填法回采时采矿损失率会相对增大。设计要科学合理，并严格按照设计施工，回采过程中加大技术监管力度，尽可能地降低损失率。矿石损失率为9%。

2)矿石贫化率

矿房回采时，矿体边界处进行光面爆破，在充填过程中杜绝充填料的溢流，尽可能地降低矿石贫化率。矿石贫化率为13%。

3)矿石质量指标

矿石损失率为9%，回收率为91%，采出矿石品位为2.85 g/t。

干式充填法对支撑围岩和管理地压是一种较有效方法，混凝土护壁和废石破碎充填[9]整个采空区，确保了围岩的稳固性，保证了井下安全生产作业，同时相对于无底柱分段崩落法降低了损失率6%和贫化率7%，尤其是对于回采薄矿体优点更突出。利用矿山废渣就地充填，减少了井下废石的运输费用，缓解了井下运输、提升的压力，扭转了采掘比例失调的被动局面。

6 结论

随着国民经济的发展，国家对矿产资源利用和绿色矿山建设的要求增大，同时对相关指标提出了要求，干式充填法的应用有效地解决了损失、贫化大的问题，废石就地充填符合绿色开采技术。五龙沟金矿干式充填法应用效果很好，在回采时各参数的选择、落矿工艺、充填工艺是可行的，为五龙沟金矿回采倾斜或急倾斜薄矿体时，解决了贫化高损失多的技术难题，干式充填法的初步应用取得了良好的技术指标。