急倾斜薄矿脉中深孔采矿技术研究

龙 跃，丁家铎

（江西铜业集团银山矿业有限责任公司，江西 德兴334200）

银山矿井下采用留矿法回采急倾斜薄矿脉时，不仅因超采围岩造成矿石贫化，而且由于围岩性质软弱，极易片帮、冒落，影响回采作业安全和资源回收率。虽然可以通过加强关键点位支护，优化采场结构参数、回采顺序、出矿制度等措施在一定程度上改善留矿法安全回采条件，但并不能从根本上解决留矿法开采存在的生产能力低，工人长时间暴露在顶板下作业，安全性差；作业循环多，作业时间长，难以实现机械化；积压大量矿石，存窿矿易结死，造成矿石损失等顽疾，其作业安全性及回采经济性改善空间有限，有必要对采矿方法进行优化，探讨改用分段空场法的可能性，以彻底解决银山矿软弱岩层条件下极薄至薄矿脉开采面临的技术、经济和安全难题[1]。

1 分段空场采矿法基本特点

当矿体脉幅在小于6m，在矿体下盘围岩中掘进脉外运输巷道，采场沿矿体走向布置，竖直方向每15m在矿体内布置分段凿岩巷道，凿岩设备在分段凿岩巷道内施工上向平行中深孔对矿体进行回采，底部结构为平底结构，铲运机在出矿进路出矿。这种方法即为分段空场采矿法在急倾斜薄矿脉中的应用。

2 薄矿脉分段空场采矿法的可行性分析

2.1 开采范围及开采技术条件

开采范围：由于受穿孔设备限制，暂对铜采区进行试验研究。铜采区主要位于九区、西山区及银山西区。该区域工程地质条件中等，矿体及其顶板岩体均属半坚硬至坚硬完整稳固型岩层，矿区断层结构面属禁闭型，破碎带经蚀变胶结，对矿床开采无较大影响。矿区自然水文地质条件属简单型。

按8000t技改工程设计中薄矿脉矿量占比约7%，根据最新地质资料显示薄矿脉矿量占比将达到15%以上。针对九区、西山区和银山西区铜硫金矿带，当矿体厚度小于6m，倾角大于65°；矿体及其顶板岩体均属半坚硬至坚硬完整稳固型岩层；采场地质品位较高，矿石贫化后，仍可达到设计出矿品位的矿体进行开采。

九区位于矿区中部，矿体主要赋存于3#英安斑岩体南北外接触带及岩体两侧爆破角砾岩、千枚岩、蚀变石英闪长岩及石英斑岩内。走向近东西向、倾向南，倾角72°～88°，矿体厚度为1m～67m，，垂深超过1000m。

西山区位于西山火山口北东—南东接触带附近，矿体赋存于千枚岩内，矿体平均走向20°，倾向北西，倾角73°～89°，深部倾角变缓。铜硫金矿体厚度多为2.00m～46.00m，最大厚度83.26m，垂深超过700m。

银山西区位于西山火山口东侧1#英安斑岩体内弧接触带外侧，矿脉走向北西西、倾向南南西，倾角65°～80°，为陡倾斜矿脉。矿脉延长50m～150m，最大延长210m，倾斜延深200m～500m，最大至600m，矿脉厚度一般较大，多在5.00m～15.00m之间，垂深超过650m。

2.2 初步技术经济分析

根据矿体的赋存条件及矿岩稳固性，九区、西山区、银山西区铜硫金矿体均属于急倾斜薄至中厚矿体，稳固性属中等稳固到稳固，矿石品位低，由于露天和地下同时开采方案，地表不允许塌陷。不适合充填法和崩落法，适合开采技术条件的采矿方法为空场法，针对薄矿体，浅孔留矿法和分段空场法技术上是可行的。

现用的浅孔留矿法在银山井下一直沿用至今，相对技术更加成熟，但是仍然存在诸多的缺点。浅孔留矿法与分段空场法方案在技术、经济和环境的综合对比分析如表1所示。

从表1对比中可以看出，分段空场法由于机械程度高，回采周期大大降低，减少了因存窿结死而损失的矿石量；人员在凿岩巷道内作业，安全性大大提高，但由于围岩性质较为软弱，采幅不易控制，废石混入造成贫化率增大，但可以通过改善爆破参数等措施得到一定的控制，该采矿法较之留矿法存在更大的改进空间，因此，对于银山井下薄矿脉，采用分段空场法具有显著的安全效益和经济效益。

表1 浅孔留矿法与分段空场法方案对比

2.3 综合技术经济分析

虽然现阶段银山矿浅孔留矿法工艺成熟简单，工人熟练操作，但是，采场冒顶片帮严重，平场工作繁重，人员作业环境差，劳动强度大，安全性差；机械化程度低，矿石损失大。采用分段空场法，不仅采场作业安全环保；机械化程度高，回采效率高，采矿场采矿周期较短，矿石回收率高，采用分段空场法具有如下优势：

（1）采场内无需留矿，有效避免了存窿结死造成的矿石损失，回收率较高。

（2）采矿周期较短，回采效率远远高于现有浅孔留矿法，在采矿效益对等的情况下，采矿周期的缩短将大大减少其他成本的投入。

（3）人员仅需在分段平巷内作业，无需长时间暴露在采矿场顶板下，大大提高了作业安全。

两种采矿方法在技术指标对比见表2，从经济技术分析而言，分段空场采矿法在银山井下的推广具有可行性。

表2 采矿方法技术指标对比

3 矿块布置与采场结构参数

根据银山矿现阶段部分高品位主脉矿体的形态分布和变化规律，进行了针对急倾斜薄矿脉的分段空场采矿法设计。矿块沿矿体走向布置，长度为100m，宽为2m，阶段高度50m，沿垂直方向划分为3个分段，分段高度15m～20m，间柱6m，顶柱高5m。

4 采准与切割

4.1 采准工程布置

4.1.1 脉外出矿巷道

在矿体下盘围岩中沿矿体走向布置脉外运输巷道规格为3.7m×3.7m，通过出矿进路与底部分段巷道联通，服务于回采过程中的矿石运输[2,3]。

4.1.2 分段巷道

分段巷道布置在矿体内，沿矿体走向布置，巷道规格为3.7m×3.7m，通过施工分段巷道将矿块划分为各个分层，并于各个分层分段巷道内进行凿岩作业对矿体进行回采，机械设备通过采区斜坡道进入各个分段凿岩巷。

4.1.3 回风巷道

回风巷道布置在矿块上部，巷道规格为3.0m×2.9m，回采阶段作为回风巷道，矿块回采结束后作为巷道使用。

4.2 切割工程

分段空场切割工程包括底部出矿结构工程及每分层的切割槽（薄矿脉中施工切割天井即可）工程。

（1）出矿进路。出矿进路布置在矿体下部，与矿体走向呈60°，为满足运输、通风要求，设计断面规格为3.0m×2.9m。

（2）切割天井。在矿块中布置脉内切割天井通至上部中段，为初步回采作业提供补偿空间，兼做探矿以及采矿时通风，设计断面规格为2.0m×1.5m。

5 回采工艺

回采作业顺序：落矿→出矿→装药→落矿；在分段分段巷道与切割槽形成后由切割槽后退式回采，为保障作业安全以及矿石能集中于一分段作业面附近，各分段间应同时后退并形成下向阶梯式工作面，即上部分段超前爆破2排炮孔。如图所示。

表3 薄矿脉分段空场采矿法矿块采切比表

图1 回采顺序示意图

5.1 凿岩爆破

分段巷施工后，采用311凿岩台车、向上穿垂直孔，孔径φ=76mm，孔深10m～14m，排距1.5m，边孔距矿岩分界线0.1m，最小抵抗线W=1.5m，如图所示。爆破采用粒状乳化铵油炸药，用装药车装药，将炸药送入炮孔，堵塞长度1.8m，穿孔完毕后以切割井为自由面进行爆破。爆破为分层爆破，上部分层超前爆破2排炮孔，各分层同时爆破。

表4 薄矿脉分段空场采矿法标准矿块矿量分配表

5.2 通风

分段空场采矿法的通风方式简单。从各分段脉外主运输巷道→分段巷道→冲刷采场（污风）→回风巷道。

5.3 支护

采场一般不需支护，分段巷道服务年限长，喷锚支护为主，部分特别破碎地段采用锚网喷联合支护措施。

5.4 出矿

爆破后矿石通过各分段巷道或底部出矿进路由铲运机出至溜井（上部分层形成装药作业空间即可），由最底部分层集中出矿。各分段同时落矿，按计划放空采场内矿石，减少二次贫化。

6 主要技术经济指标

分段空场法标准采场主要经济技术指标如表5所示。

表5 分段空场法标准采场主要技术经济指标

7 结语

根据银山矿九区、西山区、银山西区铜硫金矿体的赋存条件及矿岩稳固性，结合银山矿井下采矿现状。对于连续性较好的急倾斜薄矿脉（小于6m），地质品位较高的矿体。通过综合技术经济比较，薄矿脉分段空场法在银山井下的推广具有可行性。能解决银山矿极薄至薄矿脉开采面临技术、经济和安全难题。

相对于浅孔留矿法，分段空场法具有机械化程度高，回采效率高；工人劳动强度低，通风条件好，人员凿岩巷道作业，无需长时间暴露在采矿场顶板下凿岩，无需平场，大大提高了作业安全性；坑木消耗少，矿石回收率大大提高，综合经济效益能提高约1%。

但由于围岩性质较为软弱，采幅不易控制，废石混入造成贫化率增大，但可以通过改善爆破参数等措施得到一定的控制，该采矿法较之留矿法存在更大的改进空间，因此，对于银山井下薄矿脉，采用分段空场法具有显著的安全效益和经济效益。