空场法在厚大矿体开采中的应用

李凡超

(湖南柿竹园有色金属有限责任公司， 湖南 郴州市 423037)

目前，我国大部分矿体较厚大的金属非金属地下矿山主要采用空场法进行采矿，空场法中应用比较普遍的方法主要有留矿采矿法、分段矿房法和大直径深孔阶段矿房法。分段凿岩阶段空场法相对于其他2种采矿方法分段工程较多，爆破效率低，成本较高，已逐步被淘汰。某白云矿资源储量较大，矿体为厚大矿体，选用空场法进行开采。针对不同的矿体，采用2种空场法进行开采，本文介绍了这2种采矿方法，可为厚大矿体的开采方式提供参考。

1 地质概况

某白云岩矿位于湖南省郴州市境内，设计生产能力为120.0万t/a。矿区地形地貌属构造剥蚀低山-丘陵地貌，矿山内出露地层全部为石炭系，岩性为1套以碳酸盐岩类为主夹少量碎屑岩的浅海相、滨海相沉积。白云岩矿产于花岗岩体与石炭系中上统壶天群碳酸盐岩接触带近围，为热接触变质作用产生，受地层层位及深部岩体形态控制，该矿山矿体产于岩体接触带附近，经热接触变质作用蚀变为白色中～细晶白云岩矿。矿体走向北北东，倾向为92°～110°、倾角为35°～42°；走向长约820m、倾向长为92m，视厚度为308m～396m，均未封边控制，矿体属于倾斜厚矿体。矿体赋存标高为+197m～+289m；平均含CaO 31.03%、MgO 21.30%，白度为92.8%；矿岩稳固，f=8～10，矿石比重为2.82t/m³，开采技术条件好。

2 矿山开采条件

该矿山开采采用平硐+斜坡道联合开拓，目前井下已形成298中段西部、250中段、196中段，各中段通过斜坡道相连，均通地表，其中298中段主要开拓工程为西部盘区，西部通过西部回风巷与地表相通，东部未设置井巷工程，250中段、196中段为人员、材料、矿石、废石、设备进出主要通道。主平硐断面规格为6m×5.5m，斜坡道断面为5.5m×5m，各中段运输平巷断面规格为5m×4.5m。

井下采用无轨运输，井下运输工具为UK-18型地下运矿车，矿石经250中段主平硐及196平硐运送。

矿井西部主扇位于298中段平硐口，北部主扇硐室位于+415m标高，经北部回风井与250中段、196中段贯通，采用各运输平硐进风，西回风平硐与北回风井作为专用回风井的对角式通风系统，通风方法为机械抽出式。

井下各中段水经自流至196中段后排至196工业广场水仓，最后经沉淀后排出。

3 采矿方法比较

根据该矿山的矿体形状和厚度，目前西部盘区采场开采以留矿法为主，矿房规格为55m×15m×50m，设计底部结构，开采高度为+250m～+300m，东部盘区采用大直径深孔阶段矿房法，矿房规格为80m×15m×54m（长×宽×高），设计有底部结构，开采标高为+196m～+250m。

3.1 留矿采矿法

矿块长55m，宽15m，间柱宽10m，两侧布置有行人天井，两侧天井内每隔5m交错布置1条联络道连通矿房，在250中段设计运输平巷、集矿堑沟、出矿进路，底部形成漏斗状，爆破后矿石因自重掉落至集矿堑沟，经铲运机铲运至运矿车辆。底部结构拉底采用YGZ90钻机进行施工，孔径为65mm，采场内采矿主要使用7655型凿岩机，矿块平均生产能力约为655t/d，浅孔留矿法布置见图1。单个采场前期采准工程布置时长约为2.5个月。中段矿块采出矿量约为100780t，采准矿量为13800t。其中采矿成本约为17元/t，采准成本约为48元/t，综合成本约为20.73元/t。

图1 浅孔留矿法

3.2 大直径深孔阶段矿房法

矿块长80m，宽15m，间柱宽10m，矿房中间布置切割天井，在196中段设计运输平巷、集矿堑沟、出矿进路，底部拉底采用YGZ90钻机。在250中段布置凿岩硐室，通过凿岩硐室在采场内布置垂直深孔，采用KQG-150钻机施工，孔径为165mm，参考国内外大直径深孔凿岩爆破参数，选取排距W=2.8m，孔距a=3.75m，单个采矿共布置23排炮孔，每排5个炮孔，考虑到切割拉槽，在切割天井附近补充8个钻孔，呈梅花状布置，单个矿房共布置大直径深孔123个，钻孔长度共计5412m。矿块平均生产能力为1070t/d，大直径深孔布置见图2。单个采场前期采准工程布置时长约为3个月，中段矿块采出矿量约为161000t，采准矿量约为31600t （其中250中段凿岩硐室采准矿量约为11600t）。其中采矿成本约为7.53元/t（大直径深孔单价108元/m，炸药成本为3.5元/t），采准平均成本为36.6元/t，综合成本约为12.26元/t。

两种采矿方法的经济指标见表1。

表1 两种采矿方法经济指标参数

3.3 优缺点

留矿法是我国金属矿山中应用最早、最广泛的采矿方法之一，它具有生产能力大、开采不受矿体厚度限制、开采过程中可以根据矿体边界进行调整的优点，同时它还可以起到配矿作用。但是相对于大直径深孔阶段矿房法，留矿法难以实现机械化，其主要通过人工在空场中凿岩爆破，顶板管理和通风管理的难度大，开采过程中，需要在采场内存留60%左右的矿石，需要等采矿开采完后才能实现全面出矿，积压企业的流动资金。

大直径深孔阶段矿房法则具有回采强度大，劳动生产率高，采矿成本低，无需掘进行人天井、分段巷道等采准工程，采矿作业集中化程度高，机械化程度高，人员均在巷道或硐室内作业，安全性能好等优势。但是相对于留矿法而言，大直径深孔不易控制矿体边界，不能分采和剔除夹石，贫化率大，同时采用大直径深孔阶段矿房法需要在上下两个中段均形成开拓中段，开拓成本大于留矿法。

2种方法在厚大矿体开采的应用中，都存在矿柱矿量比重大，损失率较高的缺点。

图2 大直径深孔阶段矿房法

4 结语

随着国内采矿水平的提高，留矿法逐渐减少，但是对于一些机械化开采较难，或者实现机械化费用太大的小型矿山，使用留矿法采矿的情况依旧比较普遍。无论是使用留矿法还是大直径深孔阶段矿房法开采厚大矿体，都需要考虑寻求高效率、低成本与可靠的岩层加固技术，减少矿柱矿量所占比例，增加回采率。