某金矿空场法转充填采矿法方案研究与实践

史群辉，罗佳，闫宇，王树新，韩新志

(1.洛宁吉家洼金矿有限公司， 河南 洛阳市 4717181；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)

0 引言

近年来我国开始大力提倡充填采矿法，从2012年开始相继出台了一系列关于环保与安全的法律法规。2018年1月起开始施行的将排污费转变为环境保护税，对尾矿排放每吨收取15元，对矿山的实际经济效益产生较大的影响。从国家近几年的政策来看，采用充填采矿法将尾矿充填至井下是发展的主要方向。

采用空场采矿法的矿山普遍存在矿石损失严重、采空区无法得到有效治理、生产安全问题突出、地表塌陷隐患无法解除、整体和局部地下问题突出的情况，大量空场法开采矿山都逐渐转换为采用充填采矿法[1]。采用充填法开采不仅可以解决井下空区地压问题，还具有提高矿产资源回收率、保护井下及地表环境、减少尾废排放等众多优势[2−5]。文章以某金矿的生产实际为背景，针对空场采矿法引发的采矿作业安全问题、矿石损失贫化问题、地压显现等问题，开展了空场法转换为充填采矿法方案研究，并进行了现场实践。

1 矿山概况

某金矿划分为一采区共4个金矿体，部分矿体出露地表，倾向延伸约500m左右，走向长度最长520m。矿体总体倾向为95°，倾角为70°～85°，呈近南北向平行延伸。矿体厚度一般为0.4m～1.73m，平均厚度约0.9m。矿体厚度总体上有上部薄、深部渐厚的趋势，走向上表现出两端薄，中部厚的特征，局部有夹石存在。该矿段矿体具有“薄而富”的特点，矿石品位和矿体厚度在走向及倾向上均相对稳定。

对矿山开采技术条件进行了调查分析，开采技术条件主要存在以下特征：

（1）矿区内断裂构造发育，各矿体产出严格受断裂构造控制，一般断裂构造带顶底板即为矿体与围岩接触界线，矿体形态、产状与构造带形态、产状基本一致；

（2）矿体呈急倾斜透镜状，薄脉状，厚度较小，矿石品位高，开采经济价值高。

2 采矿方法选择

2.1 留矿法

矿体属于急倾斜薄矿体，依据矿体产状情况，适合采用浅孔留矿法开采。

（1）矿块沿矿体走向布置，矿块长40m～50m，宽为矿体厚度，只留顶柱不留间柱，顶柱高3m～5m。

（2）自中段运输巷沿走向每隔40m～50m在脉外施工人行通风天井，每隔4m～6m开凿人行联络巷通往采场，采场两端的人行联络巷错开布置；在采场底部每隔7m～8m布置一条出矿穿脉巷，开凿拉底平巷并扩帮成拉底层，拉底高度为2m～2.5m，拉底宽度不小于1.2m。

（3）自下而上分层回采，分层高度为2m，施工上向炮眼，以梯段工作面从采场一端向另一端回采。放矿分为局部放矿和大量放矿，局部放矿放出每次崩落矿石的30%左右，矿房内暂留矿石，使回采工作面保持2m～2.5m的空间，当矿房回采到位后，再进行大量放矿。

（4）新鲜风流自运输平巷经矿房一侧的人行通风天井和联络巷至采场工作面，清洗工作面的污风由采场另一侧的回风天井排至回风（运输）平巷，最后经回风井排出地表。

（5）顶柱不再回收，用来支撑空场。矿房回采结束后，对采空区进行封闭，任其自然崩落上盘围岩填充采空区。

采用留矿法开采，矿山生产存在一些问题。回采作业过程中，容易引发顶板冒落事故，部分采场一般回采2/3高度即不得不停止回采作业；回采不到位和出矿过程废石提前混入导致大量矿石损失，矿石损失率达到20%以上；大量放矿期间，由于上盘围岩提前混入，造成矿石贫化严重，据统计，矿石贫化率达到30%以上，严重影响矿山的技术经济指标。

矿山多年生产实践证明，空场法开采（留矿法）不适合矿山开采技术条件，有必要进行调整优化，采用安全性好、资源回收率高、矿石贫化率低的采矿方法。

2.2 上向水平分层充填采矿法

根据矿山开采技术条件，矿石经济价值，以及现有采矿方法开采过程中存在的主要问题，推荐采用上向水平分层充填采矿法[6−9]。

2.2.1 方案特征

上向分层充填采矿法是国内外应用最广泛的充填采矿法之一，其特征是：工作面分层推进，每层又以采、出、充形式循环作业，工艺环节多，矿块生产能力随着生产管理水平和机械化程度而异；分层回采并分层充填，采空区高度较小，两帮维护较容易，能适应矿体的变化，不容易丢边和超采，还可以进行选别回采，贫损指标容易控制；人在采场内作业，直接顶板需要进行护顶加固，否则安全性差；充填料可以是尾砂、废石、炉渣、山砂等；可以进行胶结、水砂、干式充填；采准、切割工程量较少。

根据矿岩稳固性情况，可以将上向水平分层充填法开采改为上向进路充填法，灵活采用多种回采方式，压顶回采或掘进式回采。

2.2.2 采准切割工程布置

上向分层充填采矿法采用水平分层，分层高度2m～3m。矿块沿矿体走向布置，不留间柱和顶底柱。采场全长40m～50m，宽为矿体的水平厚度，高为中段高度50m。上向水平分层尾砂充填采矿法方案如图1所示。

图1 上向水平分层充填采矿方案

采准切割工程包括充填通风井、出矿平巷、泄水平巷、切割拉底平巷、溜矿井和泄水井。溜矿井和泄水井为顺路架设。充填通风天井布置在矿块中央，靠矿体下盘围岩内，天井倾角与矿体倾角一致，断面为2.0m×1.5m。在回采过程中，下部随采矿充填消失，上部兼作行人、下材料和架设管路之用。出矿平巷和泄水平巷利用探矿穿脉。拉底平巷是沿矿脉拉开，拉底平巷高度为2.5m，宽为矿体水平宽度。拉底完成后浇筑600mm厚的钢筋混凝土假底。

2.2.3 回采工艺

由下而上分层回采矿块，以充填天井为界将采场分成2个区，分区凿上向倾斜炮孔。炮孔布置根据矿体厚度而定，当矿厚为0.8m～1.0m，采用“之”字形布孔，当矿厚大于1.0m时，采用“梅花”形布孔。炮孔排距为0.6m～0.8m，孔间距为0.8m～0.9m，孔深为1.2m～1.5m，炮孔倾角为50°～60°。每分层落矿高度为1.0m。爆破采用2#岩石炸药，炮孔装药系数为0.7，分次多排毫秒微差导爆管雷管起爆，一次爆破长度为15m～20m。爆破后，新鲜风流由泄水平巷经人行泄水井进入采场，冲洗作业面后污风由充填通风天井排至上中段回风巷。采场采用电耙出矿，中段运输采用0.75m3矿车。

2.2.4 充填

充填前须进行加高顺路泄水人行井和顺路溜井、构筑充填隔墙、吊挂采场水平充填管等充填准备工作，准备工作完成后方可充填。采用分级尾砂胶结充填，料浆浓度在70%以上，分层待充空区底部可以采用低配比胶结充填，待充空区上部浇面层厚度0.5m，充填体强度要求达到1.5 MPa以上。

3 采矿方法对比分析

3.1 经济技术指标对比分析

留矿法和上向分层充填采矿法主要经济技术指标见表1。相比于留矿法，上向分层充填采矿法生产能力、贫化率、损失率指标全面占优。留矿法的采矿成本为128元/t；充填法开采的充填成本约为80元/t，采充成本为208元/t，留矿法开采的吨矿成本占优。

表1 采矿方法主要技术经济指标

采用上向分层充填采矿法开采，虽然采矿单价增加，但是由于技术经济指标的全面提高，可以抵消采矿单价的影响，并且能够增加更多盈利。

3.2 优缺点对比分析

表2为2种采矿方法的优缺点对比，从表2中可以看出，与原来的留矿法相比，上向分层充填采矿法不仅能在有效进行回采的同时提高生产能力，降低矿石贫化率与损失率，而且能够对采空区及时进行充填，保护地表，减少尾矿库库容的压力。但同样会面临更复杂的生产管理，以及对技术的更高要求。

表2 采矿方法优缺点对比

4 结论

（1）某金矿山的矿体属于急倾斜破碎极薄矿体，采用留矿法开采顶板冒落安全隐患突出，矿石损失、贫化大，该采矿方法不适合矿山的开采技术条件，有必要进行调整优化。

（2）研究确定采用上向水平分层充填采矿法方案，矿块沿矿体走向布置，不留间柱和顶底柱，采场长40m～50m，宽为矿体的水平厚度，高为中段高度50m。分层高度2m～3m，根据矿岩稳固性情况，灵活采用压顶回采或掘进式回采方式。（3）通过现场实践应用，采用充填法开采后，矿山生产安全性大幅提高，技术指标得到明显改善，贫化率降低了近20%，损失率降低了近15%，技术经济指标大幅提高。