某金属矿山缓倾斜厚大矿体采矿方案探讨

孙瑞明，李冬雪

(中核北方铀业有限公司，辽宁 葫芦岛市 125000)

国内外缓倾斜厚矿体可空场法、崩落法和充填法进行开采，各有优缺点。某金属矿山为露天−地下联合开采，崩落法崩落围岩会严重影响露天采矿，对地表环境造成严重破坏，故不宜采用崩落法。适用于该矿山的空场法有房柱法和分段空场法，若采用这2 种采矿方法进行回采，会留下大量的空区，如果不及时处理采空区，存在很大的冒落垮塌风险，严重影响地采和露采的安全生产。为及时处理采空区，防止空区冒落塌陷，可以采用嗣后充填的方式来处理空场法回采留下的大量采空区。因此，采用空场法+嗣后充填的方法进行分析研究。

1 采矿方法方案

根据该矿山矿体赋存情况以及矿山工程实际情况，提出了3 种技术上可行的采矿方案：垂直走向分段空场采矿方法；沿走向分段空场采矿方法；盘区上向分层充填采矿方法。

1.1 方案一：垂直走向分段空场采矿方法

1.1.1 矿块布置及采场结构参数

垂直矿体走向方向布置采场，盘区宽度90 m，每个盘区分为6 个采场，由3 个一步骤采场和3 个二步骤采场组成，采场宽均为15 m，采场长为矿体厚度。沿矿体走向布置，隔一采一，待一步骤回采完后进行嗣后胶结充填，待两侧一步骤采场充填完，并养护充填体一段时间后（30～90 d），进入二步骤采场采准切割和回采，待二步骤采场回采完成进行嗣后充填。每步骤回采时，采用分段中深孔凿岩落矿，阶段高度50 m，阶段之间布置两个分段，一分段为出矿分段高13 m，二分段高20 m，各分段崩下矿石主要集中于一分段堑沟底部结构出矿，部分矿石在各分段端部出矿。该采矿方案见图1。

图1 垂直走向分段空场采矿方法

1.1.2 采准切割工程

采用脉外阶段运输巷道（3.5 m×3.0 m）和垂直矿体的穿脉出矿巷道（3.5 m×3.0 m）构成矿块的联合采准方式。脉外阶段运输巷布置在矿体下盘，并且沿走向布置，每隔30 m 布置1 条穿脉。每个盘区于矿体下盘掘出矿溜井。相邻的第一步骤和第二步骤采场共1 条出矿穿脉。各个分段施工凿岩巷道分段掘进出矿巷道和装矿进路，装矿进路间距10 m，与出矿巷道交角60°。

采用YGZ−90 型凿岩钻机在切割平巷内向上打平行中深孔，采用分段爆破的形式，以切割天井为自由面和爆破指向形成切割槽。采场最上分段掘1条充填小井连接上部上中段平巷。根据岩体稳固情况，采切井巷工程一般不用支护，局部不稳固地段可用锚杆支护、锚杆金属网支护或喷锚网支护。

1.1.3 回采工艺

采用YGZ−90 型凿岩钻机在各分段凿岩巷打上向扇形中深孔，排距1.2 m，孔底距2～2.5 m，孔径Φ80 mm，炮孔凿完后，炮孔内装填2#岩石炸药，向切割槽依次分段爆破崩矿。采用交替式崩矿形式，上分段超前下分段，形成正台阶。每排炮孔之间用普通毫秒导爆管雷管进行分段微差爆破。

崩下矿石在一分段水平用铲运机出矿，铲运机通过运输巷道、出矿巷道、进入装矿进路铲矿后，将矿石倒入出矿溜井。部分矿石在各个分段的端部出矿，下溜至下一中段后集中装运。

1.1.4 采场通风

新鲜风路线为：各中段→斜坡道或专用通风井→各分段→凿岩巷→联络巷→作业面；污风路线为：工作面→采空区→上阶段充填井或充填平巷→上阶段回风平巷。大长度采场必要时可用局部通风机加强通风。

1.1.5 充填

采用分级尾砂嗣后胶结充填。充填前，先在出矿联络道、分段凿岩巷出入口等各采空区通道布置充填隔墙，在隔墙外布置1 条脱水管。通道口用封闭墙进行封闭，封闭墙可采用混凝土墙、砖墙或木板墙，封闭墙必须具有较好的滤水功能。

从上中段布置充填管道，采用分层充填的方式，一次充填高度2～3 m，待下一分层养护一段时间后进行上一分层充填作业，交替充填，直至采场充填完毕。

一步骤充填灰砂比一般为1:8～1:10，二步骤充填底部10 m，灰砂比为1:8～1:10，10 m 高度以上部分可采用分级尾砂非胶结充填或部分废石充填。

1.2 方案二：沿走向分段空场采矿方法

1.2.1 矿块布置及采场结构参数

采场沿走向布置，采场宽度为矿体厚度，盘区宽度为90 m，中段高度为50 m；沿矿体走向方向将采场划分为2～3 个采区，每个采区的长度为30～45 m。另外，采场在中段高度上共分为4 个分段，自下而上分段标高依次为一分段、二分段、三分段和四分段，本方案增设二分段和四分段2 个分段凿岩水平。该采矿方案见图2。

图2 沿走向分段空场采矿方法

1.2.2 采准切割工程

首先在矿体下盘掘进斜坡道连接各个分段水平，目前，一分段水平和三分段水平已形成下盘脉外沿脉运输巷和出矿系统。二分段和四分段只有分段凿岩巷道，该两个分段落矿矿石通过斗颈下溜至一分段水平和三分段水平，并在一分段水平和三分段水平掘斗穿至斗颈，铲运机通过斗穿铲斗颈中矿石出矿。

在上一分段水平沿矿体走向掘进脉内沿脉平巷，用作充填和通风等。在一分段水平和二分段水平掘切割平巷和切割天井，一分段水平切割槽贯通至二分段水平，一分段水平切割槽贯通至上一分段水平，其他分段不再设切割天井和切割平巷。

1.2.3 回采工艺

采用YGZ−90 型凿岩钻机在各分段凿岩巷打上向扇形中深孔，排距1.2 m，孔底距2～2.5 m，孔径Φ80 mm。炮孔凿完后，向炮孔内装填2#岩石炸药，向切割槽依次分段爆破崩矿。采用交替式崩矿形式，上分段超前下分段，形成正台阶；崩下矿石在一分段和二分段两个水平采用铲运机出矿，铲运机通过装矿巷道、下盘沿脉巷后，将矿石倒入溜井。

1.2.4 采场通风

新鲜风路线为：各中段→斜坡道或专用通风井→各分段→凿岩巷→联络巷→作业面；污风路线为：工作面→采空区→上阶段充填井或充填平巷→上阶段回风平巷。大长度采场必要时可用局部通风机加强通风。

1.2.5 充填

采用分级尾砂嗣后胶结充填，充填前，在出矿联络道、分段凿岩巷出入口等各采空区通道布置充填隔墙，并在隔墙外布置一条脱水管。通道口用封闭墙进行封闭，封闭墙可采用混凝土墙、砖墙或木板墙，封闭墙必须具有较好的滤水功能。采取分次充填，应尽可能做到充填接顶。

1.3 方案三：盘区上向分层充填采矿方法

1.3.1 矿块布置及采场结构参数

采场布置沿走向布置，中段高度为50 m，盘区宽度为90 m，采场宽度为矿体厚度；因矿山已经在一分段和二分段形成开拓系统工程和采切工程。本方案以一分段和二分段为基础进行采场布置。该采矿方案见图3。

图3 盘区上向分层充填采矿方法

1.3.2 采准切割工程

首先从一分段和二分段沿脉巷道向采场的两翼分别掘采场联络道至采场，沿矿体走向布置采场；在一分段采场内掘通风充填井与二分段联络巷道连接，再从二分段采场内掘通风充填井与上一分段穿脉巷道贯通。

拉底布置在一分段矿体内，首先从采场一侧的联络道掘进拉底巷道，然后与另一侧的联络道贯通，在拉底平巷和联络道内扩帮拉底至采场边界，拉底高度为3.5 m。拉底巷道施工完成后，在底部浇灌0.5 m 厚钢筋混凝土，作为假底，以便下部矿石回采。

1.3.3 回采工艺

从拉底层开始向上分层回采、分层充填，采场内分两翼成阶梯式上升，在矿岩条件允许时可两翼平行上升。用凿岩台车凿浅眼落矿：

（1）在保持空间高度约3 m 时（根据凿岩台车要求的高度），向上凿上向平行浅眼落矿，后退式回采，回采高度2.5～3.0 m，出矿后最大空顶高度5.5～6.0 m，充填高度2.5～3.0 m，充填后空顶高度3.0 m，充填完后采上一分层，依次循环；

（2）充填后的空顶高度1.5 m，从联络道开始凿水平浅眼落矿，前进式回采，回采高度4～4.5 m，出矿后的最大空顶高度5.5～6.0 m，分层充填高度4～4.5 m，留1.5 m 不接顶；

（3）凿岩炮孔可以矩形或梅花形布置，炮孔排与排之间、孔与孔之间采用分段爆破。

崩下矿石用铲运机出矿，出矿前进行顶板处理，对矿堆洒水降尘。

1.3.4 采场通风

采场通风风流：阶段运输巷→斜坡道→分段沿脉平巷→联络道→采场→通风充填井→上阶段运输巷；在独头掘进或局部通风不畅时，采用局部通风机+风筒的局部通风。

1.3.5 充填

每分层回采完成后进行分层充填，充填前将进入采场的联络道挑顶至相应的充填高度，联络道挑顶时多余的废石用铲运机推入采场内作为充填料；加高滤水井，设置滤水挡墙等，充填前的装备工作完成后从上部充填井引入充填管进行分级尾砂充填，每分层充填的下部采用非胶结充填，最上部0.5 m 进行浇面充填，即浇面用分级尾砂胶结充填，灰砂比1:6。

2 采矿方案比较

对上述3 个采矿方案的优缺点进行比较分析，见表1 和表2。

表1 各方案的优缺点比较

表2 各方案主要技术经济指标对比

3 结论

（1）该矿山为露天−地下联合开采，地下开采必须兼顾露天开采的安全性，故地下开采必须采用比较安全的充填采矿法。因此，提出了3 种采矿方案。综合对比分析了3 种方案的技术经济指标，得出3 个方案的优劣顺序为：方案二（沿走向分段空场采矿方法）＞方案一（垂直走向分段空场采矿方法）＞方案三（盘区上向分层充填采矿方法）。

（2）方案二为矿山首选方案，但在某些特殊条件下，方案一比方案二更有优势，故方案一为备选采矿方案，实际使用中应结合矿岩及现场具体情况灵活选择。

（3）采场的底部结构很大程度上影响着采矿效率、劳动生产率、采准工程量、贫化损失率以及出矿生产安全等，需要结合矿体的赋存条件对底部结构的布置方式进一步优化。

（4）空场法嗣后充填必须保证充填体强度和接顶率，以确保下一步回采作业安全。