基于并段并采场新工艺的下向进路胶结充填采矿法在前河金矿的应用

李过生 李春 刘东锐 赵元培

摘要： 针对前河金矿葚沟矿区下向进路胶结充填采矿法采矿过程中出现的生产效率低、采矿周期长等问题，也为降低矿山开采成本，提高出矿效率，在下向进路胶结充填采矿法的基础上，通过采用小型遥控装岩机出矿结合并段并采场新工艺布置采场，进而优化下向进路胶结充填采矿法的回采工艺参数。现场生产实践结果表明：在下向进路胶结充填采矿过程中采用小型遥控装岩机结合并段并采场回采工艺，优化了采场布置，提高了生产效率，降低了采矿损失率，效果较好，可供同类型矿山参考借鉴。

关键词： 并段并采场;下向进路胶结充填;遥控装岩机;机械化出矿;生产效率

 中图分类号：TD853.34 文献标志码：A 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2021）09-0063-04 doi：10.11792/hj20210911

   引 言

金矿脉通常赋存于破碎带中，厚度一般在中厚以下，特别是在国内，高品位的金矿脉均存在厚度薄、矿岩稳固性差等特点[1-5]。针对此类矿体的回采，下（上）向进路胶结充填采矿法是最常用的采矿方法，受限于开采技术条件，在回采过程中，通常存在劳动强度大、效率低、成本高等问题[6-7]。

嵩县前河矿业有限责任公司（下称“前河金矿”）葚沟矿区矿体属于典型的软弱破碎薄矿体，采用下向进路胶结充填采矿法进行回采，在实际应用中，存在采准工程量大、工人劳动强度大、机械化效率低、采场温度高、安全出口少等问题，同时由于采场空间小，单次充填量小，间接造成充填管道使用频率高、冲洗维护工作量大、寿命降低等问题。为了解决生产过程中存在的问题，基于矿区的实际条件及类似矿山的工程实践，对采矿方法及回采工艺进行优化，探索出并段并采场新工艺，采用遥控装岩机出矿，并进行了现场实际应用，取得了较好的效果。

1 工程背景

1.1 开采技术条件

前河金矿葚沟矿区矿体厚度最大4.8 m，最小0.2 m，平均厚度2.1 m，厚度变化系数55 %，矿体属于较稳定型。矿石类型主要为碎裂岩型和糜棱岩型，上盘为碳酸盐化碎裂岩，工程揭露后极易塌方，下盘为碎裂安岩—蚀变安山岩，相对稳固。

矿区内主要矿岩的稳定性较差，RMR评级均为Ⅲ级以上，大部分区域稳定性差，整体工程地质属于中等复杂型，水文地质相对简单，属裂隙充水不发育的中等矿床。

1.2 下向进路胶结充填采矿法

前河金矿葚沟矿区由于矿体平均倾角65°，加之围岩又不稳固，因此采用下向进路胶结充填采矿法进行回采[8-9]。 回采前，采用人工方法自下部中段向上部施工天井，天井高40.0 m。天井施工完毕后，逐层自上向下回采充填。由于需预留安全出口和充填井，通常会预留5.0 m顶柱，人工出矿。回采矿块长40.0 m、高40.0 m，宽度控制在1.6～2.5 m。 下向进路胶结充填采矿法见图1。

穿脉工程为运输巷，垂直矿体布置，沿脉巷道作为安全通道及材料运输通道。利用采矿天井开始回采矿体，需先施工切割巷，切割巷顶板保持与离沿脉巷道底板5.0 m安全距离，以保证沿脉巷道稳定。回采沿矿体走向进行，回采宽度为矿体宽度，最低不小于1.6 m，回采高度为2.2～2.5 m。采用人工出矿，每次爆破后需2～3 d才能出矿完毕，效率低。回采过程中，根据采场上下盘稳定性，采场采用坑木单架、双架或密集支护。

待每分层回采结束后，在采场底部铺设塑料薄膜、钢筋网及架设充填封闭、充填管道等工作后即可进行充填，充填体高度≥1.5 m，经过3昼夜充填养护后便可开始回采下一分层。

1.3 存在问题

1）需预留顶柱，在实际工程应用中，沿脉工程的稳定性无法得到保证，顶柱回收困难，易造成采矿损失贫化。

2）配套的通风充填井无法维持，造成采场温度高、安全出口少，安全作业无法得到有效保证。

3）采用人工施工天井，安全系数低，施工进度慢。

4）采准工程量较大，整体回采成本高。

5）采场内采出的矿石难以采用机械出矿，采用人工出矿，效率低、周期长，采场单回采平均长度仅20 m，采场整体回采效率不高。

6）单次充填量小，充填连续性差，充填管道使用频率高、冲洗维护工作量大、寿命降低。

2  基于并段并采场新工艺的下向进路胶结充填采矿法

针对前河金矿葚沟矿区矿体开采中存在的问题，以及矿床的开采技术条件，结合相关类似矿山的工程实践，对采矿过程中的结构参数、天井施工、出矿工艺等方面进行优化，具体为：

1）采场结构参数加大，降低采准工程量，提高分层回采量。

2）采用反井钻机施工天井，增加天井施工长度，降低天井施工风险。

3）依据采场作业面的大小，选取或研制合理的出矿装备，采用小型遥控装岩机出矿。

基于上述思路，通过现场试验及工程类比，探索出并段并采场无顶柱方法结合下向进路胶结充填采矿法[10]的基于并段并采场新工艺的下向进路胶结充填采矿法（见图2）。

2.1 采场结构参数优化

沿矿脉走向及矿脉倾角并列布置采场，采场高度为80.0 m，长度为80.0 m，宽度为矿体宽度。将原有的4个采场合并为1个采场进行统一回采，实现并段并采场。

2.2 切割工程

在2个采场的中央利用反井钻机施工脉内天井，长度为80.0 m，实现并段。同时，利用1条脉内天井同时控制中段左右两侧至端部穿脉巷道，采场长度80.0 m，实现并采场采矿作业。

以脉内采准天井为中心，沿矿脉向两侧端部穿脉巷道施工切割巷道，直至切割巷道与两侧端部穿脉巷道贯通;切割巷道底标高低于运输穿脉巷道底标高1.7 m，切割巷道高度為2.2～2.5 m;预留顶柱。

2.3 回 采

由顶部切割巷道向下逐层回采，回采采用YT-28钻机进行凿岩，采用岩石乳化炸药+非电起爆系统进行爆破，单次进尺为2.2～2.5 m，回采后，采用小型遥控装岩机出矿。

两层中段的切割巷道、脉内措施巷道采掘出的矿石沿脉内天井落入最底部，经与沿脉内天井最底部贯通的运输穿脉巷道、脉外主运巷道统一运输至地面;因2个中段采掘出的矿石统一集中在最底层的运输穿脉巷道、脉外主运巷道运输，在最底层的运输穿脉巷道、脉外主运巷道内布置大型运输工具，相应减少了大型运输工具的布置数量，降低了矿石运输设备的投入成本，同时统一集中运输还提高了矿石运输效率。

2.4 支 护

为加强安全生产，做到预防性支护，在原有顶板分级的基础上，在采场内采用坑木全支护方式，支护后净断面控制在1.8 m（宽）×2.0 m（高）。回采完畢后，自远端后退式回收预防性支护的坑木材料，以备循环利用。

2.5 出 矿

支护方式调整后，给机械设备进入采场提供了便利条件，选用装岩机进行出矿，但原有装岩机规格和操作方式仍不能满足使用要求。经过矿山和设备供应商共同研发，定制小型遥控装岩机，装岩机规格为2 120 mm×1 060 mm×1 230 mm，比原有规格宽度减小40 mm，净扬高由原来的1 900 mm减小为1 700 mm; 并在装岩机上增加遥控控制模块。回转部增加液压动力控制模块，实现了远距离遥控控制代替人工近距离控制装岩机运行的目的。小型遥控装岩机在更加安全的条件下轻松实现当天爆破、当天出矿，达到现有采矿条件下的最大出矿效率。

2.6 充 填

采用分区充填方式，顶部的切割巷道采用混凝土或高配比充填料浆进行接顶充填，其余各分层采用原有的充填配比。充填之前，增加吊筋工序，提高充填体与围岩之间的连接力，保证下分层回采的安全。并段并采场后，单进路充填量是原来的2倍，单次充填量增加，充填连续性好，充填管道使用频率降低、冲洗维护工作量减少一半、使用寿命增加。

2.7 通 风

采矿巷道的作业掌子面采用压入式风机沿风筒送风，风筒通过预留的顺路行人井连通至采矿巷道的作业掌子面;利用顺路通风井进行回风。

2.8 配套安全措施

1）天井上部活动设置有天井封闭，天井封闭用于防止采矿作业人员意外跌落至脉内天井中发生坠落事故。

2）天井下部设置有漏斗，用于暂存中段采出的矿石，防止上下中段同时落矿时发生落矿伤人事故。

3 现场应用及效果

根据上述技术方案，选取前河金矿葚沟矿区ⅣN2矿脉的-80中段至00中段80勘探线—82勘探线采场作为试验采场，即将2个中段2个勘探线采场统一施工采准。

1）试验采场布置。采场沿走向布置，长度为80.0 m，高度为80.0 m，宽度为2.17 m。由00中段主巷在80勘探线、82勘探线垂直矿体施工采准联巷，在81勘探线施工天井硐室，采用1.4 m反井钻机施工采准天井，连接上下中段。

2）回采工艺及通风。对于较为稳固的区域，采用YT-28钻机进行凿岩，乳化炸药爆破。新鲜风流通过轴流式压入式风机沿风筒送风，风筒通过预留的顺路行人井连通至采矿巷道的作业掌子面;利用顺路通风井进行回风。采用小型遥控装岩机+矿车出矿。

3）支护及充填。支护采用坑木临时支护，根据顶板分级采用坑木密集、对架进行支护，无需支护的地段也选用坑木对架进行预防性支护，预防性支护在回采结束后回收。

待分层回采结束后，进行平场，铺碎石，铺塑料薄膜及底筋，后采用12 mm圆钢将底筋与底部锚杆连接，并用8#铁丝捆扎。

4）技术经济指标。经过半年的现场试验，取得的主要技术经济指标见表1。

4 结 语

根据前河金矿葚沟矿区的矿体开采技术条件和 开采现状，优化了下向进路胶结充填采矿法，采用并段并采场无顶柱方法结合下向进路胶结充填采矿法的技术进行现场工业试验。这种基于并段并采场新工艺的下向进路胶结充填采矿法，具有采矿损失贫化低、施工工艺简单、施工工程量小、采场通风良好、安全性高、运输效率高、采矿成本低的优点，为软弱破碎急倾斜薄矿体的开采提供了较好的解决方案。

[参 考 文 献]

[1]  王亚军，李向东，盛佳.前河金矿ⅣS3矿体280 m中段回采顺序优化[J].矿业研究与开发，2018，38（5）：13-15.

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Application of  downward approach cementation filling mining method based

on innovative level merging and stope merging process in Qianhe Gold Mine

Li Guosheng1，Li Chun1，Liu Dongrui2，Zhao Yuanpei1

（ 1.Songxian Qianhe Mining Industry Co. ，Ltd.  ;  2.Changsha Institute of Mining Research Co. ，Ltd. ）

Abstract： The production efficiency is low and the mining period is long when downward approach cementation filling mining method is used in Zhangou mining district of Qianhe Gold Mine.In order to solve the problems，lower mining cost and improve ore drawing efficiency，the study，based on downward approach cementation filling mining method，combined the method of drawing ores with small remotely controlled rock loader and level merging and stope  merging  for stope layouts，optimizing downward approach cementation filling mining method.The field production practice shows that after the combination of the method of drawing ores with small remotely controlled rock loader and level merging and stope merging stoping process was adopted in the stope，the stope layouts were optimized，the production efficiency was improved，the mining loss rate was reduced.The process has good outcome and can be used as reference by similar mines.

Keywords：  level merging and stope merging;downward approach cementation filling;remotely controlled rock loader;mechanized ore drawing;production efficiency