倾斜薄矿体房柱采矿法的实践

陈能飞

(广西锡山矿业有限公司，广西 南宁 530022)

1 地质概况与开采技术条件

广西大新锰矿为泥盆纪沉积碳酸锰矿床，矿区位于广西左江流域，地形复杂，属低山丘陵地形，半裸露型岩溶地貌。矿区内最高标高844.1 m，地势西高东低，流经矿区东缘的黑水河(下雷河)，最低标高是240.5 m，矿区南翼布康溪最低标高310 m，是南翼矿区最低侵蚀基准面。

矿区锰矿层自下而上分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ矿层，赋存于硅质岩、泥灰岩中，3个矿层平均厚度分别为1.7，2.35，0.58 m。Ⅰ矿层与Ⅱ矿层之间夹层一为硅质灰岩，厚0.08～28.17 m，一般约4.5 m；Ⅱ矿层与Ⅲ矿层之间夹层二为锰质泥灰岩或锰质泥岩，厚0～1.28 m，一般约0.6 m。矿层倾角在几度至90(°)之间，甚至陡立。Ⅲ矿层的直接顶板为硅质岩，一般厚0.05～0.6 m，往上为硅质灰岩、泥岩，Ⅰ矿层的直接底板为泥质灰岩、夹泥质岩。

矿区西北片区250中段的矿体呈层状产出，层位不稳定，小断层较多，工程地质条件属中等类型坚硬、半坚硬岩。根据《工程岩体分级标准》(GB/T 50218—2014)结合该区域地质资料[1]，该中段顶板为Ⅱ、Ⅲ矿层顶板，岩体基本质量等级为Ⅱ、Ⅲ级，Ⅲ级岩体基本质量指标(BQ)在351～450之间。故Ⅲ级及以下时采取锚网支护，Ⅱ级及以上不需支护。

矿体走向呈北东—西南方向，倾向为东南方向。Ⅱ+Ⅲ矿层平均厚度约3.3 m，倾角13(°)～60(°)，斜长25～52 m，矿石品位约16.85%，f=8～15,夹一厚度7～10 m,平均厚度8 m。Ⅱ矿层直接底板为微粒石英硅质岩，局部为灰色钙质泥岩，Ⅱ～Ⅲ矿层之间为夹Ⅱ，夹Ⅱ为灰绿、灰白、深灰、棕红色含锰泥岩，厚度约50～300 mm，因其厚度薄而无法剔除或含Mn>11%而并入计算资源储量，Ⅲ矿层顶板主要为钙质泥岩和钙质灰岩，常含有石英、绢云母及少量黄铁矿，抗压强度较低，跨度较大时易垮塌，特别是在褶皱强烈和断层区域，回采过程中应控制好采宽和留出矿柱，并加强排险工作。该区域无透水隐患，暴雨后顶板会渗入少量断层裂隙水[2]。

2 生产实践概况

大新锰矿自2013年至2021年先后在西北部340中段、310中段、280中段、250中段对倾斜薄矿体进行了房柱采矿法试验开采，试验区域矿体倾角5(°)～55(°)，平均倾角约为25(°)，夹一厚度7～10 m，采用Ⅰ矿与Ⅱ、Ⅲ矿分采，Ⅱ、Ⅲ矿与夹二混采，浅孔爆破房柱法进行试验，Ⅱ、Ⅲ矿分开起爆。采用YT-28气退式凿岩机凿岩、电耙出矿。采场长度60 m，宽度50～70 m，矿块沿走向布置，其中矿房宽度11 m(中对中)，沿走向底部矿柱宽3.5 m，间柱宽3 m，长4 m。采场沿走向和倾向方向上均采用后退式回采。试验后发现，顶板破坏Ⅲ矿后顶板围岩过快地冒落，造成矿石损失率和贫化率偏大，空区顶板冒落较快，更对安全生产造成一些影响。为了保障安全，提高回采率降低贫化率，决定采用Ⅱ、Ⅲ矿分开起爆，即先采Ⅱ矿，同时预留Ⅲ矿保护顶板。Ⅲ矿是预先打好眼不放炮，当一个矿房Ⅱ矿回采结束后，再快速统一爆破回收Ⅲ矿，矿房回采过程中人员只能从隔壁上山走上回风联络道进出，不能从采空区行走，挂钢丝绳时利用抛绳枪把麻绳从矿房下口打到顶柱位置，人员从联络道进入挂滑轮和钢丝绳。

爆破采用YT-28气退式凿岩机凿岩，电耙耙矿，平底漏斗出矿，顶板处理方式是局部锚网支护，顶板自然垮塌充填空区，局部通风机提供采场新鲜风流[3]。通过采矿方法的合理顺序，探索出了适合本矿山倾斜薄矿体的采矿方法。经过多年的实践，现在大新锰矿西北部片区运用此采矿方法已经得到了一定效果[4]。

3 采矿方法

西北部片区试验采场中倾斜薄矿体倾角波动范围5(°)～55(°)，平均倾角约为25(°)；Ⅰ矿层厚1.52～1.79 m，平均1.7 m；Ⅱ、Ⅲ矿层厚约2.7～3.5 m，平均厚3.3 m；夹一厚度7～10 m。地质构造较为复杂，分别体现在：①褶皱和小断层较多，断层落差1～4 m；②围岩中等稳固、完整性较好；③矿体波浪形上下起伏不定，起伏范围2～10 m；④水文地质较为简单。因此试验主要针对西北部矿段回风井一带的倾斜薄矿体，采矿方法为房柱采矿法。

3.1 工程布置

该区域上下相邻中段沿脉运输大巷垂直高差一般在30 m左右，水平距离在60～90 m范围。采场是沿着沿脉运输大巷每60 m左右范围划分为一个采场，在下一水平的沿脉运输大巷上选择合适的位置开平底漏斗，平底漏斗一般选择在顶板围岩较为完好、断层较少的地方。平底漏斗沿着矿体真倾向方向施工，电耙道沿着矿体走向施工，沿着电耙道方向每间隔10 m(中对中)施工一条上山作为矿房，上山之间每间隔10 m(中对中)施工一个联络道。当上山倾斜长度超过50 m时施工二拉底，二拉底将采场分成上下两部分，在条件允许的情况下，每条切割上山尽量通上水平的主巷，不通主巷通上水平电耙道时必须施工上回风联络道。矿房回采时人员只能从上回风联络道进出，照明线、风水管也从上回风联络道接入，采切巷道不支护，局部不稳定段使用锚网支护。采场结构和平面布置简况如图1所示。

1 上水平运输巷或电爬道；2 上回风联络道；3 二拉底；4 切割上山；5 矿柱；6 电耙道；7 平底漏斗；8 沿脉运输大巷；9 底柱；10 人行联络道

3.2 回采顺序

回采顺序均采用后退式回采，沿倾向由下而上回采，沿走向从远到近回采。

3.3 回采工艺

1)采场凿岩：排险到位后，选择合适的站位，采用YT-28气退式凿岩机在切割上山布置平行钻孔，炮孔方位与上山之间的夹角在30(°)～60(°)之间，孔径38 mm，炮眼排距0.8 m，炮眼间距1.0 m。

2)采场爆破：炮眼孔打完后，以切割上山帮壁为自由面，炮眼一次爆破。采用2号岩石乳化炸药，20 m毫秒塑料导爆雷管，双药包双回路一次起爆，每孔装4节炸药[5]。

3)采场出矿：采用 2JPB-22、2JPB-30双卷筒电耙出矿，经电耙道转运至平底漏斗，装入2 m3矿车，电机车转运至中段吊车场，由吊车场提升至地面。

4)矿柱回收：每个矿房间的矿柱厚度3 m左右,矿房之间留连续矿柱，根据多年用房柱法回采的统计数据，在矿房回采完毕5个月后60 %顶板会自然垮塌，电耙道两侧的底柱在回采完毕一个采场时立即回收，矿房间条形矿柱不回收[6]。

5)顶板管理及空区处理：顶板一般不支护，局部地点采用锚网支护，为了降低贫化率，将废石倒进矿房填堵空区。

3.4 采场通风

1)新鲜风流由西北2号进风井进风，到达250中段主运输巷，再经过250中段主运输巷各个平底漏斗，过漏斗后经电耙道、切割上山进入矿房。

2)污风经过上回风联络道进入上个中段的电耙道或者主运输巷，再经过280中段运输大巷到达西南专用回风斜井，最后由西南专用抽风机抽出地表。

3.5 采矿主要技术经济指标

采矿主要技术经济指标如下：①炸药的平均单耗为0.18 kg/t；②采矿贫化率为18%；③采矿损失率为19%；④采空区的平均高度为3.5 m；⑤每工班采矿工效13 t；⑥千吨采切比为160 m/kt。

4 结 论

大新锰矿采用房柱法开采倾斜及缓倾斜以下矿体，积累了较好的采矿实践经验，在技术上取得了较大突破，在经济上取得了较好的成果，该方法具有以下特点：①平底漏斗出矿，有效避免天井口漏斗放矿伤害的隐患，安全性较高；②矿房Ⅱ、Ⅲ矿分开爆破，贫化率可以有效控制，出矿效率高；③预留Ⅲ矿保护顶板，人员从上回风联络道通过，安全性较高；④矿房之间留连续矿柱，矿石回采率较低；⑤采准切割布置较多，采切比及采矿成本偏高；⑥该采矿方法适用于倾斜、缓倾斜及水平矿体。

该采矿方法在矿区西北部已经大量推广使用，经济上取得了较好的成果，值得推广应用。