论某矿M4区1号矿体铲运机出矿分段空场嗣后充填采矿法*

王友富

（青海鸿鑫矿业有限公司，青海 格尔木 816099）

矿区所在区域位于青藏高原东北部祁曼塔格山北坡。构造位置处于柴达木陆块与祁曼塔格陆块的结合部位，对应的构造单元是东昆仑晚加里东造山带中的祁漫塔格都兰造山亚带。主要出露于矿区中北部，钻探工程中均揭露了该套地层，为一套浅海相碳酸盐沉积，主要岩性为大理岩、结晶灰岩等，地层总体北倾，产状（10°～20°）<（10°～35°），地层南西侧薄，北东侧厚，一般在（250～400）m之间，最薄为 149.46 m，最厚为529.43 m。矿床赋存于二长花岗岩与碳酸盐岩接触的矽卡岩中，矿化以 Cu、Pb、Zn、mFe、S为主，矿化分带特征较明显。按与花岗岩体的距离分上、中、下三条矿带。其中深部的1号矿体为M4区埋深最大、规模最大的一条矿体。

在M4磁异常区深部规模较大，岩体最大埋深超过 550 m，一般（300～400）m。为中粗粒花岗结构，块状构造，主要矿物组份有石英、钾长石、斜长石、黑云母等。

M4区1号矿体赋存于深部矽卡岩带中，形态受下伏二长花岗岩控制明显，呈似层状、透镜状、豆瓣状，西浅东深，在倾向及走向上均具分支复合、膨大收缩之特征。矿体走向东西，倾向北，倾角一般 4°～15°，长2 300 m，平均延深 546.97 m，平均厚度14.35 m。

1 开采技术条件

1.1 水文地质条件

矿床主要充水岩溶含水层富水性较弱；矿区地形平缓，多被第四系地层覆盖，植被稀少，除牛苦头沟谷外，基本不含松散岩类孔隙水；矿区内的地表水体—牛苦头沟，为季节性河流，流量小，为矿床的间接充水因素，水文地质边界条件较复杂。因此，依据《矿区水文地质工程地质勘探规范》确定本矿区的水文地质勘查类型为三类二型，即为水文地质条件中等的矿床。

1.2 工程地质条件

矿区沟谷、坡麓地带多被风积的砂类土所覆盖，牛苦头沟谷区被洪积的卵砾类土所覆盖。大厚度松散土体分布广，其结构松散，颗粒级配不良，可使采矿开拓难度较大。下伏岩体以大理岩为主，是矿体直接顶板，矿床赋存于矽卡岩带中，花岗岩是矿体直接底板。基岩除浅部风化带，岩石破碎，可能产生局部不良工程地质问题，需及时进行工程防护加固措施外，矿体及其围岩致密坚硬，岩石完整，断裂构造、节理裂隙不发育，各类岩石抗压强度较高，岩层坚硬，稳定性好。应属工程地质条件简单的矿床。

1.3 环境地质条件

矿区地处地质构造现代活动的基本稳定区，相应的地震基本烈度为Ⅶ度，地表及地下建筑工程抗震烈度应按7°或高于7°设防。矿区位于柴达木盆地南缘中海拔低山丘陵区，地下水质量等级为差，发育的地质灾害主要是山梁附近的崩塌和坡麓地带的风蚀沙埋，矿山建设中要注重防治。采矿过程中形成的废石弃渣和污水排放，是未来矿山存在的主要隐患，要注意采取环境保护措施，矿区地质环境质量中等。

2 采矿方法的选择

2.1 地下开采

地下开采方法选择一般应遵循的原则：①采矿方法安全可靠经济实惠；②矿石贫化率和损失率最低，出矿品位最大化；③采矿成本最低；④生产能力大，效率高。

2.2 M4采矿方法比较

崩落采矿法：回采缓倾角矿体时贫化率和损失率较大；开采过程中地表允许陷落，雨季降水地表迳流会大量渗入井下，严重影响采场顶板的稳固性，造成作业面安全无保证。分段空场嗣后充填采矿法：该方法回采缓倾角矿体布置灵活、贫化率和损失率较小、采用铲运机出矿台班效率可达500 t/台班。

2.3 采矿方法选择

根据采矿方法比较、M4矿体产及经济技术指标进行综合分析，“铲运机出矿分段空场嗣后充填采矿法”对M4矿体的回采比较合适。采矿方法的主要技术指标比较，如下表1所示：

表1 采矿方法的主要技术指标比较Tab.1 Comparison sheet for main technical indicators of mining method

从M4矿体产状、倾角特征及矿床的开采技术条件看所选用的采矿方法均为嗣后充填，每个采场自上向下回采完以后，采用开拓废石量及相邻采场据进废石量充填空区，待空区充填体稳固后，再回采相邻矿块，盘区间均保留间柱及顶底柱。

3 爆破

3.1 采场爆破

采场爆破根据矿岩硬度与采场岩石稳固性分析，若采场岩石稳固性较好的可以按 (4～5)次一次为 (4～5)排，逐一从首端往尾部逐一推进爆破作业，若采场岩石稳固性较差的，在爆破自由面满足爆破作业的情况下可以增大爆破排数，可划分为3次一次为 (6～7)排，最后一次爆破排数可以稍微留多点，目的是为了保证最后一次爆破作业工作面矿岩稳定性有一定保障，采场首端几次爆破作业已为采场尾部最后一次爆破创造了充足爆破自由面，故采场尾部最后一次爆破排数可适当留多2～3排[1]。

3.2 漏斗爆破

漏斗爆破首先要从炮孔施工上控制炮孔角度，内外圈炮孔施工成 (45°～50°)，中间炮孔施工成垂直掏槽眼，掏槽眼数量可以根据钻孔直径大小确认，爆破顺序首先起爆掏槽眼后逐一起爆周边眼，周边眼与掏槽眼起爆时间间隔不得小于150 ms[2]。

4 铲运机出矿分段空场嗣后充填采矿法

4.1 采场布置和构成要素

矿体沿走向（80～100）m布置一个盘区，盘区间柱宽为15 m。矿房及矿柱沿矿体倾向划分，长轴方位角为 64°。矿房、矿柱垂直宽度均为14 m，长约（80～100）m，沿垂高按10 m划分分段，各分段盘区间柱内掘分段凿岩联络巷，后沿矿块中心线掘矿房、矿柱的出矿巷道。根据矿体赋存特点，中段高度为20 m。沿矿体走向布置盘区，长（80～100）m，盘区间均保留间柱及顶底柱。由于矿体平均倾角在 10°左右，为保证铲运机可在采场畅行，矿块采取倾斜布置的方式。出矿方式主要采用铲运机出矿，铲运机相比普通电耙出矿，主要体现在灵活性较好，产能效率相对较高，铲运机出矿分段空场嗣后充填采矿法如下图1所示[3]。

图1 铲运机出矿分段空场嗣后充填采矿方法图Fig.1 Sublevel open stoping chart with subseguent backfilling method for LHD ore removal

4.2 采准切割

采准工程布置：采用下盘脉外斜坡道采准方式，自斜坡道向矿体方向掘进分段联络道，接着布置各分段平巷，再从分段平巷掘进各盘区的分层联络道。在盘区中央分别布置一个人行充填通风天井、泄水井和放矿溜井，上述各井均宜布置在矿体底板或脉外下盘岩石中。最后根据现场实际情况可在采场首端切割槽位置施工一到两只井作为采场首次爆破补偿空间井，切割槽顶部矿体顶板位置施工一条压顶巷道，该巷道作用可为爆破补偿空间及爆破自由面，爆破后使顶板处于同一标高位置切断，减少爆破引力波对顶板的破坏，同时也可减少顶板围岩跨落对矿石造成贫化。

4.3 回采工艺及主要设备选型

矿体划分为矿房和矿柱，分两步骤回采，先采矿房后采矿柱。分段凿岩，阶段出矿，然后嗣后一次充填。分段高度为（9～11）m。主要回采工艺包括凿岩、装药、爆破、通风、出矿等工序。可以沿着矿块长度方向从矿房顶板后退式回采，也可以从矿块中央向两端后退式回采。以切割槽为自由面分次侧向爆破，一次爆破 （4～5）排炮孔约（6～8）m，采用逐排挤压微差爆破方式进行爆破。矿房与矿柱回采工艺基本相同。盘区间的间柱在盘区回采完后进行回收。主要设备类型：凿岩：选用采矿台车，凿岩效率：120 m/台班，采矿台车考虑1台工作。出矿：选用斗容3 m3铲运机，出矿效率 （400～500）t/台班。局扇：选用JK58-1№ 4.5局部通风机，每个采场（1～2）台。新鲜风流由人行通风天井、分段联络巷道、分段凿岩平巷进入采场工作面。冲刷采场后，污风经过采场切割天井和穿脉平巷排入上中段回风充填平巷道。为了改善采场工作面通风条件，使用局扇加强通风[4]。

4.4 采空区处理及顶底板管理

由于矿体稳固性较好，矿体顶板一般情况下不需要加固。在采矿工序期间通过相应手段以及爆破控制减少爆破引力波对采场顶板围岩的破坏，采矿凿岩出矿等工序都在巷道中进行，安全可靠。选用嗣后充填采矿法，可以嗣后一次性充填采空区，减少采空区暴露时间。由于M4矿区矿石中含硫量较重，所以尾矿沙和水泥制成的充填材料达不到充填强度要求，所以采空区充填材料只能采用废石+尾矿沙进行充填，即形成空区后先用废石进行充填，后用尾矿填缝充填直至接顶。这样充填即对采空区进行了充填处理，又做到废石少出坑，尾矿少进尾矿库的作用。即处理了空区隐患、又减少废石出坑、堆存，尾矿进尾矿库的成本及安全环保压力[5]。

4.5 矿柱回采

矿房矿块采矿结束后，根据相邻采空区充填情况，结合现场实际情况可以对矿柱进行回采，实现矿石资源回收，回采矿柱时可充分利用相邻采场或上下分层的人行进路或回风天井，矿柱回采原则：坚持后退式回采、具备充填的充填结束后达安全标准后进行回采、分阶段局部回采。在回采矿柱时为了保证安全，可以采用假底混凝土浇筑或采用钢架及木头进行支护，以防采通相邻采空区导致充填物涌至矿柱回采进路造成安全隐患。

4.6 主要技术经济指标

矿块生产能力350 t/d；损失率12%～15%；贫化率8%～10%；千吨采切比4.09 m/kt、46.57 m3/kt。

5 结语

经分析采用铲运机出矿分段空场嗣后充填采矿法开采M4区1号矿体，相对较其它采矿方法更安全、科学、高效。

1）采用铲运机出矿提高了生产能力，同时相对于采用普通电耙出矿灵活性较好安全上已得到一定保证；

2）在采准切割作业环节上增加齐顶巷道，通过穿孔爆破控制可对采场顶板围岩起到一定的保护作用，对后期采矿作业顶板管理难度上得到减小，以降低了因顶板围岩跨落对矿石的贫化，采空区充填完后，在组织回采矿柱有利于控制贫化率、损失率；

3）提高矿山生产运营经济效益，故建议采用该采矿方法比较适用安全可行。