垂直分条采矿工艺在急倾斜薄矿体顶柱回收中的应用

摘要：急倾斜薄矿体在空场采矿法开采后会残留顶柱，由于透采时凿岩工人在逐渐变薄的顶柱下作业，安全风险较高，为避免出现大面积冒顶事故，常留设永久损失的高品位原生矿柱，造成了资源的极大浪费。为安全高效回收顶柱，提出一种垂直分条采矿工艺，详细介绍了该方法的采准切割布置、回采工艺及主要技术经济指标等。现场工业应用表明：采用该方法能够最大限度地回收顶柱，且空顶后暴露面积小，安全性高；台效由原工艺的15.4 t/台班提高至23.3 t/台班，提高了51.3 %；采矿损失率由62 %降低至5.3 %，相比原采矿工艺降低了91.5 %，取得了良好的技术经济效果，可在同类型矿山推广。

关键词：高品位；冒顶；顶柱回采；垂直分条；急倾斜薄矿体；削壁充填采矿法

中图分类号：TD853.34 文章编号：1001-1277（2024）09-0023-04

文献标志码：Adoi：10.11792/hj20240905

引 言

内蒙古金陶股份有限公司（下称“金陶金矿”）是一家以急倾斜极薄至薄矿体开采为主的黄金矿山开采企业［1］。近10年，年产黄金1 t以上，是国内规模最大的以削壁充填采矿［2］工艺为主的矿山之一。金陶金矿运营的金厂沟梁金矿床为中低温热液型矿床［3］，矿体倾角为70°～85°，脉厚0.17～0.87 m，平均品位较高，多在5 g/t以上。

该矿山在采用削壁充填采矿法回采时，一般预留6 m左右顶柱，采场回采结束后采用上向分层充填采矿法进行回收，在顶柱残采时，凿岩工人通常需在顶板下上向凿岩，回采一层后立即充填，并继续向上进行回采，但是随着回采不断推进，顶柱待采部分越来越薄，极易由于透采导致暴露空间过大，进而引发大面积冒顶，或为避免透采残留大部分高品位原生顶柱，造成资源的极大浪费。因此，如何安全高效地回收急倾斜极薄矿体的顶柱，一直都是一个难以解决的采矿难题［4-8］。黄超［9］通过对回采进路结构参数和回采顺序进行优化，确定了最佳的回采进路结构参数，对急倾斜薄矿脉顶柱进行了回收；伍耀斌等［10］应用分段凿岩阶段矿房回采工艺回收间顶柱取得了良好的经济效益。本文为解决金陶金矿顶柱回采的安全隐患问题，提出一种垂直分条采矿工艺，将之应用于急倾斜薄矿体削壁充填回采后残留的顶柱回采，取得了良好的经济效果。

1 原回收方法及存在问题

金陶金矿原采用上向分层充填采矿法（电耙出矿）回采削壁充填回采后残留的顶柱，回收方案如图1所示。矿块底部结构为混凝土假底，溜井间距约18 m，矿块内总计布置4个出矿溜井。其中，行人顺路分布在1#、4#溜井，原采场天井布置在2#、3#溜井段，落矿时采用上向浅孔由下至上分层落矿，分层落矿高度0.8～1.2 m，采后及时充填并随采随测。当采至顶柱剩余高度约3 m时停止回采，作为矿柱损失，从而防止顶柱高度过低，凿岩工人在进行凿岩作业时出现冒顶事故。采用电耙出矿，采下矿石由溜井放出运至地表。

顶柱高度较高，一般为6 m，平均采幅1.3～1.5 m，局部由于矿体复变，采幅可达3 m，且采用该方法回收顶柱时，由于采场顶板淋水，矿岩整体较不稳固，顶柱内层理构造发育。为保证回采作业安全，需采用密集横撑立柱进行加强支护，因此原有顶柱回收方式不能保证回收全部顶柱资源，一般仅能回收2.5～3.0 m高，且冒顶风险高，安全隐患大。

2 垂直分条采矿工艺及其应用

为保证顶柱回收时作业安全且最大程度回收矿石，采用垂直分条采矿工艺进行顶柱回收，用以减小爆破后顶板暴露面积，最大可能杜绝冒顶事故的发生。推进时采用水平炮孔布置，以减小对围岩的破坏，素混凝土充填控制上下盘错动。此方法在18394矿块顶柱回收应用中取得了成功。

2.1 地质概况

18394矿块位于18中段39#脉N沿，顶部为17394和17395矿块，底部为19394矿块，N端为18395采空区（与18394矿块相邻处为混凝土充填区），S端为18394-1矿块。矿脉以含金黄铁矿化构造蚀变岩型为主，矿脉较宽且含泥量较高，节理构造较发育。局部硅化特征较明显，脉状为主，分支复合特征明显，走向0°～20°，倾向NE、E，倾角75°以上，矿体平均厚度为1.3 m，局部厚度可达3 m，属急倾斜薄矿体。

2.2 垂直分条采矿顶柱回收工艺

2.2.1 回收方法概述

垂直分条采矿顶柱回收工艺如图2所示，该方法落矿时由中央天井、里外顺路沿矿脉走向对向连续推进。为减小暴露面积，且为凿岩作业留出空间，回采时采用一次性掏槽落矿，掏槽宽度控制在1.5 m，当矿脉厚度大于设计掏槽宽度时，矿体厚度为掏槽宽度。落矿高度为顶柱全高，约6.2 m，崩矿步距为1.0～1.5 m，且随采随充，出矿后立即进行充填，即每向前推进1.0～1.5 m，混凝土充填跟进1.0～1.5 m，充填后留出凿岩空间，约1.5 m，以此保证落矿后采矿空间长度不大于3.0 m。

2.2.2 采准切割工程

1）如图2所示，采准工程主要为切割井施工，切割井即为安全通道①、安全通道②、安全通道③。其中，安全通道②为原矿块上行安全通道，已完成。只需施工安全通道①、③，规格为2.5 m×1.5 m（长×宽），高度为6.2 m。

2）切割井施工完成后在渣间架设凿岩平台（不少于3道），采用预钻孔爆破方式，凿岩完成后，在出矿间留有0.5 m预爆破补偿空间，保留1.0 m梯子间，中间1.0 m采用木板封好后进行混凝土充填，充填高度为分层高度。采用该方法可快速形成新的切割井，提高回采效率。

3）为使生产组织有序进行，以切割井位置把矿块分为4个单元，即出矿单元、充填单元、待落矿单元和压矿维护单元，渐次作业。

2.2.3 回采工艺

垂直分条采矿顶柱回收方案如图3所示，整个工艺循环主要包括：胶垫铺设、掏槽落矿、通风除尘、撬渣支护、选矿运搬和充填等。

1）为充分回收高品位粉矿，避免粉矿流失，在回采作业前，于底板铺设胶垫。

2）铺垫完成后即可进行落矿作业，凿岩时沿矿体走向水平布置双排钻孔，孔深1.5～1.7 m，孔距0.5 m，排距0.5 m，崩矿步距约为1.5 m，从而保证采空区长度不大于3.0 m。

3）落矿后作业人员必须系好安全带从上至下进行检撬及支护作业，支护角度需垂直上盘，以确保支护质量。支护时横撑的横向间距为1.0～1.5 m（根据落矿长度布置），纵向方向上保证在一条直线上，且梁间距不超过1.2 m。爆破后及时进行通风，通风时间不低于6 h。

4）安全维护完毕后，进行出矿作业，采用电耙出矿，将崩落矿石耙入顺路溜井内，并由电机车运输至地表。待出矿完成后，开始进行充填，在顶部巷道内采用人工搅拌方式进行混凝土搅拌作业，搅拌后直接倾倒至采空区。

5）待混凝土充填养护完成后，即可进行下个工艺循环作业。

2.2.4 主要技术经济指标

采用垂直分条采矿工艺成功对18394矿块残留的6.2 m顶柱进行了全部回收，取得的主要技术经济指标如表1所示。

2.3 应用效果

采用上向分层充填采矿法进行顶柱回收时，一方面，凿岩工人需站在顶柱下上向凿岩作业，作业高度约1.5 m，空顶长度约26 m，透采一段后，暴露面积较大，达到40 m2，仅靠木支护及部分混凝土柱维护，且由于顶柱高度随分层落矿后愈来愈薄，受多次爆破振动后，矿岩条件较为不稳定的顶柱易发生冒顶。另一方面，随着顶柱逐段向后回收，上下盘暴露面积逐渐加大，极易发生上下盘错动。顶部巷道存在混凝土墙、假底或两帮不稳固时，为确保回采安全，要视情况保留永久保安矿柱，造成了大量高品位原生矿石损失。而采用垂直分条采矿工艺进行顶柱回收时，凿岩工人在作业空间内水平凿岩，顶部为巷道顶板，暴露面积相对较小，空顶后暴露面积仅30 m2，且相邻为混凝土支护，安全性高。随着顶柱逐段回收，全部充填，控制了上下盘错动。

2种顶柱回采工艺回收顶柱的主要技术经济指标对比如表2所示。由表2可知：采用垂直分条采矿工艺回收顶柱，将上向凿岩方式改为水平凿岩方式，大大提高了凿岩孔深，从而提高了凿岩效率，缩短了凿岩时间。与此同时，新Dg71EcqAEHAWrJIro4+ojWM/KK+DyAFnagPja56VVr8=工艺采场维护与支护工作量少，降低了支护时间，因此采矿效率大幅度提高，台效由原工艺的15.4 t/台班提高至23.3 t/台班，提高了51.3 %，且该工艺尽可能地回收了高品位矿柱资源，采矿损失率由62 %降低至5.3 %，相比原采矿工艺降低了91.5 %。

3 结 论

金陶金矿采用垂直分条采矿工艺成功回收了18394采场顶柱，并相继推广至其他采场，采用该工艺安全回收了1235s2、15153、16154、18352、1215311采场顶柱，经济效益显著。通过该工艺的试验研究，得到如下结论：

1）垂直分条采矿工艺不但灵活性高、适应性强，可根据现场情况变化，而且采矿效率高，出矿量大；采用电耙出矿，日出矿量能达到30～40 t/班，台效23.3 t/台班。

2）相比原工艺，此种采矿工艺透采时安全程度大幅度提高，采场顶板、两帮暴露面积较小，且充填后对采场上下盘有很好的支撑作用，有效减少冒顶片帮事故发生。出矿时作业人员在采场内部电耙出矿，不需要站在高空顶下出矿，保证了作业人员的安全。顶柱回收后对顶部巷道影响较小，可最大程度回收顶柱。

3）尽管垂直分条采矿工艺取得了良好应用，但实际施工过程发现采用该工艺时凿岩工人作业空间相对狭小，为保证钻孔深度，钻孔时需套钎，且当矿脉宽度小于0.7 m时，矿石贫化率较大。因此，在后续推广过程中仍需对该工艺进一步优化和完善。

［参 考 文 献］

［1］ 章邦琼.金陶金矿薄矿脉安全高效支护技术研究与应用［J］.黄金，2022，43（9）：49-52，64.

［2］ 韦立坚，刘涛，徐华君，等.金厂沟梁金矿硐室削壁充填采矿法研究［J］.有色金属（矿山部分），2017，69（6）：5-8.

［3］ 张长征.金厂沟梁金矿田“三位一体”成矿模式［J］.黄金，2022，43（4）：23-26.

［4］ 黄小忠.基于FLAC3D的某预留顶柱安全回采工艺优化分析［J］.现代矿业，2020，36（4）：85-89.

［5］ 张恒超.阿尔哈达残矿回收的研究与应用［J］.世界有色金属，2019（13）：218-219.

［6］ 王志，刘东锐，钟生元.高压注浆松散覆岩充填体下顶底柱回采稳定性研究［J］.湖南有色金属，2019，35（2）：4-6，10.

［7］ 胡勇，王维，孙德胜，等.三鑫金铜矿深部中段顶柱回采稳定性分析［J］.黄金，2018，39（10）：42-47.

［8］ 冯浩楠，舒太镜，李慧波.某金矿采空区矿柱回采方式及实践［J］.采矿技术，2016，16（5）：3-5，10.

［9］ 黄超.急倾斜薄矿脉采空区稳定性评价及残留矿柱回采方案研究［D］.赣州：江西理工大学，2017.

［10］ 伍耀斌，孙述翔，刘正，等.分段凿岩阶段矿房采矿法间顶柱回采实践［J］.黄金，2012，33（10）：30-32.

Application of vertical strip mining process in the recovery

of crown pillars in steeply inclined thin ore bodies

Jia Zhiwei1，Li He2，Zhang Bangqiong2，Wei Peng2

（1.ZhongJin Gold Corporation Limited; 2.Inner Mongolia Jintao Co.，Ltd.）

Abstract：In steeply inclined thin ore bodies，crown pillars left behind after open stoping present significant safety risks during extraction，as drilling workers operate under increasingly thin pillars，leading to a high likelihood of large-area roof collapses.To avoid these risks，high-grade primary ore pillars are often permanently left in place，resulting in significant resource wastage.To safely and efficiently recover these crown pillars，a vertical strip mining process is proposed.This paper provides a detailed explanation of the method’s cutting layout for preliminary mining，recovery process，and key technical and economic indicators.Industrial application on-site has shown that this method maximizes the recovery of crown pillars while minimizing the exposed area after roof removal，thereby ensuring high safety.The per-shift for unit machine productivity increased from 15.4 t to 23.3 t，an improvement of 51.3 %.The mining loss rate decreased from 62 % to 5.3 %，a reduction of 91.5 % compared to the original mining method，yielding excellent technical and economic results.This process can be promoted in similar mines.

Keywords：high-grade ore;roof collapse;crown pillar recovery;vertical strip;steeply inclined thin ore body;resuing and filling mining