高应力条件下高品位金矿块回采实践

李 强（二道沟金矿,辽宁 北票 122126）

高应力条件下高品位金矿块回采实践

Practice of stoping high-grade gold block under high stress

李 强（二道沟金矿,辽宁 北票 122126）

简述了二道沟金矿岩爆对矿石回采的影响，分析了其成因，在现有的生产条件下通过调整矿块回采顺序，成功回采了高应力下的高品位矿块，为类似条件矿山的生产提供了实践经验。

高应力；岩爆；回采；矿块

1 矿山概况

二道沟金矿位于辽宁省北票市龙潭乡境内，隶属于中国黄金集团公司，距北票市45km，全程有柏油路相通，交通便利。矿山建于1976年，至今已经连续生产30多年，是一座典型的老矿山，现在的矿石处理能力为800t/d。

二道沟金矿区位于华北地台北缘的努鲁儿虎隆起断裂带内，中生代火山断陷盆地边缘，努鲁儿虎金矿带上。矿区内地形以中、低山体为主，山峰相对高差100～300m，沟谷发育狭窄而陡峻。二道沟金矿脉是典型的火山中、低温热液充填型急倾斜极薄金矿脉，矿区内矿脉及成矿构造众多，在宏观上围绕爆破角砾岩筒呈马蹄形分布，走向长数百米至上千米。

2 1#脉地质情况及开采难题

1#脉是二道沟金矿的主要生产矿脉，矿石品位较高，平均品位达29.10g/t，局部地段达每吨几十克甚至上百克，其倾向北东，平均厚度0.05～0.3m，上、下盘围岩主要为流纹岩和闪长岩，岩石坚固系f值多在12以上，闪长岩或在矿体上盘或在矿体下盘，很少上、下两盘同时出现，硬而脆。1#脉已经开采至15中段（14中段以上中段高40m，下部中段高45m），矿山先后在16中段、17中段探得一块连续够采的矿块，矿石量6 426t，总面积10 200m2,平均品位68.46g/t，金属量445kg，经济价值巨大。

在上部中段1#脉的采矿方法有浅孔留矿法和削壁充填法两种。浅孔留矿采场回采后的空区，矿山没有进行任何处理，只靠自身的矿柱支承地压。1#脉回采从11中段开始就有岩爆发生，愈向下部中段愈厉害，岩爆在13中段的1331采场已造成了事故。至15中段的1511采场当回采到15高左右时，竞频繁的从采场帮、顶向外弹射石块，最大的一块0.4m3左右，严重的危胁作业人员的安全，最后不得不放弃采场的回采工作，仅本采场损失金金属量就达20多千克，还有其临近的采场，尽管其岩爆没这么严重，但均损失了金金属量。

面对严重的破坏性地压显现，在16、17中段的高品位矿块进行回采设计时遇到难题，如果下部中段的矿块均象1511采场那样出现严重的岩爆问题，可以想象损失的金属量将是巨大的。

只有控制好地压，减轻岩爆危害才能更大限度的回收金。如何能控制好地压是一件非常难的事，类似的破坏性地压在国外多有报道，在国内还比较少见，与报道过的矿山资料相比较，发现二道沟金矿的岩爆又有着特殊性，主要表现为：①矿脉极薄，通过调整采准工程布置手段改善应力分布是行不通的。②矿石的总经济价值不是很大，在现有的开采深度，再为其布置充填井等开拓工程及在地表重建相应的充填设备、设施经济上不合理。

现实的生产情况要求找到一种不用在经济上过大的投入，而又能对岩爆有所缓解的办法。

3 岩爆产生的原因

通过对岩爆现象分析，认为岩爆主要是自然条件及构造因素造成的。

二道沟金矿岩石完整性好，硬且脆，说明这种岩石能够储备大量的弹性变形能，当这种弹性变形能积攒到一定程度，超过自身极限时，势必以一种形式释放出去。现在的开采深度已经达到了800m左右，当失去围岩约束，岩体的单轴重力应力应在25MPa左右，就完整的流纹岩、闪长岩而言，这个应力不致于发生岩爆，可见发生岩爆的深层原因，应是岩体的构造应力造成的。

就岩爆发生最为严重的1#脉而言，与在其下盘的3#脉由于矿及脉倾角的不同，在深部中段两条矿脉越来越靠近，在地表两条成矿构造相距近百米，而在已探明的17中段，两条矿体均可开采段最近处仅25m左右，在15中段有一条3#脉的分枝脉将1#脉与3#脉相互连通，见图1和图2。从图1可以看出原岩在1#脉与3#脉之间相当于一个巨大的楔形体，一旦将其上盘或下盘的矿体开采，就为这个巨大的楔形体向下滑动提供了空间,岩石移动带来的侧向应力会首先在采场的顶板处集中,将硬而脆的闪长岩压碎。

图1 深部中段1#脉和3#脉断面图

图2 深部中段1#脉和3#脉断面图

4 回采矿块方案

通过对以上岩爆发生原因的分析，曾考虑采用胶结充填采矿法进行回采，但这个方案由于没有专用的充填井，所有的充填料运送只有通过大罐进行，现在大罐提升运行已经非常紧张，所以这个方案从运输这个环节上很难实施。另一方面，上向胶结充填法中胶结充填料无论如何配比，其强度也比不上原岩，依然不能阻止应力在采场顶板及两帮集中，解决不了本采场的岩爆问题。

经过反复比较，最终决定尝试改变阶段间回采顺序，从而减小地压破坏，见图3。具体思路是先采17中段品位最高地段矿石，当矿块回采至16中段水平巷道时，下部矿块不再留顶柱，同时上部矿块不再留底柱，直接在下部矿块的充填料上，回采上部矿块矿石。下部矿块回采至16中段水平时，采用混凝土充填采场两侧的出矿斗，形成人工矿柱继而回采两侧矿块。

采用该方案的原理是：到目前为止所有类型的充填料充填到采场以后，都无法阻止围岩应力的集中，最好阻止应力集中的材料就是原岩，如果从下部中段开始回采，上部中段的原岩就可以很好的阻止原岩应力向下传导。但该方案面临的更重要的问题是当采至上部采场时，由于下部中段已经全部采空，上部的原岩又要承受更大的应力变形，留下的矿脉回采将变得更加困难。

图3 矿块回采顺序

5 工程实践

5.1 回采

依据回采方案最先设计回采了1#脉1740采场，该采场回采成功，在前40m左右高的回采过程中采场只是有些岩石压裂的响声，没有岩石剥落及弹射现象，当采场接近16中段水平巷道时采场有岩石剥落现象发生，但没有弹射发生，接着该采场继续向上回采时，岩石剥落现象减轻，爆响也曾一度减弱，但当采场回采至距15中段水平巷道底板还有8m左右时，岩爆开始出现，从剥落到弹射逐渐加剧。发现紧挨矿脉的闪长岩体开始逐层与上面的真顶产生脱离，用撬棍敲击空空声，稍加平撬即会成片脱落，通常一次脱落层厚度在0.5m以内，局部地段也有达到1m左右的，可见这段原岩承受着巨大的压力。针对这种情况，在这个回采高度采场每隔10m便上掘一个与上部中段相透的小天井，然后从采场一侧后退式以干式充填进行回采，充填料来源于上部中段掘进废石，采场采幅均在0.8m左右，充填料与矿石全部人工运搬，回采效率很低，但由于总的回采工程量较小，最终回采效果还是达到了设计要求。

5.2 人工间柱

对于相临矿块和矿石间柱采用人工混凝土间柱替代。混凝土间柱不是由水泥、细砂、石子按比例配制而成的，而是采用掘进废石加水泥混合充填而成。这种间柱制作办法有两个优点：①成本低廉。所有材料费用只有水泥一项，水泥采用275标号即可，每吨混凝土用量控制在150～180kg。人工矿柱的厚度为采场的采幅，通常1.5m左右，宽度1m左右，施工一个这样的人工间柱就二道沟采场而言只需10t左右的水泥。②节省提升成本。由于混凝土骨料为掘进废石，不用大罐下放外来骨料的同时也不用上提井下废石，从而节约了提升成本。

由于原采场顺路采用木板与圆木横撑架设，当废石与水泥的混合物一旦充入其内，除自身强度外还要受到木板、圆木的约束，其强度足可以满足相临采场回采安全要求。实践表明削壁采场的长度不宜过长，最好控制在40m左右，太长回采一个分层周期太长，这样岩体变形能得到一个较长时间的积聚，增加了岩爆发生的机率，太短则由于作业场地太小，回采效率下降。

通过调整回采顺序，现在已经依次安全回采了1740、1741、1640、1641、1730、1630采场，这些采场基本上没有留任何矿柱。

6 结语

回采顺序的调整能够成功回采出高应力条件下的高品位矿块，是在对岩爆产生原因分析后，根据现有生产条件进行的大胆尝试。但这不是一个万全的方案，只是在现有生产条件下的一个方案，但又适合如此生产条件的矿山采用。从长远看，矿山生产就应当对采空区制定一套完整、科学的管理方案，并在生产过程中严格施工，尽可能减少上部应力对下部矿块回采造成重大影响。

[1]采矿手册[M].北京：冶金工业出版社，1991.

[2]郑永学.矿山岩体力学[M].北京：冶金工业出版社，1988.

[3]解世俊.金属矿床地下开采[M].北京：冶金工业出版社，1992.

TD863

B

2010-09-25

李 强（1973-），男，辽宁朝阳人，注册安全工程师，现任二道沟金矿安全环保部部长，负责全矿安全生产工作。

Abstract:The influence of rock burst on ore stoping in Erdaogou Gold Mine is discussed,and its cause of formation is analyzed.Under present production conditions,by adjusting the stoping sequence of ore block，the high-grade ore block is successfully mined out under stress,which provides practical experience for other similar mines.

Key words:high stress;rock burst;stoping;ore block

1672-609X（2011）02-0033-03