难采厚大破碎矿体采矿方法试验研究

冯壹，刘方求，郑剑洪

(湖南黄金洞矿业有限责任公司，湖南岳阳市414507)

难采厚大破碎矿体采矿方法试验研究

冯壹，刘方求，郑剑洪

(湖南黄金洞矿业有限责任公司，湖南岳阳市414507)

以黄金洞金矿难采厚大破碎矿体为研究对象，针对其开采中存在支护成本高、生产效率低、矿石损失大和顶板易冒落等技术难题开展了研究，提出了水压支柱控顶与小型挖机出矿相结合的上向进路充填采矿法。通过水压支柱控顶和机械化开采实现了厚大破碎矿体安全、高效、低贫损开采。工业试验证明，该采矿方法作业机动灵活、安全性好、开采成本低、生产能力大，是一种适合于黄金洞金矿倾斜厚大破碎矿体的理想采矿方法。

厚大破碎矿体;采矿方法;水压支柱;小型挖机;上向进路充填

湖南黄金洞矿业有限责任公司(原黄金洞金矿)是一个具有400多年开采历史的老矿，位于湖南省平江县黄金洞乡境内。黄金洞金矿金塘矿区3号脉属于难采厚大破碎矿体，公司先后聘请科研院所对3号脉厚大破碎矿体进行了崩落采矿法、长锚索网护顶采矿法等采矿方法试验，均未取得成功。为此，采用采空区顶板暴露面积较小的水压支柱控顶与小型挖机出矿相结合的上向进路充填采矿法对3号脉进行采矿方法试验。

1 开采技术条件

黄金洞金矿金塘矿区3号脉为厚大矿体，走向为近东西方向，矿脉厚度为10～60m，平均脉厚约40m，倾角45°～55°，平均约50°，矿脉下盘稳固，矿脉及上盘均非常破碎，节理与裂隙极发育，矿石多为网状石英脉夹破碎蚀变板岩矿石及少量泥质岩夹石英岩型矿石，矿石遇水泥化现象严重，属难采厚大破碎矿体。

2 采矿方法的特点与主要设备

2.1 采矿方法的主要特点

水压支柱控顶与小型挖机出矿相结合的上向进路充填采矿法的主要特点是:以水压支柱为护顶工具对回采工作面附近的空区进行临时地压管理，废石充填采空区;以小型挖机配合斗车来完成出矿和充填工艺。

2.2 采矿方法试验的基本原则

从矿体开采技术条件和矿山生产实际出发，制定采矿方法试验方案应遵循的基本原则是:

(1)安全第一，确保安全是采矿方法试验的首要原则;

(2)推广机械化、减少环境污染、提高效率是采矿方法选用与试验的根本目的;

(3)降低成本、提高经济效益是采矿方法选用与试验的最终目的。

2.3 SYZ型水压支柱系统

SYZ型水压支柱是中南大学与湖南辰州矿业有限责任公司合作研发的支护设备，该设备为国内首创，其各项技术指标均达到了国际先进水平。

SYZ型水压支柱系统由水压支柱和增压泵两部分组成。水压支柱具有安全、稳定、环保等优点，增压泵具有轻巧、耐用、增压率大等优点。水压支柱由柱体和承压顶架两部分构成，支柱底座可套承压板，对松软、破碎的顶底板均可适应，柱体与柱体之间可用钢构件连接，形成网状结构对顶板实施主动支撑。水压支柱的初撑载荷为160kN(0～200kN可调)，柱体的支撑高度可在1500～2400mm之间调节，水压支柱的安设、回收可在3m外遥控操作。增压泵由泵体及其附件组成，它以空气为动力，以水为动力介质，对环境几乎不造成污染，其最少启动压力为0.1MPa，最大输出压力为30MPa，泵重27kg，附件总重5kg，因而增压泵具有启动压力小、输出压力大、重量轻、环保性能好等优点。

2.4 08型井下用小型挖机

08型井下用小型挖机是三河智能机械公司自主研发出来的挖机，具有稳定性好、重量轻、结构紧凑、灵活高效、耐用、环保等优点，其技术指标已达到国际先进水平。

(1)以电力做驱动力，电机功率7.5kW，对井下空气无污染，环保性能好。

(2)附带液压破碎锤，可进行辅助破碎大块、处理松石，与矿车配套完成矿岩的装载及运输任务。

(3)借助于铲斗的特殊设计，能较好地用于进路式回采空间的接顶充填。

通过试验对比，08型井下用小型挖机装岩效率高、成本低，装岩效率是耙岩机的1.5倍，是人工(5人同时作业)的3倍;而完成同样吨位矿岩的装载，挖机的装载成本是耙岩机的65%，是人工(5人同时作业)的35%。

3 工业试验

3.1 试验采场选择

采矿方法试验采场选在金塘矿区3号脉－20中段的4号矿体。该矿体平均倾角约50°，垂高约40m，矿脉走向长约100m，倾向长约52m，矿脉平均厚度约30m。矿石类型为含金网状石英脉夹破碎蚀变板岩，矿石遇水泥化。矿体及围岩节理裂隙发育，特别是上盘围岩和矿体与断层相交部位，岩体破碎，稳固性极差。

3.2 试验矿块布置及结构参数

试验矿块沿矿体走向布置，按50m左右划分矿块，阶段高度40m，宽度为矿体厚度。以分层凿岩爆破、分层出矿和分层充填方式，自下而上分层进路式回采，分层高度为2.2m。回采进路沿矿体走向连续推进，回采进路的宽为2.2m，高为2.2m，长为矿层全厚。工作面采用08型井下用小型挖机出矿，顺路溜井溜矿至阶段运输平巷装入矿车运出。试验矿块采矿方案如图1所示。

图1 试验矿块采矿方案

3.3 采准切割工程

首先掘进断面为2.2m×2.2m的充填联络巷，掘进断面为2.2m×2.2m的溜井联络巷，然后自阶段运输平巷向上以大于45°的倾角向上朝矿体方向掘进断面为1.0m×1.0m的放矿斗穿直达，同时自充填联络巷和溜井联络巷分别向上掘进断面为1.8 m×1.6m的充填天井和回风天井至上中段水平，并与大于45°倾角斜向上中段运输平巷底板相通。以沿脉切割平巷作为初始自由面垂直矿脉走向掘进断面为2m×2m穿脉回采进路。

3.4 回采工艺与技术

采用分段爆破法进行回采，一次爆破的分段长度为3.0～3.5m，分段宽度为回采进路宽度。由于顶板矿岩破碎，采空区暴露面不宜过大，故待充填进路采空区为一条。每一分层有两条回采进路同时推进，两回采进路的间距为20m。

凿岩与崩矿。用7655型凿岩机钻凿Φ42mm浅孔，孔深为2.4m，炮眼采用水平“梅花形”布孔方式，侧向崩矿，即逆回采进路掘进方向崩矿。

通风。新鲜风流从采场下部中段运输平巷经顺路通风上山、溜井联络巷进入采场，污风从回风天井进入上中段平巷，再经各级通风斜井排出。

采场顶板管理。在底板沿脉切割平巷和回采穿脉进路施工过程中，随着掘进工作面向前推进，进路空区均以水压支柱支撑顶板，水压支柱的设计排距为2.0～2.2m，设计间距为0.6～0.8m。

出矿。以挖机配斗车为出矿设备，以分层底板沿脉切割平巷和溜井联络巷作为斗车运输平巷出矿。

撤柱与充填。撤柱的顺序是从里向外一根一根依次撤卸，撤柱时，作业人员站在3m开外遥控操作。撤卸完水压支柱后，用挖机将这段回采进路空区密实充填好。

3.5 工业试验结果及主要技术经济指标

通过现场工业试验，比较原采矿方法与新型上向进路充填采矿法的技术经济指标，可以看出，水压支柱控顶与小型挖机出矿相结合的上向进路充填采矿法出矿能力和效率远大于原采矿方法，而采场支护成本远远小于原采矿方法采场的支柱成本。经现场统计，主要技术经济指标如表1所示。工业试验证明，新的采矿工艺作业机动灵活、安全性好、开采成本低、生产能力大，是一种适合于黄金洞金矿倾斜厚大破碎矿体的理想采矿方法。

表1 试验矿块主要技术经济指标

4 结论

(1)现场工业试验证明:水压支柱护顶，能有效控制采空区顶板，避免采场顶板垮塌，提高作业环境的安全性;小型挖机出矿与充填，减轻了出矿和充填工人的劳动强度，提高了劳动生产率，缩短了矿房回采周期。

(2)在初始试验阶段，挖机装矿与斗车运矿、挖机充填与斗车运料等工序之间衔接工作不是很密切，使采矿工艺效率没有完全体现出来，因此采用水压支柱控顶与小型挖机出矿相结合的上向进路充填采矿法回采厚大破碎矿体，关键在于做好水压支柱的控顶工作，做好挖机装矿和斗车运矿之间的衔接工作及挖机充填与斗车运充料之间的衔接工作。

(3)厚大破碎矿体开采一直是国内一些矿山企业和科研院所面临的难题。水压支柱控顶和机械化开采厚大破碎矿体具有安全、高效、低贫损的优势，为回采厚大破碎矿体开拓了新的思路。

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2011－08－11)

冯壹(1973－)，男，湖南衡阳人，工程师，硕士，主要从事金属矿采矿技术研究和顶板加固技术研究，Email:373589746@qq.com。