充填采矿技术在恒邦股份矿业公司的应用

宋学法　原振宇

摘要：文章详述了机械化水平分层干式充填采矿法、人工上向水平分层干式充填采矿法、削壁充填采矿法在恒邦股份矿业公司的应用及效果，并对三种采矿法进行了评述；提出了该公司充填采矿技术应结合深井开采技术进一步发展的构想。

关键词：充填采矿；机械化水平分层干式；人工上向水平分层干式；削壁充填

中图分类号：TD857 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）02-0111-04

山东恒邦冶炼股份有限公司（以下简称恒邦股份）是中国重点黄金生产企业之一，恒邦股份矿业公司开采历史悠久，现有9个金矿：腊子沟金矿、东邓格庄金矿、哈狗山金矿、曹格庄金矿、福禄地金矿、上朱车金矿、下朱车金矿、东道口金矿、辽上金矿。公司采选生产规模达2300t/d，年采矿量65万t，年掘进量7万m。由于矿石储量逐年减少，这就要求我们要充分利用和回采现有地质资源，降低采矿损失率、矿石贫化率。目前各金矿已全部实现应用充填技术，即便是以残采为主的采场也采用了充填采矿法，有效提高出矿、充填能力，减轻工人劳动强度，提高劳动生产效率，积极引进充填和采矿设备，并相应地改变采场结构参数及回采工艺方面，积累了丰富的经验，同时生产技术部部门也积极地探讨充填采矿方法在应用当中存在的问题以及今后应用中改进的方向。

腊子沟金矿是9个金矿当中的主力矿山，下设一矿区、二矿区、三矿区、金钱岭矿区4个分矿区，年采矿量达到40万t，出矿品位在3.0～4.0g/t，

年产金量1250kg，采矿场数量达到42个。

1 矿床地质及开采技术条件

矿区大地构造位于胶北隆起的东部，牟平－即墨断裂带东侧金牛山断裂带的中段。金牛山断裂纵贯全区，为区内主要控矿构造。断裂带宽5～20m；走向10°～25°，总体倾向南东，局部北西，倾角74°～85°，局部直立。带内由石英脉、煌斑岩脉充填，带内岩石破碎，见有断层泥、挤压片理。断裂带两侧发育多条近于平行的同期低序次的断裂构造，均有金矿化现象。断裂带自中心向两侧发育黄铁矿化（金矿化）、绢英岩化、碳酸岩化蚀变。该断裂带为区域上重要的金矿成矿、控矿构造，具多期活动特点，具左行压扭性质。

2 充填采矿法的应用

2.1 机械化水平分层干式充填采矿法

近年来，由于陆续在分层充填采矿法的采场实验和推广应用了铲运机、电耙等机械设备，采用了外来充填料、锚杆护顶等工艺循环平行作业，使采场生产能力和劳动生产率大幅度地提高，发展成机械化分层充填采矿法。下面以腊子沟金矿小肖家矿区－175m中段416采场为例说明，如图1所示。

－175m中段416采场沿走向布置，采用上向水平分层干式充填采矿法，特点是沿矿体走向60m布置一个采场，采场内可以实现回采工作的平行

作业。

2.1.1 采准。脉内外采准系统：通常从脉外运输巷道每隔20m沿勘探线方向掘进穿脉巷道，再沿矿脉施工脉内巷道，在采场脉内巷道中央沿矿体掘进中央天井，在采场两翼掘进行人通风天井。中央天井作为通风、下料等通道。在采场20m和40m的穿脉内使用钢溜井架接形成顺路溜矿井。

图1 机械化水平分层充填采矿法示意图

2.1.2 切割工作及人工假底。切割工作是在脉内巷扩帮至矿体边界，形成拉底空间。在切割水平施工钢筋混凝土假底，厚度2.5～3.0m。

2.1.3 回采工艺。铺垫：采场铺垫材料以压滤机废旧滤布为主，皮带沿铲运机铲装方向顺向搭接，搭接长度500～800mm，在靠近上下盘处用草袋子塞紧。落矿：用YST-24型凿岩机钻凿水平微倾斜炮眼，每次落矿高度控制在800～1000mm之间，孔间距500～800mm，少装药，采用导爆管起爆；减少大块产出率，视采场安全条件，采取一采一充，亦可二采一充。出矿：以EHST－0.5型铲运机为主，周边采用人工耙运；300mm以上大块在采场内破碎后倒入溜矿井。采场支护：上向水平分层回采，人员和设备在顶板下作业，随着上采高度的增加，必须对顶板和围岩进行加固和支护，一般采用注浆锚杆和临时木支护。充填：干式充填以其他中段的掘进废石作为充填料，用铲运机搬运。

2.1.4 主要技术经济指标。见表1。

2.1.5 机械化水平分层干式充填采矿法

特点：

优点：生产实践证明采用干式充填采矿法开采急倾斜薄矿脉，采场出矿使用铲运机效果明显。提高了采场出矿的机械化程度，具有一定的推广价值。

缺点：落矿、出矿和充填等为间断多循环作业，管理复杂，矿块生产能力小；铺设垫板工艺难于管理，高品位矿粉易于损失；铲运机维修量大、维修成本高；设备购置费高及设备维修保养工作复杂；出矿溜井一般用8mm的铁板制作，架设到25～30m以上时由于溜井的角度及矿石块度不均和超大极易堵塞溜井，给出矿造成困难。

表1 －175m416采场主要技术经济指标

项 目 指 标 备 注

矿房地质矿量/t 17993

矿房地质品位/（g·t-1） 5.89

矿房金属量/kg 105.979

采矿量/t 21573

出矿量/t 20823

出矿品位/（g·t-1） 4.91

采出金属量/kg 102.241

矿石贫化率/% 16.7

矿石损失率/% 3.6

采矿工效/（t·工班-1） 4.5

充填工效/（t·工班-1） 10.9

铲运机运转率/% 56.4

铲运机生产能力

出矿/（t·台班-1） 58.5

充填/（t·台班-1） 65.94

矿房生产能力/（t·d-1） 124.44

充填成本/（元·t-1） 2.5

采矿直接成本/（元·t-1） 21.45

2.2 人工上向水平分层干式充填采矿法

由于铲运机购置费高、维修成本高以及备品备件短期内得不到根本的解决，加之矿山劳动力相对比较富余且廉价，人工水平干式充填（外来料充填）采矿法也得到广泛应用。同时结合采场上盘锚杆支护，很好地解决了上采过程中上下盘岩石不稳固的状况。下面以腊子沟金矿小肖家矿区－175m中段412采场为例说明，如图2所示：

图2 水平分层干式充填采矿法示意图

2.2.1 采准。脉内外采准系统：通常从脉外运输巷道每隔20m沿勘探线方向掘进穿脉巷道，再沿矿脉施工脉内巷道，在采场脉内巷道中央沿矿体掘进中央天井，在采场两翼掘进行人通风天井。中央天井作为通风和下料的通道。在采场20m和40m的穿脉内使用钢溜井架接形成顺路溜矿井。

2.2.2 切割工作及人工假底。切割工作是在脉内巷扩帮至矿体边界，形成拉底空间。在切割水平施工钢筋混凝土假底，厚度2.5～3.0m。

2.2.3 回采工艺。铺垫：采场铺垫材料以压滤机废旧滤布为主，要求搭接严密。落矿：用YST-24型凿岩机钻凿水平微倾斜炮眼，炮眼之字形布置，眼深1.2～2.5m，水平分层上采，分层高度1～2m，2#岩石炸药，导爆管起爆。出矿：人工倒运至溜矿井。溜井架接：随工作面向上推进，及时架接矿石溜井，溜井直径800mm，没接600～800mm。采场支护：上向水平分层回采，人员和设备在顶板下作业，随着上采高度的增加，必须对顶板好围岩进行加固和支护，一般采用注浆锚杆和临时木支护。充填：干式充填以其他中段掘进的废石作为充填料或开凿硐室取充填料，用电耙搬运。

2.2.4 主要技术经济指标。见表2：

表2 -175m412采场主要技术经济指标

项 目 指 标 备 注

矿房地质矿量/t 12625

矿房地质品位/（g·t-1） 5.63

矿房金属量/kg 71.079

采矿量/t 12057

出矿量/t 13352

出矿品位/（g·t-1） 5.08

采出金属量/kg 67.828

矿石贫化率/% 9.7

矿石损失率/% 4.5

采矿工效/（t·工班-1） 4

充填工效/（t·工班-1） 6

采矿台效/（t·台班-1） 30

充填台效/（t·台班-1） 30

矿房生产能力/（t·d-1） 30

充填成本/（元·t-1） 5.2

采矿直接成本/（元·t-1） 30.4

2.2.5 水平分层干式充填采矿法特点。

优点：生产实践证明采用水平干式充填采矿法开采急倾斜薄矿脉，采场出矿和充填质量高，效果明显。提高了采场出矿品位，降低了损失和贫化，对于－134m中段412采场上盘岩石不稳固的情况下，采用人工锚杆支护效果明显。采空区可及时充填，具有一定的实用价值。

缺点：落矿、出矿和充填等为间断多循环作业，管理复杂，矿块生产能力小：铺设垫板工艺难于管理，高品位矿粉易于损失；出矿溜井一般用8mm的铁板制作，架设到25～30m以上时由于溜井的角度及矿石块度不均和超大极易堵塞溜井，给出矿造成困难。溜井架设和装配时应保证质量，避免放矿堵塞；劳动生产率低，有劳动密集型的特点；采矿成本相对较高。

2.3 削壁充填采矿法

削壁充填采矿法是应用于极薄矿脉开采的一种干式充填法，在回采过程中分别崩落矿石和围岩，采下矿石经溜井放出，崩落的废石则存留在采空区进行充填，支撑围岩，并作为回采工作平台。

用留矿采矿法开采极薄矿脉时，废石混入率有时高达60%～80%，而用削壁充填采矿法，废石混入率通常可控制在20%～25%之间。由于废石混入率的减少，不仅降低了采出矿石的运输、提升和选矿费用，还减少了随尾矿而流失的金属量。削壁充填采矿法有利于最大限度地回采矿产资源和提高矿石经济效益。下面以腊子沟金矿小肖家矿区－135m中段东副脉301采场为例说明，如图3所示：

图3 削壁充填采矿法示意图

2.3.1 采准。脉内外采准系统：通常从脉外运输巷道每隔20m沿勘探线方向掘进穿脉巷道，再沿矿脉施工脉内巷道，在采场脉内巷道中央沿矿体掘进中央天井，在采场两翼掘进行人通风天井。中央天井作为通风和下料的通道。在采场20m和40m的穿脉内使用钢溜井架接形成顺路溜矿井。

2.3.2 切割工作及人工假底。切割工作是在脉内巷扩帮至矿体边界，形成拉底空间。在切割水平施工钢筋混凝土假底，厚度2.5～3.0m。

2.3.3 回采工艺：凿岩→铺垫→落矿→通风→撬顶→手选出矿→充填→架设溜井。采场支护：上向水平分层回采，人员和设备在顶板下作业，随着上采高度的增加，必须对顶板和围岩进行加固和支护，一般采用注浆锚杆和临时木支护。充填：削壁干式充填以取矿脉下盘废石作为充填料，矿石和围岩分次凿岩和爆破。

2.3.4 主要技术经济指标。见表3。

2.3.5 削壁充填采矿法特点：

优点：能最大限度地降低矿石的废石混入率，充填料能有效地支撑围岩使之不发生大面积错动。

缺点：回采工序多且复杂，落矿效率低，材料消耗多，对垫层铺设质量要求严格，矿块生产能力和工效较低，人工搬运矿石劳动强度大。该方法与混采相比较虽然采矿成本高，但是由于降低了废石混入率和提高了出矿品位，对于极薄矿体，条件适合时，矿山最终效益会明显提高。

表3 -135m301采场主要技术经济指标

项 目 指 标 备 注

矿房地质矿量/t 6577

矿房地质品位/（g·t-1） 13.63

矿房金属量/kg 89.645

采矿量/t 6248

出矿量/t 7240

出矿品位/（g·t-1） 11.76

采出金属量/kg 85.131

矿石贫化率/% 13.7

矿石损失率/% 5

出矿工效/（t·工班-1） 4

充填工效/（t·工班-1） 7

采矿台效/（t·台班-1） 30

充填台效/（t·台班-1） 50

矿房生产能力/（t·d-1） 30

充填成本/（元·t-1） 4.2

采矿直接成本/（元·t-1） 30.8

3 充填采矿技术的发展构想

3.1 充分利用尾砂，建立充填系统

水平干式充填采矿法和削壁充填采矿法的广泛应用，充分利用了回采的宝贵矿产资源，有效地降低了损失和贫化。回采和充填工艺复杂，特别是凿岩落矿铺垫这一关键环节，是减少矿石及金属损失的有效手段，管理难度大，有时会造成意想不到的损失。恒邦股份矿业公司必须在改变充填采矿法外来料的途径上有所突破，充分认识外来废石充填系统和建立有效的充填系统以及充分利用现有的尾矿砂进行胶结充填，这是改变现有的干式充填方法效率低、成本高的根本途径，充分利用尾矿是减少地面污染和根本改变采空区地压的有效手段，符合矿山持久发展的长远利益。

3.2 大采场、机械化开采

积极探索和实验大型采场梯段工作面及采场机械化开采。充分认识充填系统的作用，研究和推广长锚索、涨管式与水泥锚杆等支护、工艺和设备。改进和研究充填新工艺和新方法，完善充填系统。改善充填质量，降低充填成本，优化研究充填体的支撑作用和结构参数。

3.3 胶结充填技术及无轨采矿设备的应用

在充填采矿方法中应积极研究和实验水砂充填和发展胶结充填技术，使用无轨采矿设备和振动出矿设备，朝着机械化的采矿方法发展和迈进才会逐步形成高效率的采矿方法。

3.4 因地制宜选择充填料

根据不同情况可采用不同的充填料。

3.4.1 区域性支护：用优质的刚性充填料，减少弹性体积闭合和产生岩爆的危害。

3.4.2 岩层控制：对充填料质量要求不严格，但要求大范围充填，且充填后不应收缩。

3.4.3 多矿脉采矿：对充填料的要求是较低的应力状态下，充填料是刚性的，以便使岩层变形和位移保持最小。

3.4.4 减少废石提升：在井下制备和破碎废石作充填料，从而提高效益。

3.5 目前充填要考虑的问题

3.5.1 深井开采技术要集中力量形成实用和可靠的充填系统，要研究开发有效的充填技术，使充填作业和采矿作业循环有效地结合，要重视充填系统的管理工作。

3.5.2 研究可使现有充填系统达到优化设计的技术，研究用于优化充填料制备工艺流程和输送技术，以达到优化充填系统的总体设计。

目前，恒邦股份矿业公司各分矿都应用的是普通充填采矿法，提升开拓系统复杂，充填方法的改进涉及到开拓采准系统的改造与通风等问题。逐步改进充填采矿法的回采工艺朝着机械化的方向迈进，是减少采矿损失、矿石贫化和提高生产效率的有效手段。

参考文献

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[3] 崔德文，等．黄金矿山实用手册[M]．北京：中国工人出版社，1990．

[4] 李宝祥．采矿手册（三）[M]．北京：冶金工业出版社，1984．

（责任编辑：叶小坚）