斜坡道开拓与斜坡道全面采矿法的应用

庞欣荣 ，万庆安，伍福然

(广西冶金研究院， 广西 南宁 530023)

近年来，随着我国矿山无轨采掘设备迅猛发展和广泛应用，地下开采使用斜坡道开拓越来越普遍。采用斜坡道开拓及其以斜坡道为主的采矿方法，与采用斜井或竖井开拓与传统的采矿方法相比，其生产工艺简化，生产能力大幅提高，可以有效地节省工程量和投资、加快矿山建设速度、缩短矿山建设时间、提高矿山开采安全性等，真正实现了技术上先进、经济上合理、安全上可靠的办矿原则。笔者改进的斜坡道开拓与斜坡道全面采矿法，在某矿山的应用是较成功的，下面以此为例进行介绍。

1 矿山地形地质及矿床开采技术条件

矿区处在东西宽约10 km，南北长约15 km的岩溶平原，标高一般为39～41 m。矿区西北为海拔500～600 m的中低山所环绕，东西、南面及中低山之前缘则为低山丘陵所盘踞。

矿区地势低洼，每逢暴雨后矿区外围的地表水大量流入矿区，整个矿区被水淹没，矿山只能在大气降雨少的季节(旱季)，即每年9月至次年5月份进行开采。

矿区地层为泥盆系中统东岗岭组(D2d)，根据该组岩性特征分为二个岩性段：即上段(D2d2)灰岩，下段(D2d)白云岩，白云岩为含矿层，厚度大于200 m。地表绝大部分为第四系覆盖。

矿床成因类型属喷流沉积型矿床。矿石类型为硫化铅锌矿石，按构造分为块状矿石、浸染状矿石。

矿区内共计有9个矿体，其中以①、②、③、⑤和⑥等5个矿体规模较大，④、⑦、⑧、⑨矿体规模较小。矿体主要分布在背斜接近轴部及两翼，其产状与两翼岩层产状基本一致。倾角除个别大于30°外，一般在20°左右，大多数矿体较平缓；矿体厚度一般为2～5 m，局部达到8 m；矿体走向与背斜走向一致。分布在南东翼者倾向南东，矿体在平面上由南西至北东，从地质勘探线0线至23线长度达1200多米，由西向东，矿体平行排列分布宽度达800多米。在垂直方向上，分布最浅者出露地表， 90%以上的矿体分布于地表以下70 m范围内，个别矿体埋藏最深达200多米。矿体呈层状、似层状，透镜状产出。矿体赋存于(D2d1)白云岩中，具体部位一般位于白云岩顶部往下8.00 m以下。

矿体顶板、底板均为白云岩，顶板岩石大多比较破碎，且顶底板岩溶洞穴较发育，井巷围岩稳定性条件较差，潜在片帮、冒顶等工程地质问题及灾害，矿区工程地质条件具中等复杂性。

受老窿积水、钻孔均未封孔及潜在的底板溶洞突水等因素的影响，矿区水文地质条件复杂，为顶底板直接充水的岩溶裂隙溶洞型充水矿床。

矿区地下水埋藏浅，疏干排水及新老采空区都将产生一定的环境地质问题，矿区环境地质条件具中等复杂性。

2 矿山现状与存在问题

矿山在1958年后有数十人在矿区北部开采黄铁矿，后因涌水量大，产量低而停工。

1998年后断断续续有个体老板在旱季期间进行开采，先以多个小凹陷露天开采，后随着矿体的延伸，改用多个小斜井、小竖井开拓方式与全面采矿法采矿，主要开采地表出露矿体及地表以下30～60 m之间的铅锌矿体，其生产能力不足1000 t/d。

2009年10月，某公司对该矿山进行了整体规划，加大开发力度，要求对其开拓系统与采矿方法进行全面改造，使其采矿生产能力达到3000 t/d。

由于多个小斜井、小竖井开拓，存在着“采矿工艺复杂、采出矿点多、管理难度大、环境破坏严重，而且建设期长、生产能力低、新置设备多(原露采设备不可用)、矿石多次转运等”问题。根据该矿山“埋藏较浅的中厚以上缓倾斜连续矿体”的特点与矿山现状，对其开拓方式与采矿方法进行了改进，采用了斜坡道开拓与斜坡道全面采矿法。

3 斜坡道开拓方案

该矿区位于广西群山环抱的凹地处,周边均为耕地良田。根据矿床赋存特点、工程地质及水文地质、矿床勘探程度、矿石储存量等，结合地表地形条件、场区内外部运输系统、工业场区布置等关系，以及矿山不能进行常年开采的特点，设计在斜井开拓、竖井开拓、斜坡道开拓这3个地下开采的开拓方案中，选择斜坡道开拓作为最佳方案。

在矿区走向北东30°的背斜二翼各布置一条直线式斜坡道。东翼斜坡道从地质勘探线0线处设为该斜坡道的南出入口，到地质勘探线11线处设为该主斜坡道的北出入口。长499.74 m，坑内设支线斜坡道至各水平采场工作面，长880.99 m，总长为1084.34 m。南出入口标高+27 m，北出入口标高+31 m，以100 m的长度为一标段，确定该标段斜坡道坡度，一般根据在该段两端勘探线所控制的矿体底板标高而定。斜坡道标段的最大坡度为20.4%，最小的坡度为0.96%。斜坡道在井下最低标段标高为-40 m，与北出入口标高差71 m，该斜坡道用于开拓①、③号矿体，①号矿体平均厚5．69 m,资源量占矿山资源量的25%，③号矿体平均厚度2.70 m，资源量占矿山资源量的8%。

西翼斜坡道从地质勘探线9线处设斜坡道的南出入口，到地质勘探线19线处设主斜坡道的北出入口，长493 m，坑内设至各水平采场的支斜坡道，长797.65 m，总长1290.5 m。南出入口标高+42 m，北出入口标高+25 m，斜坡道坡度同东翼斜坡道一样，也是以100 m的长度为一标段，标段坡度按矿体的两端底板标高而定，标段最大坡度为21%，最小坡度为1%。斜坡道在井下最低标段为-20 m，与南出入口标高差为62 m。该斜坡道用于开拓②、⑤号矿体，②号矿体平均厚5．03 m资源量占矿山资源量的52%，⑤号矿体平均厚度2.82 m，资源量占矿山资源量的11%。

通过东西两翼斜坡道可以开拓的资源量为矿山保有资源量的96%，完全达到了矿山开采的要求和目的。斜坡道布置在被开拓的主要矿体宽度方向的中间部位，顺脉(沿走向)并在脉内紧贴矿体底板，因而在斜坡道掘进的同时就已回采了矿石既起到了探矿作用，又为采矿形成了工作面，为强化开采提供了便利条件。

东西两翼斜坡道断面均为30 m2，一侧设人行道，宽1.2 m，另一侧悬挂布置电、风、水管线，占宽度1.5 m，此侧设宽250～300 mm简易水沟。无轨运输设备通行的道宽大于3 m，转弯半径大于10 m，变坡点部位，采用平滑竖曲线作为变坡点的连接曲线，以减少车辆的颠簸。

主斜坡道采用碎石路面，路面厚为350 mm，采用小于150 mm的碎石做路基，上层用粒径50 mm以下的碎石做路面，厚150 mm，各层均用1 m3柴油液压挖掘机压平压实，并经常进行维护、修理。不设专门错车道，错车均利用主(支)斜坡道交叉点和采区运输道进行。

主斜坡道支护采用80～100 mm厚喷射混凝土支护，局部顶板围岩稳固性较差时，采用50 mm喷射混凝土和锚杆支护，锚杆长1.5～2.5 m。

4 斜坡道全面采矿法

矿山矿岩运输车辆为载重4 t的自卸式卡车，铲装矿岩的设备使用斗容1 m3的柴油液压挖掘机，为了充分发挥、利用这些无轨设备的能力，采矿方法采用改进后的斜坡道全面采矿法，采场以斜坡道为轴线，沿矿体走向顺脉布置。

(1) 采场结构：采场长度为矿体走向长(一般水平长度为100～120 m)、高度为下方斜坡道至上方斜坡道(一般垂直高度为25～30 m)，厚度为矿体厚度。采场内根据上盘岩石稳固情况和矿石品位留不规则矿柱，矿柱直径约为3 m，间距约为8～15 m。不留顶底柱，采空区随后胶结充填。

(2) 采准切割工程：以下方开拓的斜坡道为主运输道，在矿体两端(或100～120 m间)沿矿脉倾向(一般在20°以下)向上掘进支斜坡道并连通上方开拓的斜坡道，完成矿块的采准工作；在矿块两端支斜坡道间以下方开拓斜坡道为起点沿矿脉倾斜向上掘进装矿进路，装矿进路斜长约8 m，间距约12 m，在装矿进路顶部掘进切割横巷并与两端支斜坡道连通，完成矿块的切割工作(见图1)。支斜坡道与装矿进路的宽度大于4 m，高为矿体厚度，但应不低于3.5 m。

图1

(3) 回采工作：矿房回采从矿块切割横巷开始，从矿块一端支斜坡道向另一端支斜坡道推进，使回采工作面沿走向呈阶梯状。一般来说，矿房内会形成5～6个梯段，梯段长15～20 m，凿岩和出矿工序间隔一个梯段，能平行进行，避免作业间相互干扰，从而提高工作效率。

(4)凿岩落矿：采场凿岩设备为YG40导轨式气动凿岩机、中深孔落矿，孔径一般为45～50 mm，孔深5～20 m，孔距0.8～1.2 m，排距1.2～1.4 m，凿岩时钻孔不宜突破围岩，以保护采场顶板安全和降低贫化率。安全生产方面的敲帮问顶工作，一般在爆破后由安全员指挥液压挖掘机进行，以减少工人劳动强度，保证其安全。

(5) 采场出矿：采场装载设备为斗容1 m3的柴油液压挖掘机，运矿设备为载重4 t的自卸式卡车。挖掘机在装矿进路内挖掘矿石并装入停放在主斜坡道处的自卸式卡车内。矿房爆破落矿后，大部分矿石会借助爆力顺坡自溜到装矿进路处，少量矿石可用挖掘机从支斜坡道进入采场内扒运矿石使之溜到装矿进路。

(6) 采场通风：新鲜风流从斜坡道北入口进入，从采场下方主斜坡道由局扇经一端支斜坡道压至采场工作面，污风由另一端支斜坡道局扇抽至采场上方主斜坡道，由安置在主斜坡道串联设置的辅助风机送到回风井并排出地表。

(7) 矿柱及其回采：采场留不规则矿柱，一般为圆形或方形，规格一般为￠3 m或3 m×3 m，间距8～15 m。由于矿山开采不允许地表陷落，所以对地下采空区进行了胶结充填。胶结充填与矿柱回采均采用后退式，即胶结充填一个区域(四根矿柱围成的范围)，待其凝固后即开始回收充填体周边的矿柱；以此类推，直到完成矿柱回采工作。

5 结 论

通过收集该矿山两年来的生产实际资料，斜坡道开拓与斜坡道全面采矿法具有以下优越性。

(1) 采用沿脉斜坡道开拓，完成开拓系统的同时所圈定矿量占矿山总资源量的90%以上，基建时间短，掘进副产矿量多，甚至能做到采、掘同步进行，使企业提前进入了投产达产阶段。

(2) 斜坡道开拓工艺简单，设备大型化，有利于提高矿山生产能力；每条斜坡道都设有两个出入口通往地表，这对优化矿山的通风、排水和运输等各系统都非常有利，对矿山安全高效生产起着重要作用。

(3) 由于采用斜坡道开拓、无轨运输设备，在生产季节启动和结束时，井下有关设施的安装、撤迁都可利用斜坡道汽车运输，缩短了启动安装和结束撤迁时间，提高了矿山年产量，经济效益显著。

(4) 使用斜坡道全面采矿法，其采准切割工程均利用主斜坡道与支斜坡道来完成，将无轨运输设备应用到采场中，确保了采装运设备与矿山开拓设备一致性，真正实现了矿山开拓与矿山生产设备的完美统一。

采空区至地表每年有半年时间被水淹没，在水的充填、托浮等作用下，围岩变化破坏相应要小些，岩石应力会有所重新分布，但是一旦保安矿柱被毁坏，可能造成大面积地压灾害。所以，在矿山生产过程中，除了合理安排开采顺序、加强对岩层的监测监控外，要及时胶结充填采空区，最关键的问题是合理确定矿柱的布置，包括矿柱的尺寸和间距。在顶板围岩稳固性较差时，适当采用喷锚支护技术加固围岩也很有必要。

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