缓倾斜破碎薄矿体盘区机械化进路充填采矿方法研究

熊有为

(1.长沙有色冶金设计研究院有限公司，　湖南 长沙　410000；2.深井矿山安全高效开采技术湖南省工程研究中心，　湖南 长沙　410000)



缓倾斜破碎薄矿体盘区机械化进路充填采矿方法研究

熊有为1，2

(1.长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙410000；2.深井矿山安全高效开采技术湖南省工程研究中心，湖南 长沙410000)

针对金属矿山缓倾斜破碎薄矿体开采难的技术现状，结合某银矿的开采技术条件，开展采矿方法研究，提出盘区机械化进路充填采矿法技术方案。采用台车浅孔凿岩，铲运机出矿，坑内卡车直接运出地表，嗣后尾砂胶结充填。生产实践表明，该采矿方法使得盘区综合生产能力达到600～800 t/d，盘区损失率5%～7%，贫化率8%～10%，具有较好的技术经济效益。

缓倾斜；薄矿体；盘区机械化进路采矿；尾砂胶结充填

缓倾斜破碎薄矿体的回采一直以来是国内外公认的一大技术难题。由于矿体倾角缓，采场底板的水平倾角小于矿堆自然安息角，矿石无法自溜，不能在底部结构中集中出矿；矿体厚度薄，不适宜中深孔高效爆破，且矿石贫化率较高；矿体和围岩破碎，允许暴露面积较小，安全性较差，矿柱回收困难，矿量损失较大[1]。针对这种矿体的回采，主要采用水压支柱护顶的全面法和房柱法[2￣3]，伪倾斜单采尾砂胶结充填法[4]，以及在采场内采取控制爆破等技术措施[5]。以上采矿方法虽然一定程度改善了采场安全性，适应矿体产状，但生产能力较低，劳动强度较大。

本文根据广东某银矿典型缓倾斜破碎薄矿体的赋存特征，进行采矿方法研究，形成技术可靠、经济可行的采矿方法技术方案，为缓倾斜破碎薄矿体安全高效回采提供参考。

1　开采技术条件

矿区位于广东省佛山市与肇庆市交界处，离城市较近，靠近西江，周边有密集村落、大学城等，地表环保要求高。矿床为中—低温热液型隐伏银矿床，矿体呈似层状，多层平行产出。主矿体Ⅰ号矿体赋存于上三叠统小坪组与下石炭统界面间的Fx1滑脱断裂带内，含矿岩石为硅化岩、硅化角砾岩、硅化灰岩等。结构面以Ⅱ级为主，岩体结构类型为层状结构(Ⅱ1)、层状碎裂结构(Ⅲ2)，岩石呈多角形块体。岩石天然抗压强度24.40～115.50 MPa，平均值为62.05 MPa。工程稳定性中等。裂隙发育，岩石较破碎，岩芯多呈块状，少量短柱状，局部破碎成碎屑状，RQD多在25%～68%之间，平均值为43%，岩石质量属劣～中等，岩石质量多为Ⅳ级，局部为Ⅲ级。岩体质量等级极坏，岩体质量差，属Ⅳ类岩体。矿体顶板为上三叠统碎屑岩，主要岩性为长石石英砂岩、泥质粉砂岩、含砾砂岩等，受构造活动影响，顶板围岩完整性和稳固性差。矿体底板围岩以灰岩为主，部分为角砾状灰岩，完整性和稳固性好，工程性质佳。矿体连续性较好，局部存在膨大缩小、分枝复合及尖灭再现的现象。矿体总体走向40°左右，总长2318 m，水平投影宽100～670 m，平均宽373 m，厚0.28～32.2 m，平均厚度4.72 m，赋矿标高一般在-54～-220 m 之间。产状与断裂带产状基本一致，形如向斜，剖面上呈“碟状”，不同部位产状有所变化，矿体倾角10°～20°，平均倾角12°。银矿石平均品位Ag 225.93 g/t，同时伴生Au 0.19 g/t、Pb 0.20%，Zn 0.65%。矿体中空洞发育，规模从数十厘米到十几米不等，多数空洞上下皆为矿(化)体，空洞的存在可能会增加开采难度。矿石工业类型为原生银矿石，自然类型主要为硅质银矿石，其次为钙硅质银矿石，矿石平均体重为2.65 t/m3。

2　开拓运输系统布置

根据矿体的赋存状态、拟定的采矿方法，以方便开采、减少投入、提高产出为原则，确定中段高度为30 m。开拓系统为双无轨斜坡道开拓方式，满足矿山6000 t/d生产规模。中段的矿石通过采场溜井下部的振动放矿机装入井下卡车后，再由井下卡车通过中段运输巷道、斜坡道和地表公路运至地表矿石堆场或选厂矿仓。中段的废石由井下卡车通过中段运输巷道、斜坡道和地表公路运至废石场。由此形成井下和地表全无轨运输模式。

3　采矿方法

3.1采矿方法选择

根据矿区地表环境及矿体赋存特征，主要从以下几方面进行采矿方法选择：

(1) 考虑矿区附近有珠江水系、村落、大学城等，周边环境复杂，对环保、水保和安全要求较高，地表不允许塌陷，同时银矿石品位较高，银矿体只宜采用充填法进行回采。

(2) 矿体倾角缓，具备凿岩台车、铲运机等无轨设备进入采场的作业条件；采用无轨机械化设备能更好适应矿体底板起伏和增大采场生产能力。

(3) 矿体走向较长，连续性好，具备盘区开采条件，有利于减少采准切割工程量，提高生产效率。

(4) 矿体顶板不稳固，矿石稳固性中等，且矿体中空洞发育，工作面暴露面积不宜太大，采场宜以进路形式布置。

因此，综合以上因素，提出适用于缓倾斜破碎薄矿体开采的盘区机械化进路充填采矿法。

3.2采矿方法简述

(1) 盘区结构参数。盘区沿矿体走向布置，长度100～120 m，沿倾向方向盘区斜长100～120 m，宽度为矿体水平厚度，留底柱3 m，顶柱3 m。盘区内布置进路分条开采，进路断面宽×高为4 m×4 m，矿山在实际生产过程中可根据矿体厚度和矿岩稳固性进行适当调整。

(2) 采准、切割工程。主要包括无轨设备联络道、切割横巷、盘区斜坡道、盘区溜井等。由中段无轨运输巷道向矿体掘进坡度≤15%的无轨设备联络道，作为无轨设备进出盘区的通道；联络道抵达矿体后沿矿体走向掘进切割横巷，再从切割横巷往上沿矿体倾向掘进盘区斜坡道，坡度≤15% (矿体倾角≥8.5°时，采用折返式布置；矿体倾角<8.5°时，沿矿体倾向直线布置)，与上中段切割横巷连通；在盘区内布置两条Φ=3.0 m盘区溜井，从中段运输巷道掘进穿脉运输巷道与溜井连通，作为卡车装运矿石的通道，溜井底部安装振动放矿机。盘区机械化进路充填采矿法见图1。

图1 盘区机械化进路充填采矿法

(3) 矿石回采。在盘区内进行进路式回采，自盘区斜坡道沿矿体走向布置回采进路。为方便无轨设备行走，进路底板水平布置。根据矿体及顶板围岩稳固性，采用“隔一采一”或“隔三采一”的进路回采布置方式，进路采完后立即进行充填。

凿岩主要采用Boomer 281进口液压凿岩台车，凿岩效率为150～180 t/台班。炮孔直径45 mm，孔深3～3.5 m，孔底距1.5～2.0 m，排间距1.5～1.8 m，采用铵油或乳化炸药、非电毫秒雷管及导爆管爆破。

出矿主要采用ST-3.5型3.0 m3柴油铲运机。工作面爆破后进行通风，顶板浮石处理，然后爆落矿石由铲运机铲装卸入采场溜井。铲运机出矿效率为250～300 t/台班。

矿石从溜井底板振动放矿机放至MT-436B型30 t卡车，通过中段运输平巷和主斜坡道运出地表。

(4) 采场通风。采场主要依靠贯穿风流通风，新鲜风流从斜坡道、专用进风井等进入中段，经穿脉巷道、脉内联络平巷及盘区进入采场，进路掘进时为独头巷道，爆破后采用局扇加强通风，将污风汇入上部回风中段，最终通过主回风道、回风竖井等排出地表。

(5) 顶板管理。通风结束后，工人进入工作面检查爆破效果，查看有无哑炮和顶板安全状况，撬掉浮石和松动岩石，同时向爆堆进行喷雾洒水。如顶板局部不稳定，可用锚杆支护。

(6) 采场充填。进路回采结束后采用尾砂胶结充填。充填管道由钻孔下到井下钻孔硐室，通过中段运输平巷、无轨设备联络道和盘区斜坡道进入采场。平巷充填管道为Φ146 mm×6 mm的无缝钢管，采场充填支管为Φ140 mm×6 mm PVC复合管。

待充填进路先砌筑钢筋混凝土挡墙，铺设泄水管，然后进行充填。盘区一步骤回采进路采用灰砂比为1∶8的尾砂胶结料进行充填，二步骤回采进路可采用废石和灰砂比1∶20的尾砂胶结料进行充填。

(7) 盘区生产能力。工作面凿岩、出矿均为机械化作业，单条进路生产能力为150～200 t/d，每个盘区平均组织4条进路同时进行生产，盘区综合生产能力为600～800 t/d。矿山正常生产时期2～3个中段同时生产，同时工作盘区数为12～14个，能够满足矿山6000 t/d生产规模。

3.3主要技术指标

盘区机械化进路充填采矿法主要技术指标见表1。

表1　盘区机械化进路充填采矿法主要技术指标

盘区机械化进路充填采矿法的吨矿回采材料消耗见表2。

表2　盘区机械化进路充填采矿法材料消耗

4　结　论

(1) 根据某矿矿体赋存条件及开拓运输系统布置，对采矿方法进行研究，形成适用于缓倾斜破碎薄矿体的盘区机械化进路充填采矿方法技术方案。

(2) 矿块采用盘区布置，进路回采，盘区综合生产能力为600～800 t/d，盘区损失率5%～7%，贫化率8%～10%。

(3) 采用充填法对缓倾斜破碎薄矿体进行回采，既提高了矿石回采率，也有利于控制地压活动和岩石移动，保护井下人员、设备和地表建筑、设施的安全。

[1]甯瑜琳，胡建华.缓倾斜薄矿体采场极限暴露面积与参数优化[J].矿冶工程,2014,34(1):14￣17.[2]周科平，翟建波，高峰，等.缓倾斜薄矿体采场伪倾斜布置及参数优化研究[J].广西大学学报(自然科学版),2012,37(2):376￣378.[3]王贻明，姚高辉，夏红春，等.缓倾斜破碎薄矿体采矿方法选择与采场参数优化[J].现代矿业,2010(5):15￣18.[4]梁乃跃，杨鹏，吕文生，等.伪倾斜单采尾砂胶结充填采矿法在缓倾斜薄矿体开采中的应用[J].有色金属(矿山部分),2012,64(4):6￣9.[5]柯锦福，吴爱祥，王贻明.破碎矿岩采场控制爆破技术[J].现代矿业,2015(7):36￣38.

2016￣02￣17)

熊有为(1987-)，男，湖南汨罗人，工程师，硕士，研究方向为金属矿山安全高效开采。