凡口铅锌矿机械化分段凿岩分段充填法试验研究

卢 霞，周益龙，江飞飞，李 强

(1.深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿， 广东 韶关市 512325； 2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012； 3.国家金属采矿工程技术研究中心， 湖南 长沙 410012)



凡口铅锌矿机械化分段凿岩分段充填法试验研究

卢 霞1，周益龙2,3，江飞飞2,3，李 强2,3

(1.深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿， 广东 韶关市 512325； 2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012； 3.国家金属采矿工程技术研究中心， 湖南 长沙 410012)

为解决凡口铅锌矿狮岭南缓倾斜至倾斜中厚矿体开采所面临的矿石贫化率高、部分矿石出矿困难等问题，通过对矿体结构面调查和开采技术条件分析，提出了适合狮岭南缓倾斜至倾斜中厚矿体开采的机械化分段凿岩分段充填采矿法，并在shn-500 m209#(西条)南段采场进行了工业试验。试验结果表明，此方法能够在保证安全的前提条件下，取得了良好的技术指标，在矿山类似条件采场适合推广应用。

缓倾斜至倾斜中厚矿体；机械化分段凿岩；分段充填法；工业试验

0 引 言

凡口铅锌矿位于韶关市仁化县境内，董塘盆地北缘，目前是我国乃至亚洲最大的铅锌生产基地，现隶属深圳市中金岭南有色金属股份有限公司。矿山始建于1965年，1968年正式投产，原设计规模为日处理铅锌矿石量3000 t，经过多年的技术改造，现已具备日处理铅锌矿石量5000～5500 t，年产铅锌金属量18万t的综合生产能力。矿山目前的采选技术与工艺和装备均属国内先进水平，其中采矿工艺主要包括全尾砂胶结充填、盘区机械化充填法和VCR法等，地下采矿装备主要包括自动化程度较高和安全性较好的凿岩、装药和出矿等设备[1-3]。

缓倾斜至倾斜中厚矿体开采一直作为国内外众多矿山面临的共同问题，如何在保证安全的前提条件下降低矿石的贫化和损失是矿山面临的主要技术难题。凡口铅锌矿前期开采此部分矿体的采矿方法主要为普通上向水平分层充填采矿法。在开采过程中，由于矿体形态变化较大，矿体上盘1～2 m范围内的顶板围岩松散易垮落而造成矿石贫化，且因矿体较缓部分矿石在爆破后无法依靠自重溜出而造成出矿困难和一定的损失；矿岩结构面较发育，在回采过程中空顶高度较高、顶板暴露时间较长，给设备和正常的井下生产等造成一定的安全威胁；另外狮岭南部分的年产矿石量需达到40～50万t，约占全矿年产量的1/3，现有采矿工艺达到产能需求存在一定的困难。为了有效解决凡口铅锌矿狮岭南缓倾斜矿体开采过程中所存在的技术难题，切实提高矿山技术指标和经济效益，有必要针对狮岭南缓倾斜至倾斜中厚矿体开展开采方法和工艺试验研究。

1 矿体结构面调查及开采技术条件分析

为了对凡口铅锌矿狮岭南研究范围内矿体的开采技术条件有着更加深入的认识，首先开展了矿体结构面调查，调查地点选择在凡口铅锌矿狮岭南赋存有(缓)倾斜矿体的-320，-360 m和-400 m中段的出矿穿脉巷以及各分段的回采进路中，针对矿岩体揭露良好的部位。

由调查结果可知，矿体中主要发育有3组优势结构面，其结构面产状分别为59°∠68°、14°∠70°和292°∠60°。根据结构面等密度图及原始调查数据分析可知，各优势结构面分别占调查结构面总量的22.09%、16.28%和24.42%，结构面平均间距为0.26 m，平均线密度为3.83条/m，总体而言，矿体结构面一般发育，根据RMR法和Q系统法的评价结果可知矿体所对应的岩体级别为Ⅱ～Ⅲ级，矿体质量总体中等至良好。同时，根据现场调查情况可知，矿体中的结构面大多为闭合状态，结构面迹线长度一般大于1 m，其表面大多为平坦的、少部分为粗糙的，大多结构面之间无充填物，少数结构面之间存在5～30 cm的石英充填物，渗水性状况大多数为潮湿，局部区域出现渗水现象，风化程度一般未风化，局部区域为轻微-中等风化，因而结构面特点明显、整体特性较好。

凡口矿床为超大型隐伏铅锌矿床，矿区面积约5 km2，矿床工业类型属产出于碳酸盐类岩石中成分简单的似层状、透镜状热液交代矿床。该矿床具有规模大、品位高、综合经济价值高等突出的总体特征。矿山井下采矿范围包括水草坪区域内的金星岭北翼和狮岭两地段，井下作业区域主要有富含硫铁金星岭低品位区、狮岭主矿区、狮岭顶板矿体高品位区、狮岭南矿体区及深部矿体区。其中，狮岭南矿体区于1987年进行开拓探矿，其缓倾斜矿体储量约为380万t，占全矿已探明可采储量的约20%，此部分矿体平均倾角35°～40°，矿体平均厚度6～8 m，属缓倾斜至倾斜中厚矿体。另外，根据矿体工程地质调查结果和已有的巷道与采场揭露情况可知，矿体稳固性较好，井下工程一般不需要支护，矿山水文地质条件为复杂～中等复杂类型，地表不允许崩落，总体而言矿床开采技术条件属中等类型。

2 机械化分段凿岩分段充填法采矿方案

目前国内针对此类型矿体的采矿方法主要有分段空场法、底盘漏斗采矿法、分层充填法及分段崩落法等；而国外开采此类型矿体则主要是以房柱法、充填法和爆力运搬采矿法为主[4-6]。结合凡口矿狮岭南矿体赋存情况及矿山开采现状，针对普通上向水平分层充填法开采此类型矿体过程中所存在的问题，提出了机械化分段凿岩分段充填采矿法、分段凿岩分段充填采矿法、机械化上向高分层充填采矿法和机械化水平凿岩分层充填采矿法4种采矿方法方案。经过对各方案定性优缺点及定量模糊综合评判分析，得出机械化分段凿岩分段充填采矿法为4个方案中的最优方案，其标准方案如图1所示。

图1 机械化分段凿岩分段充填采矿法方案

(1) 矿块布置及采场结构参数。沿矿体走向布置采场，采场长100 m，宽为矿体厚度，中段高度为50 m，分段高度为8 m，留设8 m的底柱。

(2) 采准切割工程。采切工程主要包括采准斜坡道、分段平巷、分段出矿联络巷、溜矿井、切割联络巷、切割巷、顺路脱水井等。从下盘运输巷道掘进采准斜坡道，在各分段水平离矿体一定的距离并沿矿体走向掘进分段沿脉巷，在采场端部垂直矿体走向掘进分段出矿巷至矿体上盘，并与分段巷道和溜矿井连通，第一分段在矿体中掘进沿脉拉底巷，在拉底巷进行扩帮回采，扩帮至矿体上下盘边界。从分段平巷采场中部掘进分段切割联络巷至矿体上盘。在第一分段的分段切割巷开始向上采用留矿法回采至上一中段，形成3 m宽的采场切割槽。在分段切割联络巷出净切割槽内的矿石后形成了分段落矿的自由面空间和采场通风通道。

(3) 回采工艺。首先在采场拉底水平用凿岩台车向上钻凿扇形平行中深孔，分段中深孔凿岩完后，以切割槽为自由面，分段爆破回采，从中间向两端依次爆破回采。通过分段平巷到分段出矿联络进入采场，采用遥控铲运机出矿，并倒入采场矿石溜井。分段回采完毕后，进行分段胶结充填，充填至上分段底板标高，待充填体质量达到要求后即可进行下一工序作业，撬毛台车从分段出矿联络巷进入采场，从采场两端向中间进行顶板检查，撬下采场直接顶板的浮石和松动。然后进行采场上盘顶板支护，上盘顶板支护采用中空注浆锚杆与金属网及顶板注浆联合支护。采场上盘顶板支护完毕后，切割下盘的三角体，作为上一分段凿岩台车钻凿扇形中深孔的作业空间，爆破下盘三角体废石运至采场上盘三角体内，减少矿体回采二次损失。在胶结充填体上靠下盘空间内采用凿岩台车进行上一分段中深孔凿岩，分段凿岩完成后回采上一分段。

(4) 采场通风。新鲜风流通过下盘运输巷，经采准斜坡道进入各分段巷道、分段出矿巷到采场，污风经采场切割槽进入上一中段的回风平巷。

(5) 充填。一分段回采完毕后，进行胶结充填且充填高度为8 m，然后进行胶面作业；后续各分段回采结束后进行分段充填，充填高度均为8 m。在充填前应在采场两端做好充填挡墙和架设好顺路脱水井，充填时通管道从采场端部将料浆输至采场，并通过顺路脱水井进行脱水作业。

3 采矿工艺工业试验

根据机械化分段凿岩分段充填采矿方法与工艺，以及狮岭南缓倾斜至倾斜中厚矿体赋存条件和井下实际情况，决定在狮岭南-500 m中段209#采场开展采矿工艺工业试验，试验采场长60 m左右，试验地点矿体近南北走向，南部矿体稍薄北部稍厚，矿体平均倾角40°左右，矿体水平厚度约为5 m。试验采场围岩地层层间裂隙较发育，回采过程中除需注意矿体和围岩中的断裂构造外，还需注意围岩中的层间裂隙面；采场顶板结构较差，节理裂隙发育，矿体上下盘围岩均较为破碎，层间构造发育，易发生层间剥落。

3.1 shn-500 m209#南段采场回采总体布置

采场由shn-500 m一分段平坡进入，在矿体南端部布有切割天井，由于南部矿体较薄，若以天井为自由面进行逐排炮破，中深孔侧向崩矿时可能因拉槽区较窄，后面炮孔矿体逐排变宽，爆破造成矿石的贫化和损失或爆破效果变差。因此在采场中部布置掏槽区，进人工对角掏槽，布置4个空孔，掏槽区孔网参数为1.2 m×1.2 m。采场南端部矿体较薄，采取人工上挑进行回采。试验采场回采布置见图2。

3.2 shn-500 m209#(西条)南段采场回采爆破

在试验采场炮孔施工完毕后，需要对矿界进行修订以及对炮孔进行验收，验收合格后方可开始拉槽爆破作业。拉槽区范围布置在第13排到第15排之间，采用9眼掏槽，布置4个空孔，4个装药孔，中间一个装药孔，以9眼掏槽孔为中心布置3圈孔进行爆破拉掏，形成拉掏空间，矿体下盘布置2～3个斜孔，上盘矿体根据现场情况布置直孔以拉槽空间为自由面进行侧爆，最终形成采场拉槽区，采场拉槽区布孔方式如图3所示。

采用装药台车装药，炮孔装药长度按0.85的装药系数计算确定，装药后其余部分为堵塞长度，对于较短炮孔，堵塞长度不小于0.4 m。采用非电导爆管起爆系统；起爆导爆管雷管安装在孔底；采用微差起爆方式，以侧向为自由面和补偿空间，同排中间孔先响，上下盘边孔后响，逐排起爆。在采场进路口安装局扇，新鲜风流清洗爆破工作面，经过回风联络道回到回风巷；使用遥控铲运机出矿，并于附近溜井卸矿。

本采场各分段均一次性爆破，以拉槽区为自由面两侧逐排分段向拉槽区进行微差一次性爆破，采场南端部采用人工挑高进行回采，柱子孔以采场窿形空间和人工挑高的空间为自由面进行侧向爆破，整个回采过程的爆破作业需严格按照相应的作业规程执行。

图2 shn-500 m209#(西条)南段采场回采布置平面图

图3 试验采场拉槽区炮孔布置

4 结果及结论

经过约半年的机械化分段凿岩分段充填法工业回采试验，根据现场回采统计结果可知，试验期间共采出矿量约4.5万t，矿石损失率约为3%，矿石贫化率约为10%。另外，在试验采场中还采用了中空注浆锚杆与金属网及顶板注浆联合支护的方式，用于支护采场上盘顶板，现场支护效果总体良好，能够较好的满足回采期间的设备等安全需要。现场试验结果表明，机械化分段凿岩分段充填法机械化程度高、适应性较强，适合开采形态变化较大的矿体，且取得了良好的技术指标，为矿山安全高效开采缓倾斜至倾斜中厚矿体积累了一定的经验，在矿山类似条件采场适合推广应用。

[1]李向东,周益龙,李 强,等.凡口矿缓倾斜矿体开采技术研究结题报告[R].长沙:长沙矿山研究院有限责任公司凡口铅锌矿,2015.

[2]黄沛生.凡口铅锌矿采矿工艺现状与浅析[J].矿冶,2001,10(4):1-5.

[3]张木毅.凡口铅锌矿采矿技术的创新与发展[J].采矿技术,2010,10(3):6-9.

[4]修 蕾,乔 木,李志军,等.缓倾斜中厚矿体开采方法研究[J].有色金属(矿山部分),2011,63(2): 8-10,63.

[5]任建平,阳雨平,邓 良,等.国内外倾斜中厚矿体的开采现状和发展趋势[J].现代矿业,2009(6):1-4.

[6]尹升华,吴爱祥.缓倾斜中厚矿体采矿方法现状及发展趋势[J].金属矿山,2007(12):10-13.(收稿日期：2016-01-28)

卢 霞(1965-)，男，广东兴宁人，工程师，长期从事采矿技术管理工作。