机械化盘区上向水平分层充填法在区域构造破碎矿体中的应用

刘鹏飞，张正华，杜久华，杨铁江，郝明涛

（中矿金业股份有限公司，山东 招远 265400）

机械化盘区上向水平分层充填法在区域构造破碎矿体中的应用

刘鹏飞，张正华，杜久华，杨铁江，郝明涛

（中矿金业股份有限公司，山东 招远 265400）

基于罗山金矿生产现状和水文地质情况，针对罗山金矿矿体复杂地质赋存条件，借助块体理论对岩体稳定性进行初步分析；详细介绍上向水平分层充填采矿法在罗山金矿复杂矿化环境下的应用；阐述控制爆破方法在采场矿体局部破碎条件下接续生产和岩体稳定性控制中的作用以及大断面进路下岩体稳定性控制方法和原理。基于上述内容，对于罗山金矿现用采矿方法进行技术上的综合评价与分析，希望能够进一步为类似矿山设计和生产提供有效参考。

上向水平分层充填法；控制爆破；岩体稳定性；复杂矿体

上向水平分层充填法多用于岩体破碎且不允许地表塌落的贵金属矿床，根据矿体稳定性由低到高多采用盘区式、点柱式以及进路式。从充填材料［1］上则经历了干式充填、分级尾砂充填、碎石水力充填、混凝土胶结充填、磨砂胶结充填、分级尾砂或者天然砂充填、废石胶结充填、全尾砂胶结充填、赤泥胶结充填和膏体充填的发展过程。随着开采深度的增加，地应力显现，岩体节理裂隙更加发育，井巷及采场易发生冒顶片帮等灾害，所以矿山在充填工序之前的回采过程中必须保证安全生产。合理的爆破、回采以及地压控制方法能有效规避地质灾害，保证矿山经济效益和生产可持续。

1 开采技术条件

罗山金矿矿床属交代－重熔岩浆期后中低温热液充填，交代蚀变岩型金矿床。构造主要是破头青蚀变带，蚀变带的中上部发育有连续稳定的主裂面及厚3～160 cm的断层泥。矿体受蚀变带控制，赋存于主裂面下盘，并且主矿体靠近主裂面，次要矿体多远离主裂面，多为隐伏矿体。矿体呈脉状、似层状，个别为透镜状，沿走向和倾向呈舒缓波状展布，具有分支复合、膨胀夹缩、尖灭再现等特征。矿体产状与主裂面基本一致，矿体厚度0.5～50 m。矿体岩性均为黄铁绢英岩化碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩，其普氏硬度f＝6～11，松散系数1.6，矿岩体重2.75 t／m3。从揭露的断层情况看，罗山金矿坑内平均涌水量1 568 m3／d。

1.1 节理裂隙

罗山金矿矿体岩石单轴抗压强度60～110 MPa，属于坚硬岩。矿体至少发育三组节理，倾角小于60°。次生节理较为发育，但是对整体稳定性影响较小。结构面粗糙不平，附着有不连续泥质，厚度小于1 mm，节理裂隙接触良好，半闭合－闭合状态，结构面较平直。RQD值高于50%，岩体完整性一般。节理裂隙走向与进路走向夹角大于45°，利于巷道掘进成形。岩体结构属于块体化结构，通过 RMR［2，3］分级方法分析，罗山金矿矿体多属于IV级岩体，部分破碎区域属于V级岩体。

1.2 块体理论分析

采用块体理论［4～6］进行分析，如图 1所示，对罗山金矿23中段采场进路进行稳定性分析。罗山金矿进路顶板I、II型块体发育，在裂隙张开的情况下易发生冒落现象。边帮I、II型块体发育，在应力集中的情况下容易发生片帮现象，I、II型块体具有可移动性。I型块体是关键块体。关键块体的移动可能会引起其它块体的移动。由于这些块体的移动性，需要必要的支护。II型块体也是能引起其它块体移动的关键块体。然而，最初块体的移动可能与其形状有关。III型块体由于其形状比较稳定。

2 机械化盘区上向水平分层充填法

图1 块体类型

罗山金矿现用采矿方法为上向水平分层充填采矿法，如图2所示，设计损失率≤15%，贫化率≤15%。每个盘区布置6个采场，有1～2条通达上部中段的先行天井，每1～3个采场分别有一套出矿及泄水系统，目的是使各个采场分别处于落矿、出矿、充填的均衡状态，有利于生产组织和铲运机的灵活调度，充分发挥铲运机的出矿效率，达到强采强出强充缩短采场循环周期的目的。

采场的高度为阶段高度，即40 m，采场宽度为10～12 m不等，每个采场留7.5 m的底柱，不留顶柱，采场之间留3 m条形间柱，并在充填前视安全情况削为点柱，以减小矿柱的损失。

图2 采矿方法示意图

2.1 回采过程

开拓：从矿体下盘中段沿脉运输巷道每隔24 m施工出矿穿脉，每隔1～3个采场施工一条天井，作为通风井，特殊时期可以作为溜矿井或者行人天井使用。从上中段运输巷道下盘位置施工斜坡道至下中段水平，自斜坡道掘进通达矿体和沿脉联络道。

采切：从中段出矿穿两帮分别施工一条人行井和一条溜矿井至拉底水平，断面2.0×2.0 m2。在拉底水平矿体内靠近下盘处施工沿脉巷，由沿脉巷开始向上下盘施工拉底巷道，断面2.5×2.5 m2。采场回采时，先自采场的下盘或中盘岩石稳固地段施工切割槽，并以切割槽为自由面，自下盘向上盘或中盘向上、下盘垂直矿体走向采用“进路”法进行回采，进路落矿时炮眼布置呈拱形，落矿后使顶板呈拱形。落矿时必须采用控制爆破技术，加强顶板的稳固性；矿柱采用光面爆破技术，确保矿柱完整。每个进路间留3.0 m左右的条形矿柱，条形矿柱可在采场充填前，根据采场的实际情况将矿柱削减为点柱。

回采：采场采用浅孔落矿方式，采用铲运机出矿，铲运机将矿石倒入顺路溜矿井中，由顺路溜矿井经振动放矿机放入矿车，经运输巷倒入主溜矿井。分层回采完毕后，玲南选厂生产的尾砂经分级后进入地表充填站，搅拌好的尾砂通过充填井由充填管路送入各中段采场充填，采场采用不接顶充填，留1.8～2.2 m空间作为下分层爆破落矿空间，控顶高度保持在两个分层且不大于5 m。

2.2 现场进路布置

罗山金矿体矿化程度一般，矿石品位不高，其中赋存有脉岩或低品位夹石。矿体中布置进路时要充分考虑夹石位置，以确保其不影响回采充填作业，某盘区矿房矿柱布置图如图3所示。上向水平分层充填法比较适用于这种赋存较为复杂的矿体，既能保证矿石高效回采，又能剔除夹石降低矿石贫化率。在回采过程中，将连续矿柱后退回采为点柱并迅速充填，其余矿柱作为永久损失。罗山金矿岩体稳定性能保证大跨度进路自稳并服务生产。

图3 采场进路布置图

进路式上向分层充填法在技术上适用于罗山金矿地质状况，以某盘区为例采矿方法经济技术指标见表1。

表1 经济技术指标

3 岩体稳定性控制

罗山金矿岩体稳定性一般，岩体属于块体化结构，局部地区属于碎裂化岩体。围岩松动圈以内结构面湿润或者滴水，加上裂隙局部泥质或软弱岩充填，岩块易沿着滑面移动发生冒顶片帮现象。罗山金矿采场进路宽度一般取8～15 m，属于大跨度进路，在少支护或无支护的情况下无法保证采场生产安全，采用光面爆破加拱形顶板保证间柱和顶板稳定性，同时辅助锚杆（网）及木支护防止块石冒落。

3.1 控制爆破方法

采场的凿岩爆破作业采用光面控制爆破技术，顶板采用1／6三心拱形，进路宽度为8～15 m。炮眼直径为42 mm，炮眼深度为2.8 m，单位炸药消耗量为0.83 kg／m3，最小抵抗线0.8 m，炮眼数目为39个，如图4所示，采取“多打眼，少装药”原则降低成本同时保证爆破效果［7］。

图4 炮眼布置图

顶板控制炮孔的装药量一般为1～2卷，当矿石硬度较低时，装药量可装1卷，以确保采场顶板光面效果；当矿石较破碎时，可采用小炮卷装药或采用间隔装药的方式，炮眼堵塞长度25 cm。起爆采用起爆器引爆微差导爆管，起爆顺序利用微差导爆管来控制，顶板控制炮孔采用两个导爆管齐发起爆，爆破网络如图5所示。

图5 爆破网络

3.2 锚杆支护

管缝式锚杆属于摩擦式锚固锚杆［8，9］，其锚固机理是当锚杆挤入直径稍小的钻孔时会因为挤压产生径向压力，使得钻孔壁与锚杆之间产生摩擦力，如图6所示，锚杆末端则安装托盘并压紧孔口岩面形成承载力，从而产生有效的锚固作用。

工程开挖时，由于应力二次分布，围岩松动圈以内的节理由闭合状态转为张开，块体由三向受力状态转为两向或单方向受力，支护产生的承载力可以改变当前的受力状态，保证岩体稳定。罗山金矿岩体多为块体化结构，岩石坚硬且岩体完整性较好，管缝锚杆不易失效，能够有效防止进路岩体松动圈内块石冒落，其作用原理如图7所示，在支护较为破碎的岩体时，管缝锚杆多配合金属网进行支护，锚杆长度2.5 m，直径42 mm，支护间距为1.2 m。

图6 锚固机理

图7 作用原理

4 结 论

1.通过节理裂隙发育情况和块体理论分析发现，罗山金矿岩体I、II型块体较为发育，开挖时受力状态变化过程中容易出现冒顶片帮现象。

2.根据罗山金矿岩体稳定性和现场生产实际，上向水平分层充填法结合控制爆破方法和锚杆支护方法能够在保证安全的前提下回采矿石，并能将损失率和贫化率控制在合理范围之内。

3.基于罗山金矿岩体稳定性情况，现用矿柱及进路尺寸能有效保证采场安全可持续，这可以为类似矿山生产设计提供有效参考。

4.进路跨度、矿柱尺寸及控顶高度需要进一步分析验证，在保证安全回采的前提下，最大程度保证矿山效益。

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The Application of Upward Horizontal Cut and Fill Stoping in Com plex and Fractured Ore Body

LIU Peng-fei，ZHANG Zheng-hua，DU Jiu-hua，YANG Tie-jiang，HAO Ming-tao
（Zhong Kuang Gold Industry Co.，Ltd.，Zhaoyuan 265400，China）

Based on the current production situation and hydro geological conditions in Luoshan gold mine，the stability of the rock mass will be analyzed by the aid of block theory.The application of upward horizontal slicing fillingmethod in Luoshan gold mine will be introduced in details.The role of controlled blastingmethod playing in continuous production and rock mass stability control will be expounded，and also the controlling method and principle of rock mass stability control in large section route.Based on the above contents，the technical evaluation and analysis of the existing mining method in Luoshan gold mine are carried out in order to provide an effective reference for the design and production of similarmines.

upward horizontal cut and fill stoping；controlled blastingmethod；rock mass stability；complex ore body

TD853.34

A

1003－5540（2017）06－0001－04

刘鹏飞（1988－），男，助理工程师，主要从事采矿工艺研究工作。

2017－10－19