某钼镍矿缓倾斜极薄矿体开采方法优化

梁 发 潘晓锋 陆安丛 吴学谦

(1.广西建工一建综合设计研究院矿山所;2.广西铭明建设工程有限公司;3.广西华银铝业有限公司)

某钼镍矿区矿体倾角缓、厚度薄，由于矿体赋存特点，采用壁式削壁充填法，但此方法采出围岩量大，崩落围岩不能借助自重放出，需采用机械运搬或人工扒运;回采时，人和设备需进入采空区作业，由于采场水平方向暴露面积大，顶板管理困难，顶板冒落时有发生，生产过程存在安全隐患；后期采空区管理难度较大，易产生地表陷落。因此,必须对原采矿方法进行优化改进，以保证矿山安全高效开采。

1 矿床开采技术条件

钼镍矿体产于中寒武统田蓬组次深水相砂泥岩和碳酸盐岩中，容矿岩石为热水沉积成因的硅质岩类，主要有硅质岩、绢云母硅质岩、钾长石硅质岩、钾长石绢云母硅质岩、绿泥石硅质岩、含菱铁矿绿泥石硅质岩、含斜长石绿泥石硅质岩、含滑石绿泥石硅质岩及含白云母绿泥石硅质岩，为银、锡、铅、锌多组分共生矿。其含矿岩组为寒武系下统牛蹄塘组第一段(∈1n1)，一般厚0.5～12 m，最厚达18 m。含矿岩组为寒武系下统牛蹄塘组第一段(∈1n1)，一般厚0.5～12 m，最厚达 18 m，其岩性为硅质岩、条带状白云质磷块岩、含硅质磷块岩、含炭质泥质粉砂岩、含硅质砂岩、含炭质泥岩、含黄铁矿炭质粉砂岩及钼镍矿层等。

该钼镍矿为伴生矿， 矿层产于含矿岩组顶部，矿体呈层状，倾角为3°～8°，局部达16°，厚度为0.02～0.51 m，平均为0.03 m，厚度变化系数为63.0%，属较稳定类型。Mo 含量为1.90%～9.25%，平均品位为4.64%；Ni 含量为1.05%～5.78%，平均品位为2.87%。

矿体直接顶板岩性为黑色、褐黄色炭质黏土岩，厚约8 m，直接底板岩性为深灰色、黑灰色薄层硅质岩夹少量炭质黏土岩，厚0.41～13.00 m，属软质工程地质岩组，矿体及顶底板稳定性差。

2 原采矿方法

极薄矿脉的开采是一个世界性的难题，根据矿体赋存条件、开采技术条件等，适合本类矿床开采的常规采矿方法主要为壁式削壁充填法。

采场沿矿体走向布置，采场走向长25～30 m，斜长约50 m；在采场间柱内分别掘进一条采准上山与回风上山，并连通上中段运输平巷，解决人员行走、材料运输及安全通风。在人行上山内距中段运输平巷3 m处沿矿体走向布置一条切割平巷，连通回风上山。该方法先根据采场设计要求完成采准切割巷道，之后从切割平巷开始，采用抛掷爆破开采矿脉顶部围岩，将顶部围岩向切割平巷处抛掷，以创造人工作业空间；再采用松动爆破回采矿体。根据同类型矿山生产经验，采场作业的高度一般控制在1.8 m 左右。按0.03 m矿厚估算，平均采出1 t的矿石要相应采出59 t废石。

采空区顶板管理主要措施：采场留设连续顶底柱保护中段运输平巷，采场内留不规则矿柱确保人员安全作业；采准上山两侧砌筑人工垛柱接顶，支撑、保护顶板人行、回风上山；采场内作业时，视顶板稳固情况可采用不支护、架设临时木支架或采用临时锚网支护，以确保安全；矿层开挖后的采空场用废石及时充填接顶，以维护顶板稳定。

此采矿方法采出围岩量大，除部分围岩能回填到空区外，还有大部分需要运至排土场堆放；采准切割巷道掘进工程量大，准备时间长；采场矿柱多，采矿回收率低；后期采空区管理难度较大，易产生地表陷落。对于开采矿石价值较高且地表不允许大面积陷落的钼镍矿并不理想。

3 绳锯切割采矿方法

绳锯切割机技术在露天矿开采中已不断成熟，随着设备技术的发展进步，绳锯寿命增加，切割效率提高，一次成型切割面积增大，切割机的体积缩小，这为绳锯切割机技术应用到地下开采创造了条件[1]。

针对缓倾斜极薄矿体，传统的凿岩爆破法开采需要形成较大的作业空间与采空区，采用绳锯切割机采矿法进行定向定厚切割、拉出矿块开采，解决传统的凿岩爆破法回采过程中存在的采准切割巷道工程量大、采出围岩量多与采空区大等问题[2-4]。

3.1 开采工艺流程

绳锯切割机技术应用到地下缓倾斜极薄矿体的采矿工艺流程：切割、顶出巷道掘进→矿块钻孔→钻孔穿绳、矿块切割→切割矿块顶出落矿。

3.2 采场布置及主要采切工程

采场沿走向布置，长40～50 m，中段高度为30～40 m。主要采切工程有切割巷道、顶出巷道、矿块钻孔等。切割巷道、顶出巷道规格为2.6 m×2.2 m，沿矿脉走向布置，采用浅孔爆破法掘进，主要目的是形成切割设备、液压顶出设备运行通道。在爆破施工过程中，先进行巷道顶部岩石的掘进爆破，之后矿层部分进行松动爆破，并人工取矿，最后进行巷道底部的铲底爆破(厚度约400 mm)。掘进爆破后的废渣采用人工装载，由农用车拉至井外堆置。切割巷道、顶出巷道掘进爆破炮孔布置见图1。

图1 切割巷道及顶出巷道掘进爆破炮孔布置示意(单位：mm)

3.3 回采工艺

采用专用水平钻机(气缸推进)对切割矿块进行钻孔，切割矿块规格为20 m×5 m×0.3 m，矿块顶部和底部各布置2个钻孔，孔径为70 mm，切割钻孔垂直于切割巷道。钻孔完成后，在切割巷道安装切割机与珠绳，并按规程操作设备切割矿块，最大切割面积为100 m2。按矿块的切割顺序进行穿绳切割，一般先切割矿块两侧垂直面，再切割矿块底部，最后切割矿块顶部。切割完成后将切割机移出切割巷道，同时将液压顶出机安装至顶出巷道，液压顶出机将矿块向切割巷道顶出，每顶出1 m左右后，由人工将顶出的矿层打碎，装车运走，之后重复上述顶出操作，直到矿块完全被顶出。绳锯机切割采矿方法见图2。

图2 绳锯机切割采矿方法示意(单位：m)

3.4 矿石搬运

顶出矿石，经人工打碎后装入矿车，运到平硐外矿石堆场。

3.5 空区地压管理及废物排放

因井下空区垮度较小，空区高仅0.3～0.5 m，故回采结束后，采用一次充填废石的方法处理空区。在回采过程中，废石主要是在巷道掘进过程中产生，除充填废石外统一运至平硐外专用废石场堆放。在钻孔、切割过程中产生的泥浆废液通过排水系统排至平硐外的沉泥池，经过澄清达标后再外排。

3.6 主要技术经济指标

壁式削壁充填法采场作业的高度一般控制在1.8 m左右,按0.03 m矿厚计算，平均采出1 t的矿石要相应采出59 t废石。而绳锯切割机采矿法可以减少围岩的采出，按20 m×5 m×0.3 m标准设置切割矿块，每切割出一块矿块可得到约3 t矿石、27 t废石，即每采出1 t的矿石要相应采出9 t废石。采区切割、顶出巷道间距为5 m时，开采1 t矿石(厚3 cm)需要掘进巷道长度约3 m，直接采矿成本约2 122元/t，其中切割巷道掘进成本约1 034元/t，钻机钻孔成本约552元/t，绳锯消耗成本约244元/t，电力单位成本约292元/t；矿石损失率约6%，优于壁式削壁充填法采矿方法15%；矿石贫化率为6%,优于壁式削壁充填法采矿方法15%。

4 结 语

绳锯切割机采矿法与壁式削壁充填法采矿方法相比，可以有效解决后者采出围岩量大、崩落围岩不能借助自重放出、人和设备需进入采空区作业以及后期采空区管理难度较大等问题。绳锯切割机采矿法对于部分极薄矿体的开采是一种补充，但新工艺在主要钻孔设备的钻孔精度、绳锯切割机对起伏矿脉的适应能力、顶出设备顶出矿块能力以及在长距离顶出作业过程中能量有效传递等问题将是下一步需要系统集成优化并进行适应性改进的方向。

[1] 黄国钦,徐西鹏.金刚石串珠绳锯技术的研究[J].工具技术,2005,39(8):7-11.

[2] 周吉谦，刘 评，周建华.缓倾斜极薄矿体采矿法探讨[J].有色金属：矿山部分,2012,64(3):5-16.

[3] 夏建波，叶加冕，林 友，等.铜矿缓倾斜极薄矿体开采研究[J].矿业研究与开发,2016(1):15-18.

[4] 丁明飞，王 卓，王大为，等.缓倾斜极薄矿体采矿方法优化方案[J].黄金科学技术，2014，22(1):56-59.