浅孔留矿法在急倾斜薄至极薄矿脉开采中的应用研究

张磊

摘 要：文章分析了当前矿山开采现状，以及应用浅孔留矿法进行开采时存在的各种问题，并结合煤矿实际，考虑技术和经济因素，提出浅孔留矿法实施的优化方案，力求提高回采产量，减少矿石贫化和损失。

关键词：浅孔留矿法 急倾斜薄至极薄矿脉 开采 优化

1引言

急倾斜煤层是地下开采时煤层倾角大于45°的煤层，一般是由于强烈的地质变动而形成的，构造比较复杂，赋存也不稳定，开采条件很差，难度也较大。但这种煤层开采时煤块可以自动下滑，方便了装运工作，但同时有较大的安全风险。对于急倾斜薄至极薄矿脉的开采，有人提出了浅孔留矿法的应用。结合浅孔留矿法的具体实施过程，发现其伴随着采场不稳定、顶板滑落、礦石贫化、开采损失较大等问题，需要加以优化。

2矿山开采现状及存在的问题

2.1现状

浅孔留矿法是空场法的一种，将矿块分为矿房和矿柱，先采矿房再采矿柱，该方法中的采矿工人可以在矿房露天工作，是自下而上分层回采矿房，使用浅孔崩落矿石，并实施局部放矿和大量放矿的步骤。该方法适用于矿石和围岩稳固的急倾斜薄或极薄矿体，且矿石无氧化性、结块性和自燃性。在具体操作时，是按照矿体走向将矿划分成不同的矿块，相隔5m左右，每个矿块内有2个采场，长度在50m左右，高度为40m，宽度结合矿体厚度决定。采矿时是自下而上分层回采，通过爆破、局部放矿、平场、处理松石等步骤进行开采。每次崩落的矿石，放掉1/3，运走，余下2/3作为上层采矿的平台，这样逐渐将矿采空。

2.2存在问题

主要是：回采率低，各个矿块、采场之间都留有间柱、顶底柱、底柱等，给回采造成了较大的困难。安全隐患突出，开采的矿石可以自动滑落，顶板也容易出现大块滑落，给底部的人员和设备造成较大的安全隐患。矿石贫化和损失，有的工人为了追求采矿速度，使用深打孔的方式破坏上层顶板的整体性，导致在局部矿层出现采辐过宽、回采超高的问题，促进了矿场的贫化；大量放矿时，顶板不稳，容易滑落，使大量废石混入矿石，加大了贫化率；有时还会出现大块的矿石卡在采场，下边的回采矿石放不出，影响采矿。

3留矿法优化方案

3.1优化方案

针对浅孔留矿法的开采现状和存在的问题，对开采方案进行优化，提出不留底柱和间柱的优化方案。如图1所示，仍然将矿块划分成2个矿场，回采完成后将相邻采场天井内的设施拆除，按照一定比例使用碎石或者块石充填天井，形成混凝土隔离矿柱。采场底部和顶部不留底柱和顶柱，这样直接开采矿石直到上中段的沿脉平巷，但为了保护采下的矿石在中段平巷穿运，需要在这里留设一个（5-8）m X3m的底柱。

3.2具体措施

对于顶板滑落石块的安全问题，需要保证顶板的稳定性，因此增设2条连续木支撑墙，撑住顶梁和上下盘，形成整体性的支护。如果连续木墙的支撑力不稳定，可以选择混凝土梁进行支撑，将采场分成3个格子，在距离路人行井15m处制作1mX1m的混凝土顶梁，长度与采场宽度一致，整个采场大约需要制作14个混凝土顶梁。降低回采分层高度，降到1.4-1.8m左右，同时采辐控制在1m，并禁止超采。对于上盘不稳定的地段，回采时要注意控制爆破，浅打孔，密布置，少装药，降低每次爆破的力度，但增加爆破的频次，这样控制上盘顶部矿石不会滑落。

图1 优化方案采矿图

对于矿石的损失，采场内部不留顶柱，直接回采到上一层的巷道底板，此时上一层的采场需要回采完毕后封闭，确保人员不会误入，这样可以避免安全问题的出现。

对于矿块回收问题，不设置采场间柱，将前一个采场的顺路人行井，使用碎石或块石进行填充，形成采场之间的隔离矿柱，并保持向上延伸。将前一个采场的顺路井进行填充，撤掉人行梯和平台之后，在上层巷道搅拌碎石混凝土灌到顺路井中，形成隔离矿柱。通过对已开采完采场的利用，为下一个采场的开采准备支架平台。

在采场底部设置人工假巷和混凝土漏斗，分段设置，厚度在0.5-1m，采场不施工时拉底巷，在沿脉运输巷中打第一次孔，上向垂直，深度为1.7m左右，爆破之后，清理部分矿石，上向开凿第二次孔，深度为1.7m左右，这个孔不爆破。分段构建混凝土假巷和漏斗，直到采场假底构建完毕。之后爆破第二次孔，崩落的煤块放出1/3，留下2/3作为下一开采的平台，平整好工作面，继续采矿，直到开采完毕。

假底构建机械化作业，因为该项工作强度大，时间长，成本高，因此选择机械化作业线，构建人工假底。在施工的沿脉运输巷挑高到3.5m，采完矿后，架设钢模板、木模板并设置钢筋网，然后使用混凝土搅拌泵搅拌的混凝土浇筑，进行混凝土浇筑养护，之后就形成混凝土假底。

4采矿方法优化对比分析

优化方案主要是对原施工方案进行底柱、顶柱和间柱等的处理，不需要实施特别大和复杂的工程，而是借助前一次采场的有利位置，将采完的天井做成原来方案中的各种支柱，这样不仅能够增加回采率，也在一定程度上降低了施工难度，提高了施工和开采效率，进而提高开采量。

对于优化方案的对比分析，主要是从回采率、出矿量、单位出矿成本、产值、总成本和毛利润等方面进行对比分析，分析优化前后两种施工方案的技术经济指标。基本上说，优化方案之后，同一个采场的回采率要高于优化前，出矿量高于优化前，单位出矿成本稍高于优化前、产值、总成本和毛利润都要高于优化前，但总结优化前后方案的性价比，会发现优化方案相比之前的方案性价比要高，施工单位的总体利润要高一些，而且安全风险大大降低。

结语

对于急倾斜薄至极薄矿脉的开采，现在广泛使用浅孔留矿法，但该方法伴随着采场不稳定、顶板滑落、矿石贫化、开采损失较大等技术和安全问题，因此需要对该方法进行优化，提出经济和技术上均可行的优化方案。

参考文献：

[1] 宋甫，周益龙，江飞飞.浅孔留矿法在急倾斜薄至极薄矿脉开采中的应用[J].现代矿业，2015，（6）：32-33+36.