广西大新锰矿充填法应用研究

潘承武，张丽云，段志伟

(中信大锰矿业有限责任公司 大新锰矿分公司，广西 大新 532315)

0 前 言

广西大新锰矿是中信大锰矿业有限责任公司的直属矿山，位于广西大新县下雷镇境内。1999年开始进行地下试采，在南部矿段24线～28线、+380～+460 m范围内主要采用平硐开拓，浅孔留矿法回采矿石，年产碳酸锰原矿5万t。2007年经中冶长天国际工程有限责任公司设计，在+340 m中段进行地下开采，针对13线～28线、+340～+380 m范围内矿段，进行扇形中深孔崩矿留矿法试采实验，年生产能力达到30万t/a。所使用的扇形中深孔崩矿留矿法为矿山的增产做出了巨大贡献，但此采矿方法留下了许多矿柱无法回收(主要为间柱和底柱)，综合回收率一直在 60%～70%之间徘徊，造成矿产资源损耗浪费。

近年来金属锰、电解二氧化锰等深加工项目的不断上马，使得碳酸锰原矿供不应求，且原矿价格一路逐步回升，为充填法应用于碳酸锰开采领域提供了一定的经济条件。为满足深加工项目对原矿的需求，提高资源的利用率，同时解决地表塌陷与地压安全问题，充填法的应用研究变为极其重要。

1 矿山地质

大新锰矿矿床成因属大型浅海相沉积碳酸锰矿床，矿床为近东西走向的向斜构造，东西长9 km，南北宽2～2.5 km。矿体呈层状产出，共分3层，层位稳定，期间有两层夹石。自下而上称为：Ⅰ矿层、夹一、Ⅱ矿层、夹二、Ⅲ矿层[1]。3个矿层总体厚度为7～8 m左右。顶板为泥质 灰岩、泥质岩，底板为硅质岩。+200 m标高以上矿体多为急倾斜，倾角65(°)～90(°)不等，矿岩松散系数为1.57，自然安息角为50(°)左右，碳酸锰矿石体重平均为3.14 t/m3，岩石比重为2.7 t/m3，矿岩硬度普氏系数 f=10～12。地质构造简单，围岩中等稳固，完整性较好。

2 原采矿方法

大新锰矿地下开采的主要采矿方法为浅孔留矿法、浅孔留矿法与扇形中深孔崩矿留矿法。其中，浅孔留矿法的采矿效率较低，所占的比重也很小。现主要介绍浅孔留矿法与扇形中深孔崩矿留矿法结合采矿方法。

2.1 矿块构成要素

矿块沿矿体走向布置，矿块长60 m，矿体宽为矿体厚度，高为60 m，顶柱4 m，底柱6 m，间柱7 m。

2.2 采切工程

运输巷沿矿体走向脉外布置，从运输巷往矿块两端掘进穿脉巷道，再从穿脉巷道向上掘进天井划分矿块。从天井往采场掘进联络道，天井尺寸为2 m×2 m。采用平底受矿电耙底部结构，将电耙道从底板提升2 m脉内布置。从电耙道两壁掘进斗穿，再把斗穿扩漏成漏斗，进而形成拉底巷道。

2.3 凿岩爆破

用YT-28气腿式凿岩机凿岩爆破拉底3 m左右，留矿充填漏斗并平整场作为中深孔崩落法的凿岩巷，在凿岩巷向上施工扇形中深孔。爆破前在矿房一端先形成切割槽，作为中深孔的爆破自由面。选用乳化炸药，人工装药，采用微差爆破技术，以毫秒导爆管雷管的段别进行微差控制，每次爆破2～4排中深孔。中深孔打眼采用国产YGZ-90型气动凿岩机和相应的TJ25台架。

2.4 出矿

矿石通过漏斗口溜到电耙平巷，电耙平巷的东端口设置成有利于矿车装运的漏斗口，用电耙将矿石耙入2 m3的矿车，再运至硐口堆矿场地。利用10吨电机车牵引1列10辆矿车出矿，其中穿脉巷道端部距离放矿漏斗15 m左右，以利于矿车出入装运矿。初期放矿时，放出的矿量不能超过一次崩矿量的1/3，留下的矿石以利于下次崩矿时产生挤压效果，并有保护围岩及起到垫层缓冲之用。

1 运输平巷；2 天井；3 穿脉巷道；4 中深孔凿岩巷道；5 联络道；6 上部回风平巷；7 电耙道；8 放矿口；9 电耙硐室

图1 浅孔留矿法与扇形中深孔崩矿留矿法结合的采矿方法

3 原采矿方法存在的问题

原采矿方法工艺简单，出矿稳定，为矿山稳产增产作出了巨大贡献。但技术经济指标比较差，回采率低，贫化率高。主要表现在以下几个方面。

1)底柱、部分间柱矿石难以回收，造成回收率低。

原采矿方法设计留底柱6 m，顶柱4 m，间柱7 m。顶柱可以随矿房正常落矿回采，间柱设计回采1/3，底柱设计在下一中段回采，但实际受地质条件制约，矿柱无法按设计回采，因此浪费了大量的矿石。其中，底柱和间柱无法回收是造成矿石回收率低的主要原因。此外，矿体形态变化大，导致依靠矿石自重放矿时在漏斗顶部存在大量的残留矿体难以放出。

2) 废石混入多，贫化率大。

由于采准巷、穿脉等采切工程均布置在废石中，一方面造成出坑废石量大，增加运输提升成本。另一方面，由于矿体断层、褶皱多，为提高矿石回收率，必须开挖矿脉下盘的围岩，加之中深孔爆破控制的范围大，控制精度差，必然产生较大的贫化。再者，矿体和围岩均为层状，层理面发育，极易冒落，特别是断层和褶皱处，因此造成矿石贫化大。

3) 井下存在大量采空区，对井下采场和井上露天开采造成安全隐患。

地采自1999年开采至今，采空的矿房大多都是以敞空形式存在。大量的采空区给井下的采场和地表的露天开采造成了较大的威胁，地表采空区已有几处出现塌陷。深部开采也会受到地压问题，产生岩爆、冒顶的危险[2]。雨季地表水易渗漏到井下，对深部矿房回采构成安全问题,同时增加抽水费用。

4 充填采矿法应用

充填法主要用在开采高品位、高价值的矿石。随着科技的不断进步，充填采矿法已发展成为高效的采矿方法之一。在我国的黄金矿山、有色矿山应用较为普遍，部分黑色矿山和稀有金属矿山也得到应用。山东招远河东金矿采用上向进路胶结充填采矿法，采场综合生产能力达到83 t/d，矿石回采率达到 81.2%～94.1%，贫化率为 9.6%～9.8%。云南楚雄矿冶公司六苴矿采用分段空场嗣后充填法，采场生产能力达800～1 200 t/d，最终损失率为15%～18%，最终贫化率为6%～10%。大新锰矿矿床具有矿体厚，品位高的特点，矿产品经济效益好，适合用空场法回采后的嗣后充填采矿方法。

4.1 人工底柱充填回采

按原采矿方法工艺基本要素形成矿块，将底部结构改用人工假底铺设。在完成电耙道后，将电耙道与拉底巷道之间受矿漏斗部分的5 m矿脉先回采完，再铺设钢砼假底，用水泥与尾矿胶结充填而成。参考同类矿山参数，混凝土假底总厚度1 000 mm以上，底部钢筋保护层厚度100 mm，混凝土标号C15～C20(假底厚度及砼标号视矿体厚度和品位而定)，钢筋网采用Φ14 mm 的螺纹钢铺成，网度(20～30)mm×(20～30)mm，搭结部位用6号铁丝扎牢。在拉底层上下盘围岩中以网度0.6 m凿入Φ18 mm螺纹钢锚杆(L=118 m)，钢筋网与Φ18 mm 螺纹钢锚杆焊接，为确保假底的整体性和稳定性，混凝土在采场内直接拌制，并整平、振实。铺好假底并适当养护后，即可进行正常回采。

4.2 人工间柱充填回采

同一水平矿块生产均为后退式回采，在两矿块间柱形成天井后，准备进行后一矿块切割天井时，先回采两矿块间柱与构筑人工间柱。先回采间柱底部4 m矿脉，用水泥与尾矿胶结充填，预留天井与后面矿块的切割天井，以天井作为溜井安装临时漏斗、人工放矿，从穿脉巷装车出矿。以天井为自由面浅孔凿岩爆破，由下往上分层 2～3 m进行回采，利用天井作为胶结体的通道，向上式分层充填，每回采一层间柱矿脉，都要及时用水泥与尾矿胶结充填，逐层浇筑形成人工间柱、天井与切割天井。此工艺工序转换频繁，劳动强度大，施工艰难，但是容易为工人掌握。

4.3 采空区嗣后充填矸石

矿房出矿完毕后，利用矿房上部的采准巷作为出入口，利用井下掘进的矸石进行回填[3]。与露天采场相连接的矿房，上部间柱直接采通地表，然后露天直接回填，效率较高，费用更少，充填效果更好[1]。采用矸石充填与胶结充填相结合处理的采空区，能有效控制矿山地压，防止塌陷。此充填效率高，工艺简单，便于操作，劳动强度较低，充填成本低。

5 结 语

空场嗣后充填法提高了采矿回收率，降低了贫化率，矿产资源利用率高，解决了采空区造成的安全隐患，经济效益显著，是一种有广阔发展前景的采矿方法。对深部复杂矿脉的回采有指导作用，对矿山安全生产，资源回收等具有发展促进意义。 随着矿山开采深度逐渐增大，为提高矿石回采率和保护生态环境的需要，充填采矿法的应用比重将会有所增加，并向高效化方向发展。高浓度全尾胶结充填、泵送膏体胶结充填将有较大的发展，矿山无尾排放的目标将随充填技术的不断进步和充填材料的更新得以真正实现，空场法与充填法的组合采矿技术将得到推广应用。