无轨机械化上向分层充填采矿法在某铀矿的应用

段海城，朱全政

(中核韶关锦原铀业有限公司，广东 韶关 512328)

矿产资源是自然资源的重要组成部分，是人类社会发展的重要物质基础[1]1。矿产资源的开发和利用已成为国民经济发展的重要支柱，其开发需要科学的方法和先进的装备。采矿技术的变革依赖于采矿装备的创新，没有采矿装备的创新和发展，就没有采矿技术的进步，就不可能有矿山的现代化[2]。

某铀矿位于广东省境内，是一个采矿、水冶综合配套的地下硬岩铀矿山，于1969年建矿，1985年投入生产，采用平硐-竖井联合开拓方式。根据地质条件和矿体赋存特征，该矿井采场回采主要采用上向水平分层充填法[1]4(简称常规开采法)，零星矿体辅助于浅孔留矿法，用振动漏斗放矿，采空区用废石充填。

近年来，随着开采深度的增加(深度到-150 m水平中段)，地下岩层片帮脱层、岩爆、构造裂隙热水、高温等现象频繁出现。若沿用原采矿方法，在采场内采用YT28型凿岩机落矿、2DPG-30电耙出矿，存在人身伤害等隐患。原采矿方法制约着采场产能和安全技术管理，因此亟需寻求一种新的安全高效的采矿方法。

1 地质概况[3-4]

该铀矿位于211矿区中部偏西，为棉花坑断裂带(走向50°～60°)和油洞断裂带(走向295°～310°)的夹持部位；北起61线，南至油洞断裂，全长约2 500 m。该铀矿由9号脉、7号脉、8-1号脉等组成，以9号脉规模最大，矿化程度最高；其次是7号脉、8-1号脉。区内燕山期花岗岩呈多阶段浸入，主要有中粒黑云母花岗岩、细粒黑云母花岗岩及花岗斑岩，岩体内断裂构造发育，铀矿化普遍而强烈。矿体围岩主要为蚀变中粒黑云母花岗岩、蚀变不等粒中粒黑云母花岗岩和蚀变中粒斑状二云母花岗岩，以及上述各种碎裂花岗岩、硅化碎裂花岗岩，有少量热液作用形成的石英脉岩、方解石萤石石英脉岩等；岩石硬度系数为8～10，围岩相对稳定，较少采取支护。

2 回采方案设计及改进

鉴于上述制约因素，该铀矿井于2019年在原有的常规开采法的基础上改造为机械化上向水平分层充填采矿法(简称无轨开采法)。无轨开采法采用水平分层，自下而上分层回采；每个分层回采结束后，及时对分层进行充填，以支撑采场空区两帮，并作为下一作业循环的作业平台[1]11。无轨开采法回采设计方案采用脉外采准斜坡道运输，集中溜矿井出矿，采场采取“一采一充”回采方式。根据矿体情况，每进行2个循环，充填4 m，编录1次。无轨开采法与常规开采法相比，具有以下几方面优势。

在采矿设备方面。常规开采法采用YT-28型手持式凿岩机凿岩，撬棍排险，2JP-30型电耙出矿的人工作业；无轨开采法采用阿特拉斯H104型凿岩台车凿岩，撬毛台车排险，WJ-1型铲运机出矿的机械化联合作业。

在采矿工艺方面。常规开采法采用凿岩、爆破、通风排险、出矿、顺路井升砼、充填、砂浆垫板、分层编录等采矿工序；无轨开采法取消了顺路井升砼和砂浆垫板施工两道工序。

在生产模式方面。常规开采法采用单个采场一个作业班组作业；无轨开采法采用分工种按凿岩、爆破、出矿、充填4个工序循环作业，实施集中爆破集中出矿。

3 无轨开采法应用

3.1 采场布置及结构参数

该铀矿-150 m中段12-1采场位于37号勘探线至43号勘探线间，阶段高50 m，长120 m，采场已按常规充填法完成第一分层回采，回采高度6 m；采场南北部有12T05、12T07通风充填井，采场面积266 m2。采场无轨斜坡道每分层回采高度为2 m。采场布置如图1所示。

3.2 无轨设备配置

12-1采场无轨机械化开采设备配置见表1。

表1 12-1采场机械化开采设备配置

3.3 采切工程

12-1采场采用脉外上盘斜坡道、脉外集中溜矿井与各分层联络道联合采准方式。在矿体外侧围岩内布置与矿体走向平行的斜坡道[5]6；每间隔4 m左右高程施工1条分层联络道，与采场矿体连通，并穿过矿体，揭露矿体全厚，为采场上采时贯通联络道做好准备。为保证铲运机能够正常出矿，采场斜坡道坡度为15%，巷道断面规格为2.6 m×2.6 m。分层联络道开口根据设计位置确定，坡度不大于13%，规格为2.6 m×2.6 m。采场溜矿井布置在斜坡道折返巷道的中间部位，规格为2.0 m×2.0 m，倾角为90°，溜矿井上口安装0.35 m×0.35 m格筛，以防止大块矿石掉落。通风充填天井利用采场内原有的12T05、12T07天井。采场回采时，每分层施工2条分层联络道与采空区连通，保证采场有2个安全出口。

3.4 回采工艺

3.4.1 凿岩爆破

12-1采场采用阿特拉斯H104型凿岩台车上向凿岩，炮孔直径为40 mm，孔深2.0 m，2人1班作业，1人操作1人监护，每班施工钻孔110个。采用集中凿岩集中爆破，采矿凿岩工效由原有常规开采法的50 m/台班提高到220 m/台班，采矿直接工效由5 t/(人·工班)提高到10 t/(人·工班)，采矿作业人员由每班5人减少到2人，减少了人员进入采场内的安全风险。为了缩短爆破装药时间，提高装药质量和爆破效果，公司引进了BQF-100型装药器与PNJ-A型炮泥机联合应用技术。

根据岩石硬度系数f=8～10，采场凿岩网度取孔距0.7 m，排距0.6 m；岩性破碎时可作适当调整。采用2号岩石硝铵炸药，如遇到采场顶板裂隙水，则使用2号乳化炸药。采场集中爆破前，先在采场中部或天井附近沿矿体厚度施工1条2 m宽的切割槽，作为采场集中爆破临空自由面。采用导爆索和毫秒导爆管雷管作为起爆器材，导爆管与导爆索绑扎连接。采用非电起爆网路，孔外延时非电毫秒微差爆破，联接方式为接力式簇联网路。12-1采场起爆网路如图2所示，主要材料消耗见表2。

表2 12-1采场采矿主要材料消耗

3.4.2 通风排险

新鲜风从竖井进入-150 m中段，通过12-1采场斜坡道和采场分层联络道进入采场；污风经由采场内12T05和12T07天井流入-100 m中段主回风天井排至地表。每分层爆破后，由专职松石工对采场顶帮浮石全面清理排险；对于采场空顶较高的天井、联络道接口等附近浮石，则采用撬毛台车处理。每班由安全员和技术人员对采场进行全面巡查，保证作业安全。

3.4.3 矿石运搬

采场出矿采用1 m3国产内燃式铲运机。铲运机在采场内铲出矿石，经分层联络巷、采场斜坡道倒入采场溜矿井内；经溜矿井底部振动漏斗放入到-150 m中段水平运输矿车机组；再通过CJY3/6G型架线式电机车牵引运输到-150 m中段主石门，经竖井提升运输到地表矿仓。采场内的大块由铲运机集中移到采场一侧，集中破碎后再铲出。

3.4.4 采场充填

在采场每分层铲矿完毕后，由工程技术人员使用物探γ辐射仪对采场内底帮矿石进行扫底清场。在下发充填施工通知单后，采场开始转入充填作业。采场充填料以倒运为主，主要充填料来源于矿井29线充填系统，通过充填系统底部振动漏斗放料到矿车机组，由电机车牵引运输至采场充填井上口，并倒入采场内充填；另外，掘进废渣也可直接使用铲运机倒入采场充填。通过铲运机对采场内充填料转运和平场，控制充填空间高度在4 m左右，为下一分层编录做好准备。

该铀矿无轨机械化采矿联合作业现场如图3所示。

3.5 存在问题及改进措施

无轨开采法是一种安全高效、高回收、低贫化的采矿方法，但在该铀矿实际生产应用中仍存在一些需要改进的问题[5]7。通过在实践中不断优化改进，并借鉴其他矿山成功经验，制订了相应的改进措施。

存在问题①：采场装药爆破作业时间长，爆破效果不理想，影响工效提高。改进措施：引进了BQF-100型装药器，并采用PNJ-A型炮泥机加工好炮泥，使用炮泥填塞炮孔，缩短时间，提高爆破效果。

存在问题②：在采场溜矿井井筒与分层联络道贯通处，用铲运机倒运矿石并在天井格筛上处理大块时，井筒易产生片帮等浮石，存在安全隐患。改进措施：在倒矿段溜矿井井筒上口，采用锚杆支撑钢丝安全网加防护棚联合防护措施，防止溜矿井上部浮石伤人；并且每班由专职安全员巡查排险，消除隐患。

存在问题③：斜坡道铲运机铲矿与斜坡道行人，在联络道采场入口段形成交叉走动区域，存在机械伤害安全隐患。改进措施：制订《无轨斜坡道行车和行人管理规定》，通过斜坡道灯光联络信号、联络电话、管理调度等措施，严格执行“行车不行人，行人不行车”原则，保证行人与行车安全顺利。

存在问题④：采场充填时间较长，制约采场生产能力。改进措施：合理安排生产计划，细化施工组织，优化采充顺序，减少充填不均衡现象。

3.6 主要技术经济指标

无轨开采法已成为该矿井全新的采矿方法，承担了矿井所有的生产任务，12-1采场改造前后采矿主要技术经济指标见表3。常规开采法中的充填环节包括采空区充填、顺路井升砼、砂浆垫板等工艺；无轨开采法中的充填环节只包括采空区充填，取消了顺路井升砼、砂浆垫板等工艺。

表3 12-1采场改造前后采矿主要技术经济指标

从表3可知，12-1采场采用无轨开采法，回采高度为4 m时，充填时间缩短了40 d，采矿凿岩工效提高了3.4倍，采矿直接工效提高了1倍，采矿贫化率和损失率也比改造前均有所提升；无轨开采法优越性显著。

4 结论

某铀矿采用地下矿山无轨机械化开采后，减少了采场作业人员，改善了作业环境，降低了劳动强度，提高了采矿工效。采矿工艺流程中的各个工序取得了显著的效果：1)在凿岩方面，采用凿岩台车凿岩实现了机械化作业，确保了炮孔数目、炮孔网度符合设计要求；2)在充填方面，充填料从采场内充填天井下放，采用铲运机进行充填料的转运和平场，减少了顺路井升砼和砂浆垫板施工的工序，缩短了充填周期，降低了劳动强度；3)在爆破方面，采取分区域集中爆破，逐排微差起爆，减少了爆破振动对顶板的影响，有效地控制了矿石大块产出率；4)在出矿方面，利用铲运机加采场溜矿井出矿，淘汰了电耙加顺路井的出矿方式，提升了矿山本质安全度；而且利用铲运机出矿便于在矿体不连续、有尖灭复合的采场实现分采分运，降低了采矿贫化损失率。