上向水平分层分步充填采矿法在红花沟金矿的应用

任玉东

摘要：红花沟金矿15-6号矿体属急倾斜中厚矿体，且矿岩稳定性较差，采用削壁充填采矿法回采易导致采场作业安全条件欠佳且极易造成大量的采矿损失贫化。根据红花沟金矿15-6号矿体的开采技术条件，开展了上向水平分层分步充填采矿法试验研究，其实质是基于上向水平分层干式充填采矿法，将采场分步骤回采，控制采场跨度，确保采场顶板稳定与生产安全。该方案很好地解决了厚度为8～10 m的中厚矿体开采问题，有利于矿山完成生产任务并提高经济效益。

关键词：急倾斜;中厚矿体;稳定性;上向水平分层;分步骤回采;采场跨度;干式充填

中图分类号：TD853.34文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2021）10-0049-05doi：10.11792/hj20211010

引 言

近年来，随着经济的迅速发展，对矿产资源尤其是有色金属资源的需求快速增长，而有色金属资源保有量却严重不足，资源开采对象也不得不从开采条件好、品位高的矿体开始向深部、难采矿体、残留矿体推进[1]。目前，中国有色金属矿山大多属于急倾斜薄—中厚矿体，此类矿体在开采过程中面临采切成本高、机械化程度低、生产效率低等问题[2]。据统计，在回采品位不高、矿岩较稳固的矿体时，主要采用分段凿岩阶段空场采矿法或留矿采矿法，在一定程度上降低了生产成本，但面临采矿损失贫化大、采场安全性较低等问题[3];在开采矿岩不稳固、品位较高的矿体时，大多采用充填采矿法，该方法采矿损失贫化低、安全性高，但生产成本较高、工艺也比较复杂。因此，如何安全高效地开采急倾斜薄—中厚矿体一直是采矿行业亟待解决的难题。

内蒙古宏峰实业股份有限公司红花沟金矿（下称“红花沟金矿”）在建矿初期，一直采用回采工艺简单、成本低的浅孔留矿采矿法，但在开采过程中靠近下盘的存窿矿石有一部分出现胶结，大量放矿时不能全部放出，同时上盘围岩塌落导致矿石贫化率、采矿损失率加大，现已逐步转为削壁充填采矿法进行开采。红花沟金矿15-6号矿体属于典型的急倾斜中厚矿体，矿体最厚达到11 m，若继续采用削壁充填采矿法，不仅充填所需的废石料不足，而且采场跨度大，对采场生产安全极为不利，故开展了上向水平分层分步充填采矿法试验研究，旨在解决厚度为8～10 m的中厚矿体的开采问题，完成生产任务，并提高经济效益。

1 工程背景

红花沟金矿15-6号矿体主要赋存于348.7 m（十二中段）、394.3 m（十一中段）、438.0 m（十中段）范围内，矿体中间膨胀，两端缩小，呈透镜体状，平均倾角67°，平均厚度8.45 m，平均品位4.85 g/t，属于高品位急倾斜中厚矿体。其中，394.3 m（十一中段）控制矿体长度90 m，厚度11.0 m（矿体最厚位置）。矿石工业类型为蚀变岩型，局部有黄铁绢英岩化。矿体产状变化较稳定，持续性和完整性较好，无明显的分支复合现象。矿床围岩节理发育，蚀变较强，节理面有泥化现象，造成围岩极易破碎，易冒顶、片帮。总的来说，15-6号矿体的基本特性为：急倾斜、中厚、品位高、节理发育、矿岩不稳固。

目前，红花沟金矿15-6号矿体的回采主要面临以下几个问题：

1）充填料不足。原有的削壁充填采矿法主要应用于薄矿脉，现在削壁下来的废石料已经不能满足采场的需要，需通过外取料的形式进行干式充填。

2）采场跨度太大。15-6号矿体最厚达到11 m，同时矿体又比较破碎，需要严格控制采场跨度，以保证采场安全。

3）充填假底的制作。原计划从十二中段向上一直回采至十中段，但由于生产任务紧张，现改为十二中段、十一中段同时向上进行回采。因此，需要在十一中段制作充填假底，确保能对十一中段留下的底柱进行安全回收。

2 上向水平分层分步充填采矿法

根据红花沟金矿15-6号矿体的开采技术条件，针对开采过程中存在的问题，开展了上向水平分层分步充填采矿法试验研究。

2.1 采场结构参数

矿块沿矿体走向布置。在矿体沿走向方向上，将15-6号矿体作为1个矿块;在矿体高度方向上将348.7 m（十二中段）至392.0 m（十一中段）的矿体作为1个矿块，392.0 m（十一中段）至438.0 m（十中段）的矿体作为1个矿块;采场跨度控制≤5 m，跨度5 m范围内，沿走向一次回采，超过5 m时，分两步骤回采。其中，将矿体下盘作为一步采采场，上盘作为二步采采场[4]。

2.1.1 一步采采场布置

一步采采场位于礦体下盘，采场沿走向长40 m，厚2～5 m，十二中段至十一中段高度为38 m，十一中段至十中段高度为36 m。其中，在一步采靠近二步采采场边界线2 m范围内采用喷浆机进行胶结充填，确保二步采回采安全。具体开采方案见图1。

2.1.2 二步采采场布置

二步采采场位于矿体上盘，采场沿走向长100 m，厚0.5～6.0 m，十二中段至十一中段高度为38 m，十一中段至十中段高度为42 m[5]。由于二步采采场长度较长，因此安排2个机台同时作业，以便于增大采场生产能力。具体开采方案见图2。

2.2 采切工程

一步采采切工程有：架设2条顺路天井、1条顺路溜井、1条充填井。其中，采场内随着向上回采开始，用钢板卷制直径为1.8 m的铁筒，在一步采和二步采交界处架设充填井，便于二步采使用。二步采采切工程主要有：2条顺路人行井、3条顺路溜井、2条充填井（其中1条是一步采采场内铁筒架设而成）、1条先行天井。

切割工程在矿房拉底水平的中央沿采场的走向掘进拉底平巷（宽×高=2.0 m×2.2 m），并以此为自由面，扩帮挑顶形成拉底空间[6]。具体的采切工程量见表1。

2.3 人工假底

由于十二中段和十一中段同时向上进行回采，为确保十二中段采场开采安全，需在十一中段采场留下底柱。因此，在十一中段底柱上部制作人工假底，方便以后进行底柱回收。

人工假底承载原理为：首先构筑高强度的承载板结构，并通过特殊连接体将承载板结构连接到承载基础上，从而实现承载板结构的跨空承载。其类似于桥梁承载结构，高强度的人工假底作为桥面，也是最直接的受力体，其受到上部充填体和自身重力载荷作用，通过钢丝绳索等连接装置连接于桥墩，并把受力传递到桥墩，实现悬空承载，即锚杆、钢筋等材料相当于桥面与桥墩的连接装置，围岩相当于承载受力的桥墩，力学分析见图3。

2.3.1 预留碎矿垫层和铺设塑料薄膜

拉底层全部拉开后进行人工平场，将拉底层残留矿石扒平，使底板纵横向平整，底板留有厚200 mm的碎矿垫层，在碎矿垫层上铺盖一层塑料薄膜[7]。其中，回收底柱时碎矿垫层对爆破冲击波有良好的吸收、减弱作用，减少凿岩及爆破对人工假底的破坏，也防止了人工假底冒落造成的矿石贫化。铺设的塑料薄膜是为了减少碎矿的流失，减小采矿损失贫化。

2.3.2 铺设钢筋网

在塑料薄膜上放置木块或碎石，然后再铺设钢筋网，使钢筋网被架高30～50 mm，从而使钢筋网可以完全被充填料浆包裹，增加整体强度。钢筋网中主筋14.0 mm，网度为1 000 mm×1 500 mm（横向×纵向）;副筋6.5 mm，网度为500 mm×300 mm（横向×纵向）;横筋在下、纵筋在上，纵横筋相交处用24#铁丝缠绕加固或焊接。在宽8 m拉底层的底板上，均匀铺设8根纵向主筋，中央主筋位于拉底层中线上，左右主筋距上下盘围岩边界均为0.5 m，钢筋网布置结构见图4。侧帮为上下盘围岩，要在距底板高0.2～0.3 m的上下盘围岩中凿下倾斜孔并镶入圆钢，孔距1.5 m、孔深1.0 m，圆钢38.0 mm、长度1.5 m，圆钢需与钢筋网中横向主筋焊接，焊接长度为150～200 mm。在钢筋网上部铺设承重梁，在上下盘围岩中凿进深2.5 m与3.0 m、断面尺寸为1 m×1 m的硐室，便于工字钢放入，并浇筑混凝土与岩石成为一体。

当左右两帮为一步采的充填体时，二步采施工人工假底时需将一步采假底的预留横筋全部揭露，缠绕搭接或焊接牢固，采用焊接时，必须保证横筋平直焊接，平直焊接长度不小于50 mm，接头要埋入混凝土内[8]。

2.3.3 筑底充填

采用C20混凝土进行筑底充填，充填厚度为0.5 m，其中1 m3C20混凝土含有水175 kg、水泥343 kg、砂621 kg、石子1 261 kg，相应的配比为0.51∶1∶1.81∶3.68。为了保证人工假底的整体性，需一次性完成筑底充填，防止出现假底分层从而破坏假底的整体性。筑底充填完成后，需经过24 h以上养护，才能在假底上进行采矿作业。

2.4 回 采

采场每分层高度设计为2 m。以每分层回采作为一个回采循环。回采循环为凿岩、爆破落矿、通风、撬毛、支护、出矿、接高溜井、下放废石、平场、浇注砂浆等。

2.4.1 凿 岩

采场使用YT28型气腿式凿岩机钻凿水平炮孔落矿，使用Y字型硬质合金钎头，钎头直径40 mm，B22中空六角钎杆，钎杆长度2.0 m。炮孔直径40 mm，孔深1.9 m，按照矿体全厚一次性向前推进，排距0.8～1.0 m，间距1.0～1.2 m，梅花型布孔。如果围岩条件不好，应现场调整控制爆破后的顶板。

2.4.2 采场爆破

使用2号岩石炸药或普通铵油炸药药卷，装药系数0.8，柱状连续装药结构，孔口填塞长度0.2～0.4 m，采用排间微差控制爆破，电子雷管起爆。

2.4.3 通 风

新鲜风流由各中段主巷从顺路天井进入顺路人行井，并从顺路人行井进入采场工作面，清洗工作面后，污风经矿房的充填井（充填井呈放空状态）排至上中段平巷，最后排出地表。

根据目前初步了解，矿井通风系统的通风效果可能欠佳。因此，需做好采用局扇加强通风的准备。

2.4.4 支 护

采场及巷道施工后，要及时对作业面进行支护，确保采场顶板及巷道边帮不发生冒落、片帮等。根据现场条件，拟采用喷射混凝土+树脂锚杆+支护网联合支护。其中，喷浆物料配比组成为m 水泥∶m 砂石=1∶4，减水剂掺量为0.8 %～1.5 %，无碱速凝剂掺量一般为水泥掺量的6 %～10 %，分2次喷浆，第一次喷浆厚度30 mm，锚网支护结束后进行第二次喷浆，其中顶板喷浆厚度为50 mm，两帮喷浆厚度为20 mm。采用树脂锚杆，长2 m，锚固长度600 mm[9]。锚固剂为环氧树脂药卷，锚杆杆体为HRB335型螺纹钢，直径16 mm。锚杆托盘150 mm×150 mm（见图5）。 采场顶板最大跨度为5 m。采场每个分层崩矿后均需要采用喷锚网联合支护，其中锚杆布置见图6。

2.4.5 出 矿

采用斗容0.6 m3、电耙绞车功率为55 kW的电耙进行出矿。落矿前，在废石层表面浇筑厚300 mm的胶结层，以便于减小采矿损失贫化。电耙耙矿时，不能耙到胶结层，耙完大部分矿石后，人工清理胶结层上及电耙耙不到的地方。矿石通过采场内架设的顺路溜井下放，再通过溜井底部的放矿漏斗装入矿车，最后由矿车运至主井后提升至地表。

2.4.6 充 填

每回采一个分层，充填一个分层。采场充填分为废石充填及废石浇注胶结充填2种方式。

1）廢石充填。回采期间，将地表（标高823 m）堆存的废石利用铲车装至矿车运至废石充填孔口，靠自溜方式放至十中段水平，再用矿车运送至采场已施工的废石充填井中，利用电耙在采场内部进行废石平场，采场废石主要为上向采矿提供作业平台、限制采场上下盘围岩移动。

采場废石充填工艺流程：地表废石通过铲车装运至矿车→运送至地表废石充填孔口→自溜至十中段预定位置→矿车运送至采场废石充填井→分层采场→电耙运搬、平场→形成平整充填体。

2）废石浇注胶结充填。一步采采场靠二步采采场侧有宽2 m的胶结充填体。胶结充填体的形成方式为：在已充填的废石体上，用喷浆机浇注较稀浓度的砂浆，自渗进入废石体中形成废石胶结体。砂浆参数为砂浆浓度70 %，灰砂比1∶4。

2.5 主要技术经济指标

选择在红花沟金矿三采区十二中段14勘探线—18勘探线的矿块进行上向水平分层分步充填采矿法工业试验，取得的主要技术经济指标见表2。

3 结 论

1）针对目前红花沟金矿15-6号矿体急倾斜中厚矿体开采遇到的问题，开展了上向水平分层分步充填采矿法试验研究。通过减小采场跨度、外取料干式充填、喷锚网支护等方式成功解决了充填料不足、顶板管理困难、采矿损失贫化大等问题。

2）从上向水平分层分步充填采矿法的技术经济指标来看：该方案的贫损指标较好，生产能力也较原来的削壁充填采矿法大大提高，而且采切成本较低，能够缩短开采周期。不足之处是以外取料的形式进行干式充填，需开凿充填孔，而且部分需要胶结充填，因此采矿直接成本较高。

[参 考 文 献]

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Application and upward horizontal slicing step-and-fill

mining method in Honghuagou Gold Mine

Ren Yudong

（Changchun Gold Research Institute Co.，Ltd.）

Abstract：The No.15-6 ore body in Honghuagou Gold Mine belongs to steeply inclined medium-thick ore body that has poor ore rock stability.So resue-and-fill mining method can easily lead to poor safe operation conditions in the stope and great mining loss and dilution.According to the mining technical conditions of No.15-6 ore body in Honghuagou Gold Mine，experimental study on upward horizontal slicing step-and-fill mining method was carried out.The method is basically based upon upward horizontal slicing dry filling mining method，mines the stope in steps，controls the stope span，and ensures the stability of the stope roof and the safe operation.The scheme effectively solves the challenges to mine the ore bodies with the thickness of 8-10 m，and is beneficial to meeting the production goal and increasing economic profits.

Keywords：steeply inclined;medium-thick ore body;stability;upward horizontal slicing;stepped mining;stope span;dry filling