苏尼特金矿无底柱分段崩落采矿法的优化及应用

张文官 冯凯

摘要：苏尼特金矿缓倾斜—倾斜厚矿体采用无底柱分段崩落采矿法回采时，采场垂直矿体走向布置，受矿体产状影响，存在采矿损失贫化大的问题。根据矿体开采技术条件，在原采矿方法基础上采用多种优化改进方案：改直切井为斜切井，改平进路为坡进路，改进路为堑沟，改切巷切井联合拉槽为扇形中深孔爆破拉槽等。工程实践表明，优化改进方案实施后效果明显，不仅减少了工程量，降低了采掘成本，而且降低了矿石贫化率和采矿损失率，在同类矿山中具有推广价值。

关键词：无底柱分段崩落采矿法;缓倾斜—倾斜厚矿体;切井;进路;堑沟;扇形中深孔爆破;拉槽

中图分类号：TD853.6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）10-0054-05doi：10.11792/hj20211011

引 言

无底柱分段崩落采矿法具有安全性好，采矿方法结构和工艺简单、容易标准化，机械化程度高等优点，被广泛应用于矿体产状较规则、稳固性中等的急倾斜厚矿体和缓倾斜极厚矿体的开采[1-2]。但是，由于其回采巷道多为独头作业，导致工作面通风困难;而且由于每次崩矿量小，放矿时矿岩接触面积大，导致采矿损失贫化较大。对于不规则的倾斜（或缓倾斜）厚大矿体来说，使用该方法开采时的采矿损失贫化问题更为突出，严重影响矿山经济效益。因此，在无底柱分段崩落采矿法基础上进行工艺改进，降低采矿损失贫化和采矿成本十分必要。

苏尼特金曦黄金矿业有限责任公司（下称“苏尼特金矿”）主采矿体属缓倾斜—倾斜厚矿体，前期为露天开采，2014年转为地下开采，受露采坑的影响，采用无底柱分段崩落采矿法开采时，井下进路接近露采坑部分难以布置工程，存在安全隐患，且采用该方法开采时采矿损失贫化较大。因此，在无底柱分段崩落采矿法方案基础上对回采工艺进行优化改进，以适应矿体产状变化。采用优化改进后的无底柱分段崩落采矿法进行开采，采矿损失率和矿石贫化率明显降低，顺利回采了局部难采矿体，既保证了采矿回采率，又降低了安全风险。

1 工程概况

苏尼特金矿位于内蒙古自治区锡林郭勒盟苏尼特右旗境内的朱日和镇，地处内蒙古高原中部的低山丘陵草原区，地势平坦、山势低缓，区域海拔高度为1 200～1 460 m。

苏尼特金矿所采Ⅱ号矿体形态呈板柱状，总体呈北北西向展布，水平长372 m，斜长450 m，平均宽35 m，最大见矿厚度99.98 m，最小厚度3.01 m，平均厚度30.27 m;矿体向南南东深部倾伏，倾向65°～75°，倾角34°～55°，属缓倾斜—倾斜厚矿体。赋矿标高935～1 230 m，金平均品位1.92×10-6。矿岩普氏硬度系数f=8～10，矿石自然类型为贫硫化物石英网脉状蚀变岩型，工业类型为斑岩型，以原生硫化矿石为主，极少数氧化矿石，矿石密度2.67 t/m3，围岩密度2.60 t/m3;矿石松散系数1.55。

苏尼特金矿于2009年开始露天开采，于2015年9月结束露天开采工程。同时，2014年开始转入地下工程建设，历经2年完成罐笼竖井掘砌安装工作，2016年下半年进行二期基建工程，2017年进行试生产，2018年基本实现达产。

地下开采采用竖井开拓，单罐笼配平衡锤提升，3 t 架线电机车牵引1.2 m3侧卸式矿车或0.75 m3翻斗车出矿，对角抽出式机械通风;井下中段段高60 m，各中段間通过辅助斜坡道连接，以适应无轨设备通行需要。

2 无底柱分段崩落采矿法

Ⅱ号矿体厚大，上部覆盖层较薄，1 130 m标高以上矿体埋藏浅，采用露天开采。1 130 m标高以下深部矿体，采用地下开采。根据矿体的开采技术条件，经过方案比较，选择采用无底柱分段崩落采矿法开采。

2.1 矿块结构参数

矿块垂直矿体走向布置，矿块宽50 m，长为矿体厚度。阶段高度60 m，分段高度15 m，进路间距12 m。切巷和进路规格3.6 m×3.5 m，能满足大型凿岩台车工作空间，切井规格2.0 m×3.0 m。

2.2 采准切割工程

每个矿块各布置1条矿石溜井、1条废石溜井，在矿体下盘围岩中布置回风天井。进路垂直矿体长轴方向并在上下呈菱形交错布置，脉外运输巷布置在矿体下盘的围岩中，可减少矿石损失，改善通风条件。

在矿体下盘开掘辅助斜坡道，以解决铲运机通行问题，直道坡度15 %，弯道坡度0 %，断面（宽×高）2.6 m×2.8 m，曲线半径为10 m。

切割工程采用切割平巷和切割天井联合拉槽法。拉槽孔采用平行孔或近似平行孔，孔数3～4个，排间距1.2 m，孔底距1.0～1.2 m。

凿岩采用YT28型和HT72型采矿钻车，装矿（岩）采用DRWJD-1型德瑞电动铲运机，在回采工作面配置JK55-2№4.5型局扇辅助加强通风。

2.3 回 采

回采工作从进路端部切割巷道开始，自上而下分层开采，采用HT72型采矿钻车钻凿上向中深孔，炮孔呈扇形布置，孔径70 mm，边孔角50°，排面倾角90°，每排孔11～12个，孔总长100～145 m，排距1.5 m，孔底距1.6～2.2 m，每米崩矿量4.5～5.0 t。根据各个采场岩石硬度不同，需要在切割槽与进路间布置1排加强排，加强排距离切割槽边缘0.8～1.0 m，炮孔参数与进路第一排炮孔相同。爆破采用2号岩石乳化炸药和毫秒导爆管，非电起爆，每次崩矿量720 t左右，一次炸药单耗0.45 kg/t。采用DRWJD-1型德瑞电动铲运机出矿。

2.4 存在问题及原因分析

在采用无底柱分段崩落采矿法开采过程中，逐渐暴露出一些突出问题，主要表现在以下2方面：

①采矿损失贫化大;

②受露采坑影响，井下采矿进路接近露采坑部位难以布置工程，存在安全隐患。

针对上述存在问题，及时查找原因。经过分析，其主要原因为：

1）无底柱分段崩落采矿法适用条件之一为规则的陡倾厚矿体，而该矿体为缓倾斜—倾斜厚矿体，采矿进路自矿体上盘向下盘掘进时，如果进入下盘岩体部分的进路短，虽能减少矿石贫化，但会造成前方矿体不能回采、上分段结存矿石不能回收，采矿损失增大;如果进入下盘岩体部分的进路加长，虽能保证前方矿体顺利回采、上分段结存矿石能够回收，但会增大矿石贫化，这就是损失或贫化产生的原因。

2）按照初步设计，露天开采与地下开采衔接部位留有10 m保护带，为提高回采率，苏尼特金矿决定回收该保护带。露采坑口大底小，边帮已风化，在露天开采与地下开采衔接部位布置工程难度大，既存在安全风险，又会导致矿石损失。

3 采矿工艺优化改进

鉴于上述存在问题，采矿损失贫化过高将严重影响经济效益，为做到既要不浪费矿产资源又要不减经济效益，需采取切实可行措施降低采矿损失率和矿石贫化率。保护带的施工方案既要做到技术上可行，又要保证安全上可靠。苏尼特金矿结合现有开采技术条件，有针对性地对原有采矿方法进行技术优化改进，应用效果明显。

3.1 改进方案

3.1.1 改直切井为斜切井

原采矿方法进路端部拉槽为切巷+切井联合拉槽，切井为直切井（倾角90°），现将直切井改为斜切井（倾角50°～60°）（见图1）。采矿实践证明，斜切井倾角只要不小于50°，就能够保证爆下矿石及上个分段结存矿石下落。通过1401#采场直、斜切井对照图（见图1）可以看出，改进方案还可以减少进路工程量，当斜切井倾角为59°时，每条进路可减少7 m（82 m3）工程量，节省工程费用3万元，同时降低矿石贫化。

需要注意的是，利用斜切井拉槽前，宜将斜切井先扩井，扩井后切井呈倒三角形，然后再进行拉槽[3]。生产实践表明，因补偿空间增大，这种方式拉槽效果更好，而且拉槽施工难度有所降低（见图2）。

3.1.2 改平进路为坡进路

原采矿进路为平进路（坡度为0 ‰），现将平进路改为坡进路（带坡度的进路）（见图3）。生产实践表明，坡度不宜超过100 ‰，否则电动铲运机铲运矿时会变得困难。由图3可知：随着坡进路的延长，在垂向上降低了采高，同时进路端部的切井也将变短，这样不仅减少了采掘成本，而且降低了矿石贫化率。仅以1 125 m分段1条进路为例进行对比，坡进路比平进路少采废石3 200 t;切井减少进尺5 m，节约工程费用1.5万元。若1个标准采场按5条进路计算，则可少采废石1.6万t。

3.1.3 改进路为堑沟

原各采矿进路在垂向上以菱形布置，上下交错，上分段结存矿石自下分段进路放出。现将下分段采矿进路改为堑沟，将交错布置改为上下垂直对应布置（见图4），既解决了结存矿石的放出问题，避免了采矿损失，又减少了工程量，降低了矿石贫化。采用此改进方案的前提是堑沟作为最底部工程在岩体中掘进，最大目的是回收上分段结存矿石，减少采矿损失，降低矿石贫化。

3.1.4 改切巷切井联合拉槽为扇形中深孔爆破拉槽

原采用切巷切井联合拉槽法形成采场补偿空间，采矿生产应用比较成功，其特点之一是采切工程量较大。现改为进路端部扇形中深孔爆破拉槽（见图5），免去了切巷与切井的施工，减少了工程量。充分利用露采坑边帮临空面，也是选用该方案的前提条件。

改进方案采用多排扇形中深孔爆破拉槽，不需掘进切割巷道和天井，自进路端部开始，以进路顶板为最初自由面，钻凿排孔角由小到大的扇形孔，爆破采用毫秒导爆管和乳化炸药，施行排内、排间微差爆破，爆破顺序呈“V”字型（见图5），逐步拉开切割槽。

此种拉槽法取消了施工成本高、安全性差、劳动强度大的切割天井和切割巷道（接近露采坑边帮），回采工艺简单，提高了生产效率，降低了采掘费用。

3.2 应用效果

1）经计算，采用斜切井比采用直切井少采废石8 330 t，按照1个标准采场有5条进路（总宽60 m）计算，整个采场矿石贫化率可降低6.9百分点;每条进路长度可减少7 m，采用斜切井比采用直切井节省工程费用15.83万元，效果明显。2种方案的回采率保持不变。

2）采用坡进路方案施工时，1个标準采场比平进路施工少采废石1.6万t，可降低矿石贫化率13.3 百分点，同时节约工程费用1.5万元，经济效益可观。

3）采用堑沟方案比进路方案在穿孔工程量、爆破器材消耗、矿石贫化率方面均可下降三分之二左右，可大幅缩减凿岩工程量和材料消耗，减少废石混入，经济效益明显。

4）采用扇形中深孔爆破拉槽方案，可省去切井施工，既降低了施工切井安全风险，又可节省施工切井工程费用1.35万元。

综上，采用优化改进的采矿方案后，采场矿石贫化率下降幅度明显，设计矿石贫化率18 %，采用原方案实际矿石贫化率达24 %，采用改进方案后矿石贫化率为18 %，下降6百分点;并且保证采矿损失率只降不增，原方案设计采矿损失率15 %，采用改进方案后采矿损失率为7 %，比设计采矿损失率降低了8百分点。同时，工程费用降低15～20万元（按1个标准采场计算），且降低了安全风险，取得了较好的经济效益和社会效益。

4 结 论

1）针对苏尼特金矿缓倾斜—倾斜厚矿体的开采技术条件，采用无底柱分段崩落采矿法的优化改进方案，较好地解决了大量废石混入导致的急剧贫化问题，在降低矿石贫化率的基础上保证了采矿回采率，同时减少了工程量，降低了安全风险。

2）采用优化改进方案，采场矿石贫化率降低为18 %，下降6百分点;采矿损失率降低为7 %，比设计采矿损失率降低了8百分点。

3）工程費用降低15～20万元（按1个标准采场计算），降低了安全风险，取得了较好的经济效益和社会效益。

4）此类改进方案的实施不仅解决了该金矿缓倾斜—倾斜厚矿体应用无底柱分段崩落采矿法的技术难题，而且为同类型采矿方法在相似矿山的应用和推广提供了成功的案例，具有较强的参考价值和借鉴意义。

[参 考 文 献]

[1] 贾旭峰，赵龙，任绍勇，等.上向水平分层充填采矿法回采技术改进及应用[J].黄金，2018，39（9）：30-34.

[2] 熊国华，赵怀遥.无底柱分段崩落采矿法[M].北京：冶金工业出版社，1988.

[3] 《黄金矿山实用手册》编写组.黄金矿山实用手册[M].北京：冶金工业出版社，1990.

Optimization and application of pillarless sublevel caving mining method in Sunite Gold Mine

Zhang Wenguan，Feng Kai

（Sunite Jinxi Gold Mining Industry Co.，Ltd.）

Abstract：When the gently inclined-inclined thick ore bodies are mined by pillarless sublevel caving mining method，the stope is arranged perpendicular to the ore bodies and affected by the ore body occurrences，leading to great mining loss and dilution.According to the technical conditions for ore body mining，many optimization plans are adopted based on the previous mining method：the straight cut shaft is changed into inclined cut shaft，the level approach is changed into ramp approach，the approach is changed into trench，the cut groove combining cut drift and cut shaft is changed into fan-shaped medium-long hole blasting cut groove.Engineering practice shows that after optimization，the construction load is reduced，the mining and excavation cost is lowered as well as the ore dilution and mining loss rate.The optimization is worth promotion in similar mines.

Keywords：pillarless sublevel caving mining method;gently inclined-inclined thick ore body;cut shaft;approach;trench;fan-shaped medium-long hole blasting;cut groove