某金矿缓倾斜破碎薄矿体采矿方法优选及应用

2021-03-07范顺刚姜永恒闻博宇任玉东

现代矿业 2021年1期

范顺刚姜永恒严硕闻博宇任玉东

(1.云南黄金有限责任公司镇沅分公司；2.长春黄金研究院有限公司)

缓倾斜薄矿体在我国金属矿山中占有较大的比例，该类矿体由于倾角较小[1]，采场爆破的矿石不能借助自身重力运送到采场底部，需进行机械或人工运搬[2]。缓倾斜矿体的采场水平面积大，顶板管理困难，给生产带来重大安全隐患，由于矿体较薄，所需的巷道较多，进而造成采切比较大，采矿直接成本高；同时，矿岩稳固性较差，在回采过程中需要对顶板进行维护，在爆破中极易造成矿石的损失和贫化。因此，安全、高效开采缓倾斜破碎薄矿体对矿山的长远发展具有重大意义。

1 工程概况

贵州某金矿矿体产于深部龙潭组地层之间破碎含金蚀变带中，矿体产状与岩层产状基本一致，呈似层状、鞍状近水平产出，远离背斜轴部则矿体消失，习称楼下矿。按产出位置及垂向分布关系圈出6条工业矿体。其中，Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#3条矿体的平均品位较高，另外3条矿体的平均品位均低于5 g/t。Ⅲ#矿体较连续，平均产状为169°∠25°，下盘为三叠系夜郎组地层(T1y1-1灰白色条带状粉砂岩)，上盘为二叠系大隆组地层(P3d灰黑色黏土岩)，节理、揉曲发育，具黄铁矿化、方解石化、硅化，矿化不均匀。方解石呈细脉状出现，黄铁矿呈星点状出现。Ⅲ#矿体平均厚约2.5 m，平均品位为2.68 g/t，矿体密度为2.87 t/m3，倾角平均为20°～35°，矿岩较为破碎，属于难采矿体。

2 采矿方法比选

针对矿体的赋存状态和矿山的实际生产情况，为了有效维护采场上盘围岩，选取3种适合的采矿方法：锚杆护顶短壁式全面法、超前长锚索支护“V”形工作面推进全面法、液压支柱护顶壁式崩落法。

2.1 锚杆护顶短壁式全面法

锚杆护顶短壁式全面法适用于缓倾斜薄矿体，矿体垂直厚度一般小于4 m，倾角小于35°。沿倾斜分成3个小分段，分段之间留有一定的矿壁，矿石回采后采用树脂锚杆护顶，分段中崩落的矿石通过电耙巷道耙至溜井中，由溜井装车沿着穿脉运输巷道运出，采矿方法见图1。

图1 锚杆护顶短壁式全面法(单位：m)

采切工程长336 m，掘进工程量为1 626.24 m3，矿块地质矿量约为22 750 t，矿块实际采出量约为21 862 t，采切比为15.37 m/kt。采场生产能力为50 t/d，矿石损失率为11.43%，矿石贫化率为8.5%。回采作业成本见表1。

表1 锚杆护顶短壁式全面采矿法回采作业成本

采切工程平均每米直接成本3 000元，分摊到每吨采出矿石的费用为46.11元，则采矿直接成本为85.84元/t。

2.2 超前长锚索支护“V”形工作面推进全面法

针对顶板围岩成层状，上部围岩较为破碎的缓倾斜薄矿体在回采过程中原岩应力受到扰动后顶板层状围岩大范围脱落导致矿石出现贫化大的情况，在原有全面采矿法基础上改进。在矿块回采前通过切割上山向矿体和上部围岩打超前长锚索进行支护，以保证矿石回采后顶板围岩不随矿石而脱落。该方法应用于开采矿体厚度不大于5 m，矿体倾角为15°～30°的缓倾斜薄矿体，采矿方法见图2。

图2 超前长锚索支护“V”形工作面推进全面法(单位：m)

超前长锚索支护“V”形工作面推进全面法采切工程长280 m，掘进工程量为1 869.7 m3，矿块地质矿量约为22 750 t，矿块设计采出矿石量约为21 275.3 t，采切比为13.16 m/kt。采场生产能力为80 t/d，矿石损失率为12.6%，矿石贫化率为7%。回采作业成本见表2。

表2 超前长锚索支护“V”形工作面推进全面法回采作业成本

采切工程平均每米直接成本3 000元，分摊到每吨采出矿石的费用为39.48元/t，则采矿直接成本为89.86元/t。

2.3 液压支柱护顶壁式崩落法

液压支柱护顶壁式崩落法是由普通壁式崩落法改进的。普通方法工作面支架一般采用木柱支护，回收困难，不能重复使用，而新方法采用液压支柱护顶[3]，在工作面推进的过程中回收，可多次重复使用[4]，采矿方法见图3。

图3 液压支柱护顶壁式崩落法(单位：m)

液压支柱护顶壁式崩落法采切工程长76 m，掘进工程量为367.9 m3，矿块地质矿量约为22 740 t，预计采出矿量为21 847.5 t，采切比为3.48 m/kt。采场生产能力为80 t/d，矿石损失率为10.5%，矿石贫化率为8%。回采作业成本见表3。

表3 液压支柱护顶壁式崩落法回采作业成本

采切工程平均每米掘进成本加上支护成本约3 000元，分摊到每吨采出矿石的费用为10.44元，则采矿直接成本为44.71元/t。

2.4 采矿方案对比选择

锚杆护顶短壁式全面法(方法一)、超前长锚索支护“V”形工作面推进全面法(方法二)、液压支柱护顶壁式崩落法(方法三)技术经济指标综合对比分析见表4。

表4 主要技术经济指标

由表4可知，方法一工艺相对较简单，但需要水平分段进行回采，采切工程量较大，每一分段需要留顶柱，矿石损失较大，需要使用锚杆护顶，综合回采成本较高；方法二采矿工艺简单，工人劳动强度较低，但需要对采场顶板进行超前锚索支护，支护工艺较复杂，采矿综合成本高；方法三回采工艺相对较复杂，需要在采场内搬运液压支柱，但采切工程量较少，采矿损失率较低，液压支柱可以回收再利用，回采综合成本较低。综上分析比较各方法优越性，方法三>方法二>方法一。故选择液压支柱护顶壁式崩落法对矿体进行回采。

3 工程应用

3.1 矿块结构参数

针对1 340 m中段67～71勘探线Ⅲ#矿体769采场，采用液压支柱护顶壁式崩落法进行回采。矿块沿走向长45 m，斜长约50 m，高度为矿体厚度，约为2.5 m，矿体倾角约为22°，采场沿斜长呈分段布置，上分段斜长35 m，下分段斜长15 m，兼作底柱，当上分段回采结束后，再进行底柱的回收。

3.2 采切工程

采准切割工程包括人行通风上山、电耙洞室、装矿上山、切割巷道。首先在71勘探线内向东沿着矿体掘进769III沿脉运输巷道，东沿脉掘进至67勘探线；再在71勘探线和67勘探线处掘进人行通风上山与上中段巷道贯通，保证通风顺畅，并兼作探矿上山；最后在71勘探线穿脉巷道内向东掘进装矿上山，并与769Ⅲ-1上山贯通，沿着矿体底板向东掘进切割巷道，并与769Ⅲ-2上山贯通，在切割巷道内掘进电耙硐室，完成整个采场的采切工程。采切设计见图4，采切工程量见表5。

图4 769-Ⅲ采场采切设计

表5 769-Ⅲ采场采切工程量

3.3 回采工艺

矿块整体沿矿体走向从一侧向另一侧进行条带式、后退式回采，在每一条条带内沿矿体倾向方向进行逆倾斜回采，确保工人在液压支柱支护范围内安全作业。

3.3.1 凿岩爆破

切割巷道掘进完成后，首先对切割巷道和人行通风上山进行压顶和起底作业，将矿体顶底板完全揭露后再采矿。先以切割巷道为自由面，回采出一定空间，利用液压支柱支护，留出作业空间，再采用YT-28型气腿式凿岩机钻凿水平炮孔。回采时为了减小液压支柱及钢梁之间的暴露面积，钻孔的有效长度为1.8～2 m，每次爆破5～7排，靠近顶板的一排炮孔距顶板保持0.3～0.5 m。

爆破采用2#岩石乳化炸药，靠近顶板的一排炮孔使用φ28 mm乳化炸药，不耦合装药，其余炮孔使用φ32 mm乳化炸药，非电导爆管雷管排内、排间微差顺序起爆，每排炮孔首先起爆中间1～2个炮孔，然后起爆靠近顶底板炮孔。最小抵抗线为1 m，孔距为1～1.2 m，孔深1.8～2.0 m，每次爆破5～7排。采用控制爆破保证护顶层。

3.3.2 采场通风

采场设置局扇，将风流引入工作面，污风从上部壁柱的通风联巷及崩落的岩石堆回风。新鲜风流在系统压差的作用下由1 340 m中段71勘探线进入，从矿房一侧的人行通风上山经切割巷道进入采场，清洗作业面后，污风经爆堆及放顶后的岩石堆进入1 365 m中段沿脉巷道，随系统回风排出地表。由于采场通风为爆堆和岩石堆通风，效果不好，采用局扇加强通风。

3.3.3 采场出矿

每次采场落矿后，先采用30 kW电耙将矿石从倾斜工作面运送到切割巷道中，再采用30 kW电耙沿切割巷道耙至装矿上山进行装车。在电耙悬挂过程中注意操作安全，采场内需要将电耙滑轮悬挂在掌子面处，切割巷道内沿着巷道边帮，将滑轮悬挂在切割巷道下侧边帮上。工作面耙矿过程中控制电耙运行的位置，使电耙尽量紧贴矿壁耙矿，以防止电耙耙矿过程中刮碰到液压支柱。在对靠近液压支护一侧的矿石进行出矿时，控制电耙的运行速度，当矿柱之间的矿石无法使用电耙出矿时，进行人工处理，减少矿石损失。

3.3.4 顶板管理与支护3.3.4.1 支护

为了最大限度回收矿石，减少矿石的损失率和贫化率，同时保证采场作业安全，采用单体外注式液压支柱及钢梁支撑顶板，局部破碎应力集中区域采用锚网护顶。

根据矿岩条件并结合其他矿山经验，确定液压支柱离工作面支护2排，间距为2 m，排距为1.5 m。液压支柱采用交叉布置形式，顶梁使用液压支柱配套钢梁，单根顶梁长1.2 m，顶梁之间采用铰连接[5]。在采场爆破前，采用废弃皮带和稻草帘子等对邻近的液压支柱适当保护，以防止因爆破飞石、电耙运行中的撞击等造成液压支柱卸压，降低支护强度。

3.3.4.2 回收支柱及放顶

当回采工作面推进到规定的悬顶距时，一般2～3条条带后，此时控顶距达到4～6 m，暂时停止回采，进行放顶及回收液压支柱。在放顶区内回收支柱，采用安装在切割巷道电耙硐室内的回柱绞车回收支柱，绞车功率为15～20 kW，钢绳直径为20～30 mm，平均牵引速度为8～10 mm/s。回柱顺序是沿倾斜方向自上而下，沿走向方向先远后近。放顶区回柱后，顶板以切顶支柱为界自然冒落，如顶板不能及时自然冒落，则应预先在切顶支柱外0.5 m处逆推进方向打一排倾角约为60°的炮孔，孔深1.8～2 m，装药爆破，强制崩落顶板[6]。

3.4 应用效果

每次保证采场内有2排液压支柱支撑顶板，在放顶区内直接对液压支柱进行回收后，让其自然冒落。液压支柱的支护强度平均可以达到15 MPa，液压支护对顶板提供了足够的支撑力，防止顶板发生沉降、垮落。采场平均生产能力达到80～90 t/d，损失率为9.2%，贫化率为7.8%，现场应用效果较好。现场实施见图5。