大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法底部结构优化

2021-12-04王冠男高艳鹏孙铭阳葛云飞

世界有色金属 2021年17期

王冠男，袁野，高艳鹏，孙铭阳，葛云飞

（赤峰山金红岭有色矿业有限责任公司，内蒙古赤峰 025450）

1 充填采矿技术的优势

在实际采矿过程中，使用填充采矿技术，首先，利用充填采矿技术，可以对矿区中的采空区进行有效的填充，避免其出现变形和下沉的情况，并且能防止采空区出现大幅度的错位[1]；其次，降低矿山贫损的概率。在对金属矿体进行开采的过程中，使用充填技术，不仅能提高矿柱的利用效率，还能优化金属矿的品质，降低矿山贫损；最后，降低采矿作业成本。充填采矿技术可以有效的保证矿体的稳定性，减少废石运输等费用，从而降低作业的成本。

2 充填采矿法底部结构

充填采矿技术能够很好地满足保护环境的需求，并且在采矿过程中还可以有效地避免地表下陷。随着采矿行业的不断发展，社会对于矿产资源的需求越来越高，保护环境和节约资源成为了采矿的主要内容。充填采矿技术作为高效的采矿方法，具有安全环保、灵活等优点，能最大的限度地减少矿石资源的损失量[2]。另外，矿场的底部结构是采矿过程中的重要组成部分，其结构将会对采场爆的矿岩回收的效率带来影响。在对矿上底部结构进行设计时，要考虑矿体的产状、矿岩的稳定性、采矿的技术等，必须要保证和采矿的方式相匹配，才能提高生产的安全性和效率，减少损失和成本投入。在实际开采中，要根据具体的情况，合理地优化矿山的底部结构。目前在矿山采场过程中，进行充填采矿法底部结构优化，由部分矿场的底部结构设计不合理，导致矿山岩石滑落有阻碍，容易残留大量的矿石，残留的矿石回收率较低，造成了资源浪费。底部结构在爆破矿岩过程中，容易出现凹陷，阻碍矿岩滑落，并且还会在残留的矿岩中残留废石，加大了矿石的贫化率。由于底部结构设计不合理，会降低采矿企业的经济效益，因此，要重视底部结构的优化，减少矿石量的残留。

3 底部结构优化的影响因素

3.1 矿石的黏性

矿石黏性主要是指矿石之间相互粘连的性质。黏性的大小体现在粘结力上，并且有数据实验证明，粘结力是影响矿石流动的重要因素。粘结力的大小与地质中包含的泥量、湿度、压实力等因素有关，通常泥质含量较高、湿度合适并且压实力较大的粘结力比较大，容易出现悬拱和空洞。矿石堆积的时间过长会增加粘结力，因此在优化底部结构设计时，需要将其斜角面增大，确保矿石滑落正常。

3.2 拉底空间

采矿场拉底空间要保证足够大，才能使爆落的矿岩不会卡住，确保其顺着斜面滑落到漏斗或者“V”形槽中。同时，底部结构下的矿岩开采难度比较大，一般会成为永久的矿石损失，因此底部结构不宜过大，斜面角的设计要在合适的范围内。

3.3 冲击损伤

矿岩在爆破后会掉落下来，与底部结构发生碰撞，冲击比较大，作用在瞬间完成，这样会导致底部结构接受巨大的冲击，容易出现破坏。大量的矿岩在频繁的冲击下会出现累积损伤。在底部结构优化设计时还要考虑施工、运输、成本等因素。

4 底部结构优化要求和对比

底部结构是采矿过程中的重要组成部分，是采矿场的核心环节。因此，选择合适的底部结构并对其进行优化，有利于提高采矿技术的经济效益，确保采矿生产的安全性。对底部结构进行选择和优化，需要满足以下几点要求：第一，整体结构的稳定性要强，能保证安全作业，并可以承受大量崩矿、放矿、二次破碎等不同环节对结构产生的负荷，确保生产过程中人员和设备的安全；第二，矿柱矿量和残矿的回收量小，矿石损失率以及贫化率低，矿石的回收率高，采矿投入的成本低；第三，合理地使用铲运机，使其充分发挥自身的作用，从而提高出矿量和开采强度；第四，工程量少，并且结构简单，施工的环节简便。

底部结构常见的有两种，分别是平底式底部结构和堑沟式底部结构，其中堑沟式底部结构的优点是，①采场矿堆数量减少，不会出现矿堆死角；②二次返工和损失较小；③破碎的大块在进出口操作，相对比较安全；④残矿的产生量比较少，整体地出矿率高；⑤底部结构的稳定性比较高；⑥可以实现双侧进路采矿。但是堑沟式底部结构不利于测量大孔孔底坐标，爆破基础资料准确性和爆破的效果不能保证。平底式底部结构的优点和缺点与堑沟式底部结构相反，比较适合进行大孔孔底坐标测量，能确保爆破的准确性。但是矿石的出矿率比较低，残矿数量比较大，底部结构的稳定性差。总的来说堑沟式底部结构比平底式底部结构更有优势。

5 实例分析

5.1 矿山概况

大塘矿矿床位于白岩背斜东翼中段，矿体的切斜角与岩层基本一致，一千二百米标高以上为40°～75°左右，一千二百米到九百米之间标高接近于垂直，九百米以下的标高在80°左右。矿段内的地层结构为单斜构造，并且断裂构造的规模比较小，对矿体空间的完整性带来了一定的破坏。矿体主要以磷块岩为主，还存有两种矿，一种矿的平均厚度为12.47m，另一种矿的平均厚度为18.57m，均属于中等稳固。在两层矿之间还有夹层矿，是由浅灰色微粒白云岩和硅质团块岩组合而成，稳固性比较强。

5.2 采矿方式

该矿段的矿床属于急性倾斜中厚至厚的矿体，矿房、矿柱按照垂直矿体的走向依次布置，长度和矿体的厚度相同，阶段高度为70m。主要方式是在中段为1130m中段、1145m顶板、底板沿着矿体走向布置脉外巷道，使两条巷道形成平行的状态，并在顶板沿着矿脉布置溜矿井，每个间隔要在100m左右。在底部的回风巷布置回风天井，将其作为采矿场的回风通道。另外，在采场上部的1200m左右设置“非”字形凿岩硐室。底部阶段设置上装矿进路、受矿硐室等，受矿硐室的位置可以根据矿体的实际情况、矿岩的稳定程度确定合适的位置，采用堑沟底部结构。深孔台车在开始工作的过程中，从1200m处开始向下凿，以凿岩硐室的位置为准，先下凿40m至1145m处的受矿硐室顶板。再结合“VCR”拉槽倒梯段侧向分段崩矿回采工艺，进行整体爆破，然后收集出矿。使用铲运机和振动放矿机运送至地表。

5.3 原设计底部结构

底部结构的适应性会影响采矿场的出矿率和安全性，根据矿体底板的工程地质特征，采取双侧双进路堑沟底部结构，也就是在左右两侧相邻的矿房垂直走向中心线布置装矿巷道，然后在朝着会采矿房制定装矿进路，确保装矿进路与装矿巷道成120°的夹角，这样有利于方便铲运机出矿。同时回采矿房的中心线要设置上拉底巷道。这种设计的底部结构主要特点就是：井巷工程和充填门硐工程相对比较多，尤其是在进行矿房回采时，部分工程需要进行重新设计，增加了采矿的风险和投入，也会延长操作时间。另外，这种两侧同时出矿的生产模式比较灵活，可以提高生产的产能，减少矿产资源的浪费。