上向水平进路充填高效采矿方法研究

郝英杰

(1.山东黄金集团有限公司深井开采实验室，山东 莱州 261442；2.山东省深海深地金属矿智能开采重点实验室，山东 济南 250014）

缓倾斜中厚矿体在金矿山中所占比重较高，矿体倾角较缓造成矿石搬运困难，不适用浅孔留矿法等靠自重运输的采矿方法，15m以下的矿体厚度也限制了分段崩落法或垂直走向进路法的应用。对此种矿体，合理的采矿方法选择一直是制约矿体安全高效回采的重要方面，也是矿山亟需解决的重大难题。

对于开采此类矿体，目前最常采用的方法是上向水平进路充填采矿法。对于此类采矿方法，很多学者在各个方面都进行了充分的研究，王炳文[1，2]等采用数值模拟方法确定了采场进路最佳跨度，极大提高了采场生产能力。宋恩祥[3]根据矿山实际情况，将原有的空场中深孔采矿法改为盘区机械化上向水平分层进路充填采矿法，极大地降低了采场损失率及贫化率。

针对胶东某矿山上向水平进路充填采矿方法矿石回采效率低、充填不接顶问题严重、工人劳动强度大等问题，在原方法基础上，通过合理安排回采顺序提高了进路回采效率、降低了施工及安全成本，取得了较好的经济安全效益，值得推广。

1 工程背景

胶东某矿山主采矿脉矿体呈大脉状，在走向及倾向上均呈舒缓波状，走向NE60°，倾向SE，倾角为28°～32°，平均厚度13.8m，平均品位为1.7g/t。矿石为黄铁绢英岩和黄铁绢英岩质碎裂岩，赋存于厚大断裂蚀变带中，矿体的顶底板围岩为构造破碎蚀变带和玲珑、文登超单元花岗岩[3]。

目前主要采用盘区式上向水平分层进路充填采矿方法回采矿体，采场进路沿矿体走向布置，采场进路回采结束并充填后再进行相邻进路开采，直至分层矿体回采结束后再进行抬层作业。采场内单进路回采、随采随充的采充顺序限制了采矿效率的提高，分级尾砂胶结充填法的固有缺点使充填体很难完全充满进路，充填体距离进路顶板仍保持一定的空间，这就造成了多进路开采时顶板暴露面积过大引起安全隐患。见图1、图2。

图1 原采矿方法采场平面图

图2 原采矿方法135线剖面图

2 采矿方法优化

2.1 矿块结构参数

矿房按照50m长度划分，并垂直于矿体走向布置。阶段高度44m，分段高度11m，每个分段分4个分层进行回采，不留顶底矿柱。矿房和矿柱均为沿矿体走向的进路，按照矿体水平厚度确定进路数量，矿房和矿柱进路间隔布置。进路单侧长度为50m。矿房分为一步采矿房和二步采矿房，一步采矿房回采矿房进路，二步采矿房回采矿柱进路。为保证二步采进路回采安全，确定二步采采场滞后一步采采场4个分层以上。

2.2 采准切割工程布置

采准工程由盘区折返式分段斜坡道、分段脉外巷、换层联络巷等构成，切割工程主要为分层南穿，用以划分采场。分段斜坡道与上部中段贯通，作为人行及风流通道。盘区布置有盘区溜井，充填管路井。盘区溜井与下部倒运中段连通，作为矿毛石倒运通道。充填管路井向上贯通上部中段巷道，并与分段脉外巷连通，用以充填管路敷设。

2.3 回采工艺

（1）回采顺序。133线、135线、137线采场南穿间距为50m。135线平层采场采准南穿施工到矿体上盘之后，根据矿体厚度布置一步采进路，如一分段135线平层采场平面图（图1）1#、2#进路所示，进路间预留矿柱尺寸为3m，作为后续二步采进路，进路规格为5＊4㎡四分之一三心拱。1#、2#进路同时进行回采，在施工至133线、137线采场南穿2m处停止施工，准备充填。充填时，在矿体下盘外施工板墙进行一次性充填，充填高度为3m，留下1.2m空顶高度作为上层开采时的补偿空间。充填结束拆除板墙后，施工换层联络道及南穿至矿体上盘，换层高度为3m，继续在下层采场一步采1#、2#进路的位置压顶施工至距离133线、137线采场南穿2米位置处，南穿单侧进路长度为50m。在135线二分层采场充填结束后，由二分段预先施工的下向二分层换层联络道处施工南穿至矿体上盘并压顶回采一步采2#、3#进路。如此循环上采，直至结束（箭头表示进路开采方向）。

为保证足够的一步采场超前高度，在135线采场一步采进路施工至二分段平分层时，可由132线、137线采场南穿向两侧施工二步采进路，二步采进路规格为3＊4㎡四分之一三心拱。132线、137线采场二步采施工的前提为保证132线、137线采场一步采进路提前施工至二分段平层以上。在二步采进路施工结束后，在南穿矿体下盘外搭建板墙进行一次性充填，充填高度为3m。充填结束后，按照一步采的回采顺序一次上向回采直至结束。135线采场剖面如图二所示（其中①1#表示一步采1#进路）。

（2）凿岩爆破。采用BoomerT1 D凿岩台车钻凿，岩石爆破实用最常见的2#岩石乳化炸药，导爆管为非电的微差型起爆管。人工装药。根据岩石的软硬程度及节理裂隙发育状况进行炮孔布置，减少大块产出，产出率控制在15%以下[4]。采场顶板采用光面爆破，有利于保护采场顶板的稳定。光爆孔间距0.5m，装药密度0.4kg/m，抵抗线0.6m，采用空气间隔装药结构。进路回采孔深为3.0m～3.2m，孔距0.9m～1.0m，排距0.5m～0.6m，装药密度0.5～0.7kg/m，炸药装填结构为连续装药，雷管置于孔底炸药即反向装药形式，孔口处用0.3m长度的炮泥填塞。压采落矿孔深4.0m，孔距0.9m～1.0m，排距0.8m，装药密度0.60kg/m，采用反向柱状连续装药结构，孔口用炮泥填塞0.2m。

（3）采场通风。进路回采时采用JK58-1№4（5.5kW）局扇和φ300mm阻燃导风筒压抽混合式通风方式，新鲜风流从中段巷或分段巷经采场联络巷进入采场，清洗工作面后，污风由抽出式风机抽出。压采落矿时新鲜风流从中段巷或分段巷经采场联络巷进入采场，清洗工作面后，污风由充填通风上山排出。采场内部视情况设置局扇辅助通风，确保采场作业环境。

（4）顶帮管理。严格执行“敲帮问顶”制度，通风结束后使用2m以上的排险钎子进行撬毛排险，对于无法撬掉的大块浮石，采用凿岩台车进行冲击，冲击不下来的考虑进行凿岩爆破处理。同时紧跟作业面进行锚杆穿带（挂网）支护，锚杆采用管缝式锚杆，长1.8m。锚杆孔网度为1000mm×1000mm，锚杆孔直径38mm，锚杆孔深比锚杆长度大50mm～100mm，锚杆孔尽量垂直巷道轮廓线施工，最低不得小于75°，不得沿节理面、裂缝打孔。对较破碎的顶板及不稳固的矿柱，必要时采用喷射混凝土或联合式喷锚网支护方式，确认采场安全后方可进行下一步作业。

图3 采场平面图

图4 135线采场剖面图

（5）采场出矿。采用1.0m3柴油铲运机出矿，铲运机进入采场铲取矿石后，经采场联络道、分段巷道将矿石运至溜井卸矿。采场回采结束后进行粉矿回收，向下0.3m彻底清理底板，对高品位矿石及粉矿进行装袋回收[5]。

（6）采场充填。每分层的矿石清理完毕后，在采场联络道口砌筑充填挡墙。充填管路由充填通风上山引入采场，采用分级尾砂非胶结充填，充填高度3.0m，各分层充填后留1.5m的作业空间[6]。充填水排至采场水窝中，再用潜水泵直接排至中段或分段水仓。最后一个分层回采完毕后，进行充填接顶，顶柱回采完毕后也要充填接顶[7]。

3 采矿方法评价

经改进的上向水平分层进路充填采矿法在胶东某金矿成功应用，并取得了良好的效果。与原采矿方法相比，优化后的采矿方法主要有以下优点：

3.1 节约施工成本

以135线采场为例，每一分层采场减少板墙搭建数目为3个，节省板墙材料费、人工费约8000元。因为充填保留1米的未充填接顶空间，所以在上分层进路施工时避免了钻凿掏槽眼，从而节省了爆破材料，按照每一循环进尺2m，节省25Kg炸药计算，每分层单采场节省炸药费用134000元。

3.2 降低矿石损失率

原采矿方法进路为1/4三心拱断面，其拱形两肩位置为损失矿量。新方法单采场每层增加回采矿量为470.4t，可提高经济效益134938元。

3.3 提高生产效率

以原采矿方法每条进路东西迎头每天一个循环进行对比，因上述采矿方法一步采两条进路同时施工，每个迎头每天施工一个作业循环，每循环约减少钻孔一半，钻孔效率提高一倍，在总作业时间不变的情况下，每个采场每日增加开采矿量为100t，每层经济效益提高约1434290元。

3.4 降低安全隐患

因采场进路充填时保留1.2m高的未接顶空间，在上层进路施工时提供了爆破自由面，同时为顶板光面爆破提供了较好的条件。顶板光面爆破效果更好，顶板围岩扰动较小、顶板裂隙发育不充分。完整围岩减少了顶板支护工作量，有效减少了顶板围岩垮落安全隐患。

4 结论

上向水平分层进路充填法经过优化改进，将原来进路顺序开采改为矿房矿柱进路二步骤回采。经过现场应用发现，新采矿方法极大得提高了生产效率和顶板安全系数，同时降低了矿石损失率，减少炸药消耗，较大幅度得提高了经济效益，适于在具有相似条件矿山进行推广应用。