广西某锡矿残矿回收方案研究

2022-06-28宋首洋

现代矿业 2022年5期

宋首洋

（广西高峰矿业有限责任公司）

随着易开采优质资源的日益枯竭，矿区深部下沉矿、残矿的回收利用逐渐成为学者们研究的重点［1-3］。在实际资源开采过程中，井下采场往往形成大量采空区及垮塌区，并堆积大量下沉矿、残矿，未能及时回采利用。因此，采空区、垮塌区残矿的回收利用可为矿山企业最大限度提升资源回收率，为矿山可持续发展提供有力支撑［4］。由于下沉矿、残矿回采的开采技术条件复杂、安全性差，制约因素繁杂，该部分资源的回收利用面临着诸多技术挑战［5-9］。因此，开展复杂地质条件下的残矿回收利用须经过科学地论证研究，并针对性地采取安全技术对策，以确保残矿资源回收的安全可靠、技术可行、经济合理。基于广西某锡矿下沉矿、残矿等难采资源的技术难题，对残矿资源的综合开采技术条件进行深入剖析，系统开展采空区、垮落区边缘资源的回收利用研究，对不同复杂环境下的难采资源回收方案进行优化，以期回收大量优质残余资源，提升企业经济效益。

1 矿区概况

广西某锡矿位于大厂矿田西矿带内的巴力—龙头山矿区，矿床总体产于泥盆统生物礁灰岩中，总体属锡石-锡石硫化物-铁闪锌矿-脆硫锑铅矿-磁黄铁矿亚型矿床。矿体厚大富化部分主要集中于上部及倾伏端，矿床有用元素主要为Sn、Zn、Pb、Ag、S等。该矿床深部矿体总体可划分为东、西两翼：西翼产状262°∠20°，沿走向延长680 m，倾向延伸930 m；东翼产状85°∠10°，产状基本稳定，沿走向延长500 m，倾向延伸210 m。矿体平均厚度为3.23 m，连续性较好。

目前矿山多数资源已消耗，仅存1 号、100 号、100-1 号、100-2 号矿体和待开采的105 号矿体。其中，上部100 号矿体已基本采完，深部105 号矿体实质为100 号矿体的延伸，矿体形态呈不规则脉状，连续性较好，走向近EW（178°），倾角较陡（50°～70°）。矿体水平厚度为30～50 m，平均厚度约35 m，其中，-108 m水平矿体厚度约37 m，-103 m水平矿体平均厚度约34 m，105 号矿体开采拟继续利用现有100号矿体开拓系统。105 号矿体则由于多家民窿的抢采，最低开采水平已至-181 m 水平；-103 m 以上部分经过较为充分的开采，对矿体破坏严重，南面矿石回采已结束且已进行胶结充填；-103～-105 m 矿体局部遭到开采破坏；-150～-181 m部分开采程度相对低。

目前矿山开采以井下下沉矿为主，主要集中于-108～-70 m 水平及以下区域，南北、东西向展布范围分别为1 580，800 m，为矿体坍塌至采空区堆积而成，加之后期废石结合水砂回填胶结，该部分残余资源回收难度增大。

目前开采区域所揭露的工程地质岩组有6组，分别为坚硬的生物焦炭灰岩岩组（）、软硬相间的泥岩与泥灰岩夹硅质岩岩组（）、坚硬的硅质岩岩组（）、坚硬的扁豆状灰岩岩组（）、软硬相间的泥灰岩（）及花岗斑岩岩组，井巷围岩总体完整性较好。矿体与围岩界线清晰，矿石硬度系数f=8～10，围岩硬度系数f=6～8，岩体结构以块状结构为主，局部为碎裂结构，矿岩属中等稳固～稳固型。

近年来，对于井下深部探采工作的深入开展，发现该区域仍有较为可观的矿石存储量，且矿石品位较高，Sn平均品位为2.22%，伴生Pb品位6.63%、Sb品位5.48%、Zn品位12.54%，预估保有矿石量3.99万t。

2 现有开采工艺

根据矿体赋存特点，结合开采技术条件，矿山目前采用的采矿方法：①矿体厚度≥3 m 地段采用留护矿壁的房柱采矿法，矿块沿走向布设；②矿体厚度＜3 m 地段选用全面采矿法，采场内留不规则矿柱，矿岩破碎地段采用壁式崩落法；③105 号矿体采用机械化向上分层充填法，在矿体为急倾斜地段采用分段空场嗣后充填法。

传统的难采矿石回采工艺主要是在形成矿体单边脉外巷后，从该巷道的另一端掘进凿岩道以贯穿整个矿体，而后进行矿石回采与采场充填；再隔条式掘进另一条块凿岩带，循环前述工艺流程。由于下沉矿、残矿长期处于高温高压环境［10-13］，已演变成为凝结、较为破碎的离散体，采用传统回采工艺无法形成有效进路而贯穿控制整个矿体，直接进行回采并充填仅能回采一部分矿石。此外，在实际开采过程中，易出现卡钻、顶板破碎垮塌、爆破效果不佳等现象［14］，无法形成有效凿岩道，进一步降低回采率，阻碍着矿山安全、持续生产，从而损失大量优质资源。

3 残矿回采方案

本次回采方案主要针对-151-3#采场-108～-103 m 52～54 线矿石进行回采，总体采用机械化上向分层充填采矿法回采矿石，分条块后退式隔条回采，条块宽度为30～35 m，回采高度约5.0 m，条块宽度为6.0 m，条块或矿柱内掘进凿岩道，采用全断面退采［15］。出矿联道断面、凿岩道断面及溜井联道断面规格均为3.2m×2.9 m（宽×高），卸载硐室断面规格为3.2 m×4.0 m（宽×高）。总体回采顺序为从北到南依次回采，利用已贯通的4#条块凿岩道回采4#条块，隔条施工1#条块凿岩道并回采。鉴于-103 m 出矿进路与-108 m4#条块存在垂直关系，则需待-108 m4#条块回采结束并充填后，再开展-103 m 出矿进路的掘进工作，最终回采南面1#～18#矿柱。

矿区该地段开采技术条件较复杂，在前述方案上，针对不同开采技术条件进一步优化回采方案。

3.1 方案一

矿区-108 m 南面矿柱情况见图1，可看出，从-108 m 西端往-108 m 东端掘进矿柱凿岩道，实现独头贯通的难度较大。该工况可采用东西端相向掘进凿岩道的方法实现两端贯通，再由中间往两侧退采矿石，从而实现对下沉矿矿柱的完全回收。具体方案是在前期采准工程形成环形脉外巷（图1），在有效控制矿体或残矿矿柱的基础上，先采用两端相向掘进凿岩道的方法，以期两端凿岩道贯通后，方可回采矿石。

3.2 方案二

-103 m9#、10#、11#条块矿石原回采设计见图2。若在下沉矿区域出现单独掘进的条块，可能会由于围岩破碎而导致该条块无法形成有效凿岩道，以致两端中间的矿石无法顺利回采，方案一无法适用于该区域。在此工况下，可利用该凿岩道作为进路，向邻近条块掘进多条脉内出矿进路，并分多条块两端掘进，若其中一个条块可以贯穿矿体，则将该条块作为出矿进路，暂不回采，在进路中选择围岩较为稳固的区域，掘进1～2 条联道，以期贯穿方案一中未能实现两端贯通的条块中部，再从条块中部反向掘进，尽可能实现贯穿矿体，即使不能实现，可较大程度上回采下沉矿、残矿矿柱等难采矿石。

当11#条块自东往西掘进贯穿矿体后，可将11#条块作为出矿进路，在进路中选择围岩较为稳固的区域往北9#、10#条块方向掘进1～2条穿脉出矿联道。当任意一条出矿联道可贯穿9#、10#条块，则利用该条联道从9#、10#条块中部按照原设计反向掘进，以实现东西两端贯通，最大程度回采下沉矿、残矿矿柱等难采矿石。-103 m9#、10#、11#条块矿石回采设计优化见图3。

3.3 方案三

若因为原有回采工艺的影响，导致某一水平的矿石无法从该水平进行回采，则可考虑利用2个水平之间矿石区域的上下空间关系，设法将上一水平分层无法回采的矿石从下一水平出矿。

由-108 m水平平面（图4）看出，-103 m北面民窿空区底板处仍堆存较多矿石，无法从-103 m 水平东、西两端脉外巷掘进凿岩道。在-103 m 北面民窿空区下方掘进1～2 条凿岩道，选取该区域的下一水平分层-108 m 水平掘进凿岩道，作为自上往下落矿的爆破自由补偿空间，将-103 m 北面民窿区底板矿石爆破落至-108 m，再从-108 m 东段脉外巷铲运至附近溜井，完成该区域矿石回采。该部分矿石回采设计见图5。

3.4 出矿方式及通风

回采矿石采用铲运机出矿，部分未能出矿石采用遥控铲运机出矿。-103～-151 m3#-108 m 分层溜井施工结束后，矿石则转运至-103～-151 m3#-103 m分层溜井，待该分层溜井结束后，则将废石转运至-132，-127，-116，-120，-103 m 空区内，各空区排满后则将剩余废石排至-103～-151 m4#-103 m 分层溜井，通过-151 m水平转运至大7#盲斜井。

通风采用西进东出的方式，包括2条进回风路线：①新鲜风流由-103～-108 m 斜坡道→-108 m 西端脉外巷→作业面→-108 m 东端脉外巷→-108～-103 m斜井→-103 m 东端脉外巷→-103 m 回风巷；②新鲜风流由-103～-108 m 斜坡道→-108 m 西端脉外巷→作业面→-108～-103 m 斜坡道→-103 m 东端脉外巷→-103 m回风巷。

4 方案经济评价

回采工艺优化前的出矿量及效益见表1，可以看出，方案优化前（2018 年），该工段Sn、Sb、Sb 及Zn 矿的回采率分别为73%、86%、86%和84%，出矿量为13 434 t，经济效益为4241 万元。相较于优化前的回采工艺，优化后的回采工艺实现了掘进环形脉外巷→实现完全控制矿体→多头掘进脉内进路后回采矿石→上下空间关系回采上一水平难采矿石的工艺步骤，回采工艺优化后的出矿量及效益见表2，可以看出，2021 年出矿量达22 654 t，出矿量较优化前的回采方案年均增长11 356 t，增长率高达85%，经济效益也提升至8 731 万元。该优化的回采方案在矿山实际应用3 a中，合计创造经济价值22 902万元，经济效益显著。