某铅锌矿回采方案改造研究*

2022-07-26刘大荣

云南冶金 2022年2期

刘大荣

（云南黄金矿业集团股份有限公司，云南昆明 650220）

金属与非金属矿山多采用崩落法或充填法回采上盘岩石破碎的急倾斜矿体[1]，对于直接顶局部不稳固的矿体，若采用崩落法开采，需要强制崩落顶板以形成覆盖岩层，且出矿过程贫化率很高，严重影响企业整体经济效益[2-3]。采矿方法使用是否恰当，对一个矿山是至关重要的，它直接决定着矿床开采的安全性、资源回收利用率以及企业的经济效益[4]。

某铅锌矿主矿体属急倾斜中厚至厚矿体，矿岩总体属于中等稳固，但矿体直接顶板出露一层厚度（2～8）m不等的千枚岩，该岩层受断层破碎带影响，局部稳定性较差。采用浅孔留矿法开采，曾多次发生采场片冒事故。企业为了开采安全，在矿房靠上盘方向留设（2～3）m厚的矿石保护层来维护顶板稳定，嗣后采用低灰砂比尾砂膏体充填空区。由于充填体强度低，矿柱及矿石保护层等均无法有效回收，矿块综合回收率不足60%，造成大量资源浪费，不利于企业可持续发展。

为了可持续发展，企业对原采矿工艺进行优化改造，将原“浅孔留矿嗣后充填法”改造为“上向分层+进路式”充填法回采方案，有效解决了顶板不稳固对开采带来的安全威胁，大幅提高了资源的综合回收率。

1 采区历史及现状

矿区开采历史悠久，明末清初即有采矿活动，但主要以小规模民采为主。近代规模化开采自20世纪80年代初开始，经过近四十年的开采，目前矿区1 300 m以上资源已基本采完，累计采出铅锌矿石约1 300余万t。采用平硐开拓，电机车牵引有轨矿车运输，中段高度（30～40）m，采矿方法以平底底部结构浅孔留矿法+嗣后尾砂充填为主，局部矿块为削壁充填法，矿山配套建设有选矿厂两座，尾矿库3座。矿山已于2018年建成充填站一座，日最大充填能力可达800 m3，目前正在对1 300 m及以上中段空区进行嗣后充填处理。

2 开采技术条件

2.1 矿体特征

矿区已发现的矿体总数有18个，但具有一定工业价值或历次地质工作列入资源储量估算的矿体只有4个，以Ⅱ1矿体为区内主矿体。Ⅱ1主矿体产于F3断层破碎带之硅化白云质碎裂岩中，矿体位于破碎带靠下盘接触带处，走向长2 320 m，矿体垂深1 170 m，矿体分布最高标高（2 190～1 020）m，矿体总体产状为226°<68°。矿体厚度总体稳定，真厚度（1.07～29.08）m，平均6.10 m。平均品位Pb 2.01%，Zn 10.32%，伴生银65.10 g/t。

2.2 水文地质和工程地质条件

矿区地处滇东北高中山峡谷区，山高谷深，沟谷纵横，地形高差大，有利于地表水、地下水的自然排泄。探明的矿体全部分布于矿区最低侵蚀基准面之上，地形有利于平硐开采，可以自流排水。矿体赋存于震旦系上统灯影组上部白云岩断层破碎带旁侧，主要充水含水层为震旦系上统灯影组岩溶裂隙含水层，富水性中等，为直接充水含水层。构造破碎带发育，富水性弱，导水性差。矿区水文地质条件为以岩溶裂隙水充水为主的简单偏中等类型。

矿体围岩以碳酸盐岩类岩石为主，岩溶弱发育，属弱岩溶化岩石。井巷围岩坚硬，以中厚层状结构为主，工程稳固性一般较好，局部受断层挤压呈碎裂结构，工程稳固性较差。矿体底板为坚硬白云岩，稳固性良好，直接顶板为一层厚度（2～8）m不等的千枚岩，受F3断层破碎带影响，局部稳固性较差，容易发生垮塌、冒落等工程地质问题。根据现场调查的情况，矿山近年来主要采用浅孔留矿法进行采矿，采场直接顶板在采场大量出矿后即自然垮落，局部稳固性较差地段采场顶板在回采过程中会出现小规模片冒。

3 原采矿方案存在问题

矿山2018年前采用普通浅孔留矿法开采，矿块沿矿体走向布置，长（50～60）m，中段高度（30～40）m。平底底部结构，顶柱高（3～5）m，间柱宽（6～8）m，矿柱未回收，矿块回采完成后采用砖砌块封闭空区入口，顶板自然垮落。存在的主要问题：采场回采过程中常出现直接顶小规模片冒，工人靠近上盘区域作业时安全受到威胁；采场大量出矿过程中或出矿完成后顶板即开始坍塌，导致顶柱及间柱来不及回收；由于采用平底出矿，采场底部总有部分矿石无法放出，损失率较大。

2018年，企业对回采工艺进行了调整，在矿房靠上盘方向留设（2～3）m厚矿石保护层来维护采场顶板的稳定（图1），基本解决了采场顶板在回采过程中或放矿中发生坍塌的危险。矿块回采完成后采用钢筋砼封闭空区入口，并对空区进行嗣后充填，充填体一般为1∶12低灰砂比配比尾砂。存在的主要问题：顶柱及间柱仍无法安全回收，矿石保护层占用大量资源也无法回采，矿块综合回收率不足60%，造成大量资源浪费，不利于企业可持续发展。

图1 开采现状剖面图Fig.1 Profile map of mining status

4 回采方案改进研究

为了企业可持续发展，科学合理地开发矿区内有限的矿产资源，对现有采矿方案进行了优化改造[5]。改造后采用“上向分层+进路式充填法”（图2），其主要工艺如下：

图2 改造后开采工艺图Fig.2 Chart of extraction process after improvement

4.1 矿块布置和构成要素

矿山现有各中段运输巷道均掘于矿体下盘岩石中，距离矿体（5～20）m不等，生产探矿过程中已掘有大量穿脉揭露矿体，穿脉间距为50 m左右。因此，采矿工艺改造时本着充分利用原有井巷工程的原则，采场仍沿走向布置，采场长50 m，宽度为矿体厚度，中段高度（30～40）m（试验中段为1 226 m中段，中段高约33 m）。中段内分为3个分段进行开采，分段高度11 m。分段内再分为4个分层，分层高度为（2.7～3.0）m。改造后的采矿工艺不留顶底柱及间柱。

4.2 采准工程

采准切割主要工程有采准斜坡道、分段巷道、分段及分层联络道、溜井联络道、溜井、回风井等。自中段运输巷道向上掘采准斜坡道并与上部中段（回风）贯通，作为联络各分段的主要工程，供人员及铲运机等设备通行；自采准斜坡道在各分段标高向矿块方向掘联络道，并在矿体下盘方向沿走向掘分段巷道，自分段巷道向矿块间隔50 m掘分层联络道，并掘回风天井贯通上下分段。溜井设置在靠近各分段巷道的下盘方向，每个矿块设置一条溜井。改造后采矿方法无切割工程。

4.3 回采、出矿及通风

采场内自下而上分层开采。采场最底部分层（首采层）采用整层式开采，自分层联络道开始向采场中部以矿体全厚推进回采。第二分层及以上各分层采用沿走向进路式开采，自分层联络道开始，向两侧矿房沿矿体走向以进路为单位进行开采，先采靠上盘方向的一条进路，同时对直接顶板局部不稳固地段采用锚杆（或超前锚杆）维护其稳定，回采进路断面形式为矩形，进路宽（3.0～3.5）m，高（2.7～3.0）m。第一进路采完后即进行该进路的充填，然后再开采靠下盘方向其它进路并进行充填。靠下盘方向剩余矿体开采时的进路宽度应根据矿体稳固性而定，若矿体稳固性较好，可以按剩余矿体全厚一次回采。使用1 m3电动铲运机出矿，将矿石经分层联络巷、分段巷道、溜井联络道运至采场溜井下放。下分层开采完毕并开始上分层开采前，应先掘上分层的分层联络道，自分段巷道开始，采用浅孔爆破下分层联络道顶板岩石即形成上分层联络道，部分岩碴用于填埋下分层联络道，多余岩碴用铲运机运至下分层空区充填。

回采时，采用YT28型凿岩机打眼，孔径（45～48）mm，孔深（1.8～2.5）m，进行水平浅孔落矿；采用磁电雷管和导爆管进行微差爆破，单段药量控制在2 kg以内。矿石合格块度小于350 mm，大于350 mm的大块采用破碎锤二次破碎[6]。

新鲜风流由中段巷道通过采准斜坡道、分段巷道、分层联络巷道再经局部通风机送入采场回采工作面，污风经从回采进路排至分层联络道，经分层联络道端部回风天井排至上中段巷道，汇入上回风系统排出地表。

4.4 采场充填

采场充填形式及配比等按照采场分层或进路不同分为以下情况：①采场最底部分层（首采层），整层回采结束后，先进行平底，并在采场底部敷设钢筋网，并将钢筋网吊挂、焊接，修筑充填挡墙，架设充填管道等充填准备工作，然后开始充填。充填灰砂比为1∶4～1∶5，待充填体强度达到4.5 MPa以上时才能开始上部分层的开采[7]；②上部各分层，一步骤回采靠上盘进路时，采用充填灰砂比为1∶8的膏体；二步骤回采其它进路时，采用充填灰砂比1∶12的膏体充填。采场各进路在充填前，要架设挡墙，阻断采空进路与分段联络道。在整个采场回采充填结束后，封闭各分段巷道与分层联络道等，对采场最上分层及联络道等进行接顶充填。

5 方案评价

改造前后采矿方法技术经济指标对比如表1。新方案在各分层内首采靠上盘方向的进路时，对不稳固地段顶板采用锚杆（或超前锚杆）维护其稳定，减少了原方案留设矿石保护层所损失的资源，有效提高了资源回收利用率。各进路采用铲运机出矿，避免了原方案集中大量出矿过程中顶板坍塌导致的贫化，出矿品位得到有效提高。改造后方案不留设顶底柱及间柱，资源综合回收率较原方案提高了41.4%。与原开采方案相比，新方案采矿贫化损失指标均得到大幅度下降，出矿品位得到提高，企业总体效益得到明显改善。虽然新方案单位采矿综合成本增加了8.4元，但单个矿块可多采出铅锌矿石量32 192.6 t，初步估算矿山未来可多采出铅锌矿石240余万t，生产服务年限可延长至少8年。