深部急倾斜厚大金矿采矿方法选择及应用研究

2022-11-04涂旭东马浩吉

现代矿业 2022年10期

曲岩涂旭东马浩吉

（陕西凤县四方金矿有限责任公司）

崩落法开采易造成地表塌陷，引发地质灾害，不利于矿山绿色发展，且技术经济指标较差，而充填采矿法不仅能够满足环保要求，又能够达到较好的经济技术指标，所以得到了广泛应用［1-3］。

四方金矿1 300 m标高以上目前采用无底柱分段崩落法开采，主要面临地表塌陷、山体滑坡、尾矿库使用寿命等问题［4］。现有采矿方法已经无法满足安全生产需求，随着开采深度的增加，地压活动会更加明显，治理也会愈发困难［5］，为了有效解决上述问题，确保矿山可持续发展，特开展采矿方法研究，确定最优开采方案。

1 开采技术条件

四方金矿位于陕西省凤县坪坎镇境内，生产规模为70万t/a，根据矿山现行的工业指标，可圈出一个Ⅰ2号主矿体及围绕主矿体的多个小矿体。通过地质勘探工作，Ⅰ2号主矿体占全矿床资源量的85%以上，长490.80 m，平均厚18.14 m，倾斜沿伸421 m，赋存标高在890 m以上，产状为43°～47°∠46°～83°，总体呈透镜状。

金矿体赋存于蚂蟥沟—八卦沟倒转向斜翼部星红铺组铁白云质绢云母千枚岩中，地表风化裂隙带外为区域主要隔水层，含水性差。矿体位于当地侵蚀基准面以下，矿床水文地质条件属于中等类型。

矿床为韧性剪切带蚀变岩型金矿床，矿体主要赋存在受韧性剪切带控制的蚀变带范围内，矿体围岩主要为炭质千枚岩、铁白云质千枚岩、绿泥石千枚岩等，均为半坚硬围岩。矿体中夹石性质同围岩一样，均为含金蚀变岩体。通过穿脉连续取样，夹石中含有少量金，与矿体界线不清。

2 采矿方法的选择及主要技术参数

2.1 崩落法转充填法整体规划

四方金矿矿体属于急倾斜厚大矿体，综合分析矿体及围岩条件、矿山现有的生产技术条件及装备水平，参考国内外类似矿体的开采情况，得出在现有无底柱分段崩落法下部预留一层水平隔离矿柱作为充填法回采的安全隔离层，下部主矿体采用充填采矿法进行回采，既保证采矿方法顺利转型，同时保证矿山正常的生产产能。

2.2 采矿方法的选择

在前期研究工作的基础上，得出适合四方金矿深部矿体回收的采矿方法有2种，分别为分段空场嗣后充填采矿法及大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法。这2种采矿方法均能满足矿山生产需要，但两者在矿房布置结构及技术经济指标上有所差异。需要结合矿山实际生产技术条件对两者进行研究比较，最终确定最优采矿方法。

2.2.1 分段空场嗣后充填采矿法

中深孔分段凿岩阶段出矿空场嗣后充填的回采工艺见图1。

（1）采场布置与采场结构参数。矿体分两步骤开采，两步骤采场宽度均为15 m，采场长为矿体厚度。采场顶板留5 m厚的护顶矿层不予回采，沿矿体走向方向隔一采一。一步骤采场回采完毕后，对采空区进行胶结充填，一步骤采场充填完毕并养护一段时间后，进行二步骤采场的采准切割及回采工作，第二步骤采场回采完毕后亦嗣后胶结充填。回采方式采用分段凿岩阶段落矿，分段高度为15 m，分段中崩落矿石于采场底部结构出矿。

（2）采准切割。每个盘区沿矿体走向长60 m，由4个采场构成，一步骤采场和二步骤采场各2个。每个盘区布置1个出矿溜井于矿体下盘。铲运机出矿沿脉运输道布置在中段水平的矿体下盘脉外，在沿脉运输道内每隔2个采场掘进垂直矿体的出矿穿脉，在出矿穿脉内均匀布置出矿联络巷，相邻的2个步骤采场共1条出矿穿脉。各分段内布置1条矿体下盘脉外运输道，在分段运输道内布置分段凿岩巷道。每一盘区掘进1条天井连接各分段水平。切割平巷和切割天井布置在各分段内矿体上盘位置。用YGZ-90型凿岩机在切割平巷内凿上向平行中深孔，利用切割天井作为自由面在切割巷道内爆破形成切割立槽。采场最上分段掘进1条充填小井连接上部上中段平巷。

（3）凿岩爆破。凿岩采用YGZ-90型凿岩机，在各分段凿岩巷道内钻凿上向扇形中深孔，孔径65 mm，孔底距1.8～2.2 m，孔排距1.2～1.5 m。钻孔施工完毕后，利用装药器进行装药，利用切割槽形成的自由面一次爆破崩矿。崩矿时上分段崩矿超前下分段，崩矿后上下分段之间形成台阶。用分段导爆管雷管进行每排炮孔之间的分段。

（4）出矿。出矿作业在中段水平内进行，采用2 m3铲运机进行出矿，铲运机通过脉外运输道进入出矿穿脉和出矿联络巷进行铲矿，最终将矿石倒入溜井。

（5）通风。矿块采用贯穿风流进行通风，通风较困难的采场须采用局扇进行辅助通风，采切及其他掘进独头工作面必须采用局扇进行辅助通风。掘进采用湿式凿岩，爆堆进行喷雾洒水，装卸矿地点采取净化措施。

（6）充填。回采工作结束后，开始进行嗣后充填工作。利用封闭墙将采场周围通道进行封闭，封闭墙采用混凝土墙，且有较好的滤水功能。滤水管通过采场顶部进入采场，贯穿整个采场最终引出封闭墙外。充填管路通过采场上部中段巷道到达采场顶部，再通过充填小井进入采场，采场充填工作分3次进行，第一次、第二次充填高度均为2～3 m，第三次充填进行接顶。每次充填需要待上一次充填的充填体养护至一定强度后进行。

2.2.2 大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法

该方案把矿块规则地划分为一、二步骤采场，采用大直径深孔侧向崩矿技术回采，一步骤采场回采完成后进行全尾砂早强胶结充填，待到充填体达到强度后进行二步骤采场回采，二步骤回采完成后进行全尾砂胶结充填。回采方案见图2。

（1）采场结构参数。沿垂直矿体走向方向布置矿块，采场长、宽、高分别为50，15，50 m，留8 m底柱。凿岩硐室布置在上一中段，硐室规格为5 m×3.8 m，每个硐室间隔2 m，硐室内每隔8～10 m掘进一条3 m×3 m的联络道与相邻硐室贯通。底部结构采用堑沟进行出矿。出矿巷道布置在底柱以上水平，再在出矿巷道内掘进出矿进路，出矿进路间距为8～10 m，在出矿进路端部掘进堑沟巷道。将每个矿块的上下盘出矿巷道连通并形成环形，利用一条通风井与上部中段联通用于采场的通风，通风井规格2 m×2 m。每2个矿块掘进一个矿石溜井。

（2）采准切割工艺。采准工程主要包括分段巷道、出矿穿脉、装矿进路、出矿溜井、凿岩硐室、联络道。在矿体脉外布置中段出矿巷道，出矿穿脉由中段出矿巷道向矿体内掘进，在出矿穿脉中以45°向采场拉低巷道掘进出矿进路，进路间距10 m，采用堑沟底部结构。

（3）凿岩及爆破。在拉底巷道内采用YGZ-90型钻机施工上向扇形中深孔，孔深约12 m。在硐室内采用国产T-150型潜孔钻机钻凿下向平行炮孔，钻孔直径为120 mm，孔深约50 m。炮孔排距为2.7～3.0 m，孔距为3.5～5.0 m，边孔距为0.5 m。采场爆破采用全孔侧向崩矿工艺，其主要工艺过程为切割横巷、切割井布置在矿体下盘，切割横巷由拉底巷道至采场边界拉开，切割井从拉底巷道与凿岩巷道贯通。切割槽布置在矿体下盘边界，分上下两部分分别形成，上部的大直径回采切割槽采用平行大直径深孔分段侧向爆破形成，而下部的拉底堑沟切割槽则通过布置于切割横巷的上向平行中深孔爆破形成，进而利用该切割槽通过布置在拉底巷的上向扇形中深孔侧向崩矿形成堑沟拉底。

（4）采场出矿。采用2 m3铲运机进入出矿进路将回采崩落至集矿堑沟内的矿石运出。

（5）采场通风。矿块采用贯穿风流进行通风，通风较困难的采场须采用局扇进行辅助通风，采切及其他掘进独头工作面必须采用局扇进行辅助通风。凿岩工作面采用湿式凿岩，爆堆进行喷雾洒水，装卸矿地点采取净化措施。

（6）充填。回采工作结束后进行嗣后充填工作。利用封闭墙将采场周围通道进行封闭，封闭墙采用混凝土墙，且有较好的滤水功能。滤水管通过采场凿岩硐室进入采场，贯穿整个采场最终通过堑沟底部引出封闭墙外。充填管路通过采场上部中段巷道到达采场顶部，再通过充填小井进入采场。采场充填工作分3次进行，第一次、第二次充填高度均为2～3 m，第三次充填接顶。每次充填需要待上一次充填的充填体养护至一定强度后进行。

2.2.3 主要技术经济指标对比

分段空场嗣后充填采矿法及大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法主要经济指标如表1所示。

通过研究比较，分段空场嗣后充填采矿法与大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法在采切比、贫损指标以及凿岩设备方面有所不同。前者的贫损指标要优于后者，但采切比高于后者。根据矿山现有凿岩设备情况，后者需要新购多台国产T-150潜孔钻机凿岩机，且矿山深部矿岩安全条件变差，后者稳定性较差，回采安全性低于前者。

综上所述，分段空场嗣后充填采矿法在技术经济指标及回采安全性上均优于大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，矿山最终选用分段空场嗣后充填采矿法为深部最优采矿方法。

3 应用成果

在前期研究成果的基础上，四方金矿采用分段空场嗣后充填采矿法开展工业试验，将1 221～1 190 m水平的矿岩作为水平隔离矿柱，在隔离矿柱下部设计3721、3722矿房，矿房宽度为15 m，矿房长度为30 m，矿房高度为30 m，分段高度为15 m，预留6 m顶柱。目前3721矿房已经回采完毕，取得了较好的经济技术指标：矿石回收率达到了88.63%，贫化率为9.41%，采切比为6.1 m/kt，搭配2 m³遥控铲运机，矿房生产能力为370 t/d。该采矿方法在回采过程中具有采空区稳定性好，矿石大块率低，贫损指标较好，矿房布置灵活，回采安全性较高等特点。试验同时验证了各项技术参数的合理性，为后续大规模生产提供经验。