低品位倾斜中厚矿体充填采矿法优选

2023-03-15曾令义

黄金 2023年2期

曾令义

(1.长沙矿山研究院有限责任公司； 2.国家金属采矿工程技术研究中心)

引言

某铅锌矿是以开发锌、铅为主的多金属矿山，矿山采用地下开采方式，主副井+斜坡道联合开拓。井下矿体分期开采，580 m水平以上为一期开采范围，580 m水平以下为二期开采范围。矿山设计生产能力330万t/a。自投产以来，一直采用分段凿岩阶段空场采矿法进行回采，并于2017年4月达产。经过数年的生产，采用空场采矿法进行回采暴露出以下问题：①矿柱回收技术难度大，采矿损失大。采用空场采矿法回采需留设大量的矿柱[1-4]，且回收技术难度大，造成矿产资源的大量损失。②空场采矿法回采遗留大量采空区，采空区敞空存放安全隐患大，后期处理成本高。③目前的空场采矿法难以适应深部矿体的开采条件。进入深部后，矿体倾角进一步变缓，现有的空场采矿法回采缓倾斜厚大矿体存在难度，为保证回采作业的安全可靠，矿块预留的矿柱比例更高，将造成更大的采矿损失贫化。

鉴于此，该铅锌矿联合长沙矿山研究院有限责任公司开展了深部矿体采矿方法优化的科研攻关，确定深部矿体整体由空场采矿法转为充填采矿法开采[5]，并确定了不同开采技术条件下矿体的具体充填采矿方法及工艺。本文主要介绍了该矿山倾斜中厚矿体的充填采矿方法及设计技术经济指标,以期为采矿方法的优选提供理论支撑。

1 开采技术条件

1.1 工程地质条件

矿体的直接围岩主要为白云石大理岩和绢云石墨片岩，间接围岩为片岩、石英岩。除地表风化裂隙带、局部大的断层构造带及隐伏的破碎带，稳定性稍差外，矿山多数矿体属Ⅲ级中等稳固岩体。

1.2 水文地质条件

矿区水文地质勘查类型以裂隙为主，顶底板直接进水，该矿床属水文地质条件中等的裂隙充水矿床。

1.3 矿体特征

根据矿体特征分类统计结果，该铅锌矿矿体类型以倾斜—急倾斜厚大矿体、倾斜—急倾斜中厚矿体为主，其次为缓倾斜厚大盲矿体、缓倾斜薄矿体和急倾斜薄矿体。其中，倾斜—急倾斜中厚矿体平均厚度12～15 m，倾角42°～45°，锌平均品位2.34 %，铅平均品位0.53 %，品位极低。

2 充填采矿方法初选

2.1 采矿方法优化原则

1)生产作业安全。必须保证人员在开采作业过程中的人身安全。

2)选择生产成本低的采矿方法。使企业在不同市场价格条件下均能取得良好的经济效益。

3)采矿方法生产能力能满足矿山生产能力要求。

4)采矿损失贫化低。能有效控制贫化，提高出矿品位，同时尽可能多地回收矿产资源。

5)新旧采矿方法能顺利衔接，确保矿山生产平稳过渡，同时最大限度地利用现有工程和设施。

6)充分消化矿山勘查、生产探矿资料，以及矿山已有的科研技术成果和生产实践经验。

2.2 采矿方法初选方案

根据上述开采技术条件，可选的充填采矿方法有分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法和上向水平分层充填采矿法。

2.2.1 分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法

该采矿方法沿矿体走向划分矿房和间柱，采场底部布置集矿堑沟、装矿进路，矿柱顶掘进充填回风穿脉，作为矿房回采过程中回风和充填的通道。矿房在阶段上划分为数个分段，由分段平巷向矿房两侧间柱掘进分段穿脉，沿矿体下盘边界掘进脉内分段凿岩巷，在分段凿岩巷内进行中深孔凿岩爆破。在矿房中间布置切割槽，中间向两侧后退回采，上分段超前下分段形成倒梯形的回采工作面，矿石落入底部堑沟后铲运机出矿，阶段空场后采用低灰砂比的尾砂胶结充填[6-9]。

结合该矿山实际开采技术条件，设计矿块长度60 m，间柱宽6 m，采场高为阶段高度50 m，分段高度14 m，顶柱高度8 m。采场回采时，在分段凿岩巷中采用中深孔凿岩设备施工上向扇形中深孔，装药器装填粉状硝铵炸药，非电毫秒导爆管雷管起爆网络起爆，崩落矿石采用3 m3铲运机自底部结构出矿，出矿完毕后采用低灰砂比充填料浆对采空区进行充填。

分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法典型方案见图1，设计主要技术经济指标见表1。

图1 分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法典型方案示意图

表1 分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法主要技术经济指标

2.2.2 上向水平分层充填采矿法

该采矿方法沿矿体走向布置矿块，矿块间留设间柱，回采过程中视采场矿岩稳固情况留设规则或不规则的点柱，矿块留设底柱，底柱中布置进风滤水井，矿体上盘布置充填回风井。下盘脉外布置平行走向的分段平巷，垂直走向布置分层联络道，垂直方向上划分为分段，每个分段再划分为分层，从下至上逐层回采。回采时以充填体为工作底板，浅孔凿岩落矿，崩落的矿石由铲运机运至采场脉外溜井，每循环后采场留有一定的工作高度作为回采的工作面和崩矿自由面[10-12]。

结合该矿山实际开采技术条件，设计矿块长60 m，间柱宽4 m，采场高为阶段高度50 m，分段高度14 m，底柱高5～6 m，采场中留设的点柱规格为3 m×3 m～4 m×4 m。采场自下而上分层回采，分层内采用凿岩台车施工似水平浅孔，人工装填卷状炸药，非电毫秒导爆管起爆，崩落矿石采用3 m3铲运机出矿，分层回采出矿完毕后进行充填，待充填体浇面层达到设计强度后即可转层，如此循环直至整个采场回采完毕。

上向水平分层充填采矿法典型方案见图2，设计主要技术经济指标见表2。

图2 上向水平分层充填采矿法典型方案示意图

表2 上向水平分层充填采矿法主要技术经济指标

3 采矿方法比选

3.1 技术对比

1)作业安全方面。从2种备选采矿方法的作业工艺特点来看，分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法的人员设备均在巷道中作业，而上向水平分层充填采矿法人员设备均需反复暴露在较大面积的顶板下，因此分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法的安全性要明显优于上向水平分层充填采矿法。

2)生产能力方面。分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法的采场生产能力(450 t/d)较上向水平分层充填采矿法的生产能力(200 t/d)优势明显。

3)采矿方法变革对矿山的影响程度。该铅锌矿前期一直采用分段凿岩阶段空场采矿法进行回采，相应作业人员及设备配置齐全，经验丰富，若采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法则采矿方法变革轻车熟路；上向水平分层充填采矿法对矿山来说则是一种全新的采矿方法，管理及作业人员经验欠缺，同时需购置相关新设备，采矿方法变革须有一个过渡期，对矿山生产影响较大。

4)贫损指标控制方面。上向水平分层充填采矿法采用浅孔分层落矿，对矿体产状的变化适应性更好，回采边界更容易控制，因此其在贫损指标控制方面要明显优于分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法。

3.2 经济效益对比

分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法和上向水平分层充填采矿法的经济效益对比见表3。从表3可以看出：按照年采出矿量66万t考虑，分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法可创造经济效益1 835.4万元/a，而上向水平分层充填采矿法可创造经济效益896.4万元/a。

表3 采矿方法经济效益对比结果

3.3 采矿方法推荐

从上述比较分析可以看出，技术方面分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法在作业安全、采场生产能力、采矿方法变革对矿山生产的影响方面要优于上向水平分层充填采矿法，但在贫损指标控制方面则上向水平分层充填采矿法占优势。从经济效益对比方面来看，在年产66万t矿石条件下，分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法的经济效益要远远大于上向水平分层充填采矿法。

综合上述分析，推荐采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法回采该矿山的倾斜中厚矿体。