某金矿缓倾斜较稳固厚大矿体采矿方法优选研究

孙胜 陆宇超 杨学臣

（招金矿业股份有限公司大尹格庄金矿，山东烟台 265400）

0 引言

某金矿大部分矿体为缓倾斜较稳固厚大矿体，近年来应用点柱式上向水平分层充填采矿法提高了回采速度，但存在问题较多：一是矿山设计点柱尺寸4×4m2，点柱间跨度约4～7m，统计现阶段由于留设矿柱增大的损失率约27%；二是上盘主断裂面被揭露出来后，易发生掘进冒落和垮塌等现象，靠近上盘三角矿柱暂时没有安全开采方案[1，2]。为缓解资源浪费带来的生产压力及进一步提高回采安全系数，迫切需要对该矿缓倾斜较稳固矿体回采进行详尽调研分析，优选出更适合的采矿方法。

1 稳固性较好的矿体采矿方法初选

根据该金矿开采条件，初步选定垂直矿体走向上向水平分层充填采矿法、中深孔菱形矿块分段充填采矿法进行对比分析。

1.1 工艺特点及安全性分析

垂直矿体走向上向水平分层充填采矿法、中深孔菱形矿块分段充填采矿法生产工艺技术和安全性能的对比情况如下：

（1）垂直矿体走向上向水平分层充填采矿法：每分层回采后及时分层充填，回采过程中不需要留设矿柱，其损失、贫化率低；同时分层浅孔回采可以较大限度回收矿体，对矿体的适应性强；回采空顶高度小，上、下盘的暴露高度小，能较好的保障作业安全。

（2）中深孔菱形矿房分段充填采矿法：铲运设备和作业人员无需进入采场内施工作业，安全程度高；应用分段中深孔凿岩爆破技术，出矿能力大。但是，根据该矿的开采技术条件，受矿体倾角及矿体上盘稳固程度的影响，该法在应用时还会出现许多问题。采用该采矿法回采时，需要缩短空区暴露时间，制定顶板垮塌应对方案。同时由于矿体倾角缓，所以对于下盘边孔角的控制是该方法的致命难点[3]。

1.2 采矿方法经济效益对比

通过计算，该矿垂直矿体走向上向水平分层充填采矿法、中深孔菱形矿块分段充填采矿法的单位资源量利润分别为197.42 元/t 和138.79 元/t，经济效益均较好。与点柱式采矿法相比，提高6.85～65.48元/t，能够显著提高矿山经济效益。

综合上述分析，垂直矿体走向上向水平分层充填采矿法虽然对护顶工艺要求高，但其回采工艺简单，生产能力大，损失贫化率低，而且该矿的井下工人经过多年的矿山开采，在分层充填方面已经积累了大量经验，更有利于该法下一步的推广应用。中深孔菱形矿房分段充填法虽然具有回采安全性高、生产能力大等优点，但是对于边孔角的控制不到位会引起大量矿石资源的损失贫化，而且采切工程投入量也大，成本较高。因此，当厚度在15m 以上的矿体稳固性较好时，推荐使用垂直矿体走向布置的上向水平分层充填采矿法。

2 回采顺序优选

垂直矿体走向上向水平分层充填采矿法根据回采顺序不同，可分为凸型阶梯式、三角型阶梯式、盘区交错式三种，从四方面对这三种回采顺序进行综合分析[4]。

2.1 稳定性分析

凸型阶梯式开采可形成承载拱，应力分布良好；三角形阶梯式具备部分承载拱功能，稳定性相对于凸型阶梯式略差；盘区交错式二步开采压力聚积在充填体上，稳定性最差。

2.2 生产能力分析

通过计算分析可知，盘区交错式、凸型阶梯式、三角形阶梯式平均每个中段的采场生产能力分别可实现2745t/d、2310t/d、2124t/d。三种布置方式中盘区交错式生产能力最大，但该矿矿体赋存厚度层次不齐，并不是所有位置都是厚大矿体，还有一大部分厚度小于15m 的矿体不能使用上述方法开采，为满足矿山生产能力5000t/d，应确保中段生产能力的最大化，因此盘区交错式优势最大。

2.3 生产成本比较分析

分别计算三种回采顺序的充填成本，其中凸型阶梯式、三角型阶梯式大约为36.18 元/t，盘区交错式大约为22.17 元/t，盘区交错式在充填成本方面优势显著。

2.4 生产组织管理

盘区交错式的生产组织便捷，可充发挥设备的高效率，另外两种方式盘区之间的相互影响较大，设备无法高效运行。

2.5 回采顺序选择

通过进行多方位比较分析，对厚度大于15m 的稳固性矿体推荐应用盘区交错式进行回采。

3 工艺参数优化

3.1 主要采场结构参数

设计具体采场结构参数如下：每个中段沿矿体走向划分盘区，每个盘区宽度为60m，长为区域矿体厚度。中段高程为60m，在下部留设6m的底柱，无顶柱和间柱。采场垂直矿体走向布置，分矿房、矿柱两步回采。根据数值模拟计算，15m 划分一个矿块，一步宽度8m，二步宽度7m。

3.2 采切工程量计算

采切井巷合计总长2090.6m，约形成14972.7m3掘进量，采切比14.24m/kt。

3.3 采场回采顺序

一步比二步应超前3个分层，交错回采的同时逐步向上推进，一、二步采场在实际回采时应尽可能在同一水平上回采；为实现盘区内采场采、充循环，同一个盘区内一步或二步采场超前高度均不能超过1个分层高度，以避免形成应力集中。

3.4 采场顶板管理与支护

无论是一步骤采场还是二步采场，采场最大控顶高度4.5m。采场采用长锚索加喷浆支护，锚索长度12m，锚索网度2.5m×2.5m，对于特殊位置长度可调整为6m。当顶板岩石不稳固时，可适当缩小网度到2.0m×2.0m。施工原则上先锚后喷，每个分层开采完后剪掉漏出来的锚索，对采场顶板进行喷浆。按此顺序循环进行开采，当开采3 层后，需重新打长锚索，再按上述方式进行回采。二步采场的两侧均是充填体，稳定性差，此时如果单使用喷浆加锚索支护，顶板仍可能有冒落危险，所以，在长锚索之间还应安装网度为0.8×0.8m 网度的锚杆和金属网片，组成喷浆+锚索+锚杆网联合支护系统。

3.5 充填材料及强度要求

一步、二步在回采初期要求对前2个分层使用全尾砂胶结充填，28 天强度2MPa。一步采场从第三分层以上采用上下不同的配比料浆充填，上部0.5m，3天强度0.5Mpa，下部2.5m，28 天强度1Mpa。二步采场从第三分层开始可用尾砂充填。

3.6 采场综合生产能力计算

一步采场断面尺寸为宽8m、高3m，每次进尺4m，每循环崩矿量261.1t；二步采场断面尺寸为宽7m、高3m，每次进尺4m，每循环崩矿量228.5t。

4 结论

（1）当缓倾斜稳固矿体厚度大于15m 时，相较于点柱式上向水平分层充填采矿法和中深孔菱形矿块分段充填采矿法，垂直矿体走向上向水平分层充填采矿法更加适合该矿地质开采条件。

（2）通过对三种开采顺序分析，盘区交错式在稳定性上较差，在其他方面要优于另外两种开采顺序。

（3）对盘区交错式垂直矿体走向上向水平分层充填采矿法主要采场结构参数、回采顺序、顶板支护、充填工艺进行了设计和优化。