原廣武，李杰林，張興生

(1.西北有色地質(zhì)勘查局七一七總隊(duì)，陜西寶雞721000;2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410083;3.吉林板廟子礦業(yè)有限公司，吉林白山134300)

分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法安全高效開(kāi)采工藝實(shí)踐

原廣武1，李杰林2，張興生3

(1.西北有色地質(zhì)勘查局七一七總隊(duì)，陜西寶雞721000;2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410083;3.吉林板廟子礦業(yè)有限公司，吉林白山134300)

以某黃金礦山為實(shí)例，介紹了分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法安全高效開(kāi)采工藝應(yīng)用，包括采切工程布置、回采工藝流程及參數(shù)、采礦設(shè)備等，并敘述了采空區(qū)CMS探測(cè)及殘礦回采設(shè)計(jì)過(guò)程。該礦山多年的開(kāi)采實(shí)踐表明，該采礦方法能大幅度提高生產(chǎn)能力，降低綜合成本，提高作業(yè)安全，實(shí)現(xiàn)礦體開(kāi)采的安全、高效、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)目標(biāo)。

分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法;安全高效;CMS;遙控鏟運(yùn)機(jī)

分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法主要適用于傾斜-急傾斜、厚大且較為連續(xù)礦體的地下礦開(kāi)采，具有生產(chǎn)能力大、安全、高效等優(yōu)點(diǎn)，已在國(guó)內(nèi)外許多礦山推廣使用［1－5］。隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，具有大型化、智能化和自動(dòng)化等特點(diǎn)的井下采礦設(shè)備使用愈加廣泛，三維礦業(yè)軟件也逐步用于礦體開(kāi)采設(shè)計(jì)［5－7］，再加上高標(biāo)準(zhǔn)的安全生產(chǎn)管理要求，許多礦山在傳統(tǒng)分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法的工藝基礎(chǔ)上，對(duì)采場(chǎng)結(jié)構(gòu)布置、參數(shù)設(shè)計(jì)以及工藝步驟進(jìn)行了優(yōu)化［8－9］，更利于實(shí)現(xiàn)礦體的安全、高效、經(jīng)濟(jì)開(kāi)采。

吉林省某金礦設(shè)計(jì)規(guī)模為2 000 t/d，采用斜坡道的開(kāi)拓方式。為了降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，根據(jù)礦山開(kāi)采技術(shù)條件，礦山選用了分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?，并采用了先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備和回采工藝進(jìn)行采礦，通過(guò)多年的開(kāi)采實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了礦體的安全高效開(kāi)采。本文以該礦山開(kāi)采實(shí)踐，論述了分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法安全高效開(kāi)采工藝。

1 地質(zhì)概況及開(kāi)采技術(shù)條件

該礦山的礦體近礦圍巖主要為硅化構(gòu)造角礫巖，主要有4個(gè)礦體，其中1號(hào)礦體為主礦體，屬隱伏礦體。1號(hào)礦體賦存標(biāo)高700～330 m，傾角50°～65°，形態(tài)呈“T”字型不規(guī)則的厚大透鏡狀體。礦體走向長(zhǎng)度310～390 m，礦體水平厚度 7.10～66.60 m，平均真厚度16.10 m。礦體在不同勘探線、不同標(biāo)高，礦體走向長(zhǎng)度、傾斜延深和厚度均有很大變化。

由于礦體受構(gòu)造控制，構(gòu)造裂隙發(fā)育，構(gòu)造破碎帶和地下水是礦體的不穩(wěn)定因素，工程地質(zhì)類(lèi)型為堅(jiān)硬巖石碎裂結(jié)構(gòu)，為中等完整。圍巖的硬度總體為堅(jiān)硬-半堅(jiān)硬，巖石的完整性以中等完整為主。由于區(qū)內(nèi)發(fā)育有較大規(guī)模的斷裂構(gòu)造，在垂向上形成多層、規(guī)模不等、薄厚不均的構(gòu)造破碎帶和軟弱夾層，夾層中包括泥質(zhì)粉砂巖和較薄的斷層泥，這些因素將影響巖體的穩(wěn)定。

根據(jù)地質(zhì)資源和開(kāi)采技術(shù)條件，并結(jié)合礦區(qū)地表不允許崩落的情況，設(shè)計(jì)采用了分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法。

2 安全高效回采工藝

2.1 礦塊布置及采切工程布置

分段高度一般為30 m，礦體厚度一般小于20 m，礦體傾角為40°～50°。采場(chǎng)沿礦體走向布置，采場(chǎng)寬度為20 m。礦房的開(kāi)采順序采用隔二采一的方式。

圖1 分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法示意圖Fig.1 Diagram of sublevel open stoping afterwards back-filling mining method

2.2 采準(zhǔn)切割工程

采準(zhǔn)切割工程主要包括下盤(pán)水平沿脈巷道、出礦穿脈巷道、切割巷道、切割天井、鑿巖巷道等。分段巷道布置在礦體下盤(pán)，距離礦體下盤(pán)邊界約20 m。出礦穿脈巷道用于礦塊出礦，建立采場(chǎng)與分段巷道的通路，用于出礦、采場(chǎng)通風(fēng)和架設(shè)充填管路，沿礦體走向每間隔15 m左右布置一條。切割巷道布置在礦塊的兩端，垂直礦體走向，形成中深孔爆破掏槽時(shí)的補(bǔ)償空間。切割天井布置于切割巷道的端部礦體內(nèi)，為回采切割槽的形成提供自由面和補(bǔ)償空間。鑿巖巷道布置在礦體下盤(pán)或上盤(pán)，盡可能地布置在礦脈內(nèi)，以減少貧化率。

采準(zhǔn)切割工程的鑿巖采用Boomer 282鑿巖臺(tái)車(chē)鉆鑿直徑40 mm、長(zhǎng)3.2 m的炮孔。爆破采用2#巖石炸藥、非電導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)。出渣采用R1700G LHD鏟運(yùn)機(jī)配置40 t的AD45B井下礦用卡車(chē)，巷道頂幫支護(hù)采用樹(shù)脂錨桿支護(hù)，支護(hù)網(wǎng)度為1.5 m×1.5 m，局部巖石破碎地段可采用噴錨網(wǎng)支護(hù)。天井掘進(jìn)采用人工掘進(jìn)，使用YSP45鑿巖機(jī)鉆鑿直徑38 mm、長(zhǎng)2.0 m的炮孔，2#巖石炸藥，非電導(dǎo)爆管起爆。

2.3 中深孔鑿巖爆破

中深孔采用Simba H1354鑿巖臺(tái)車(chē)鉆鑿直徑76 mm的垂直孔和扇形孔，炮孔設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。爆破采用氨油散裝炸藥，并使用Charmec 6605 B裝藥臺(tái)車(chē)裝藥，起爆系統(tǒng)采用導(dǎo)爆索加非電導(dǎo)爆管按設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)順序起爆。掏槽孔爆破從靠近切割井的炮孔開(kāi)始，按照補(bǔ)償系數(shù)不小于1.5的原則分次爆破形成切割槽;正常排扇形炮孔的爆破則從靠近切割槽的炮孔開(kāi)始，每次爆破量將根據(jù)補(bǔ)償空間的大小來(lái)定。

表1 中深孔施工設(shè)計(jì)參數(shù)表Table 1 Parameters of longhole drilling design

2.4 采場(chǎng)出礦工作

采用無(wú)底柱底部結(jié)構(gòu)、分段落礦、集中出礦方式。采場(chǎng)每次爆破結(jié)束后，進(jìn)行通風(fēng)除塵工作，然后進(jìn)行巷道和出礦點(diǎn)的安全檢查，及時(shí)處理安全隱患。出礦采用無(wú)人遙控鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行，操作人員站在遙控鏟運(yùn)硐室內(nèi)遠(yuǎn)程操控鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入采場(chǎng)內(nèi)作業(yè)，人員不進(jìn)入采場(chǎng)，以保證安全。鏟運(yùn)機(jī)出礦經(jīng)鑿巖巷道、出礦穿脈巷道、分段巷道搬運(yùn)到分段巷道裝車(chē)點(diǎn)，將礦石裝入AD45B礦用卡車(chē)，再由卡車(chē)?yán)恋乇泶炙檎?，鏟運(yùn)機(jī)裝礦點(diǎn)至裝車(chē)點(diǎn)的距離不超過(guò)200 m。

采場(chǎng)內(nèi)每次爆破后的出礦量應(yīng)根據(jù)每天的生產(chǎn)任務(wù)要求和保證下一次爆破具有足夠的補(bǔ)償空間而定，多余的礦暫存于采場(chǎng)內(nèi)，用于支撐圍巖和調(diào)劑產(chǎn)量。

崩落的礦石中，約有10%的大塊，鏟運(yùn)機(jī)及時(shí)將其剔出，并集中進(jìn)行二次破碎。采場(chǎng)的回采工作采用強(qiáng)采強(qiáng)出的方式，以減少采場(chǎng)頂板的暴露時(shí)間。

2.5 采空區(qū)CMS探測(cè)及殘礦回采

采場(chǎng)回采結(jié)束后，采用空區(qū)三維激光精密探測(cè)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)CMS)進(jìn)行采空區(qū)掃描，獲得采空區(qū)的實(shí)際形態(tài)，探測(cè)結(jié)果可視化效果好。探測(cè)成果可直接用于計(jì)算空區(qū)體積和頂板面積、建立空區(qū)三維模型、確定礦柱實(shí)際邊界、計(jì)算殘礦儲(chǔ)量、沿任意方向和位置切剖面，從而可進(jìn)一步用于指導(dǎo)采空區(qū)充填、礦柱爆破設(shè)計(jì)、回采貧損控制以及空區(qū)穩(wěn)定性分析等相關(guān)采礦管理和控制過(guò)程［10－13］。圖2為某中段采空區(qū)實(shí)測(cè)結(jié)果及殘礦分布圖。

為了安全高效地回采殘礦，將根據(jù)殘礦的賦存條件，制定合適的回采方案，確保資源得到最大程度的回收。殘礦回采一般是利用附近已有的工程來(lái)進(jìn)行中深孔鉆鑿，并根據(jù)殘礦邊界位置進(jìn)行裝藥設(shè)計(jì)。為了提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，礦山采用了三維礦業(yè)軟件來(lái)完成采礦設(shè)計(jì)和中深孔爆破設(shè)計(jì)，圖3為某采場(chǎng)的殘礦回采設(shè)計(jì)平面圖和中深孔爆破設(shè)計(jì)圖。

中深孔爆破設(shè)計(jì)完成后，可以通過(guò)軟件自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出設(shè)計(jì)采場(chǎng)的回收率、貧化率、每個(gè)炮孔裝藥量、炸藥單耗等信息，如表2所示。

表2 某采場(chǎng)殘礦回采中深孔爆破設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)Table 2 Parameters of ring design on left orebody recovery

2.6 采場(chǎng)充填工作

礦山主要采用廢石膠結(jié)充填與尾砂膠結(jié)充填聯(lián)合方式，每個(gè)采場(chǎng)上部(上一分段)的兩端各有一條、中部有一條共三條穿脈巷道與采場(chǎng)連通，形成采場(chǎng)的回風(fēng)和充填系統(tǒng)。

采場(chǎng)充填將利用礦用卡車(chē)和鏟運(yùn)機(jī)將掘進(jìn)廢石通過(guò)充填穿脈巷道卸入采空區(qū)內(nèi)，廢石充填至足夠高度后，利用充填管路進(jìn)行膠結(jié)充填，灰砂比為1∶8。采場(chǎng)充填必須確保充填接頂，以形成上一分段采場(chǎng)的底板，減小礦石貧化。

進(jìn)行膠結(jié)充填前，必須在采場(chǎng)下部各出礦穿脈巷道內(nèi)的適當(dāng)位置砌筑充填擋墻，并在采場(chǎng)內(nèi)和擋墻上安設(shè)泄水裝置，確保充填過(guò)程中的水能及時(shí)排出采場(chǎng)，保證充填過(guò)程快速有效地進(jìn)行。

如果充填采場(chǎng)下部有未采采場(chǎng)，需在充填采場(chǎng)的底部澆筑混凝土，以形成下部采場(chǎng)回采的充填假頂，確保下部采場(chǎng)回采安全，并能減少礦柱，降低礦石損失。

圖2 某中段采空區(qū)與殘礦分布平面圖Fig.2 Plan view of left orebody and sublevel goaf

圖3 殘礦回采某爆破排面中深孔爆破設(shè)計(jì)圖Fig.3 Slot face section of ring design on left orebody recovery

3 采礦工藝實(shí)施效果

通過(guò)多年的開(kāi)采實(shí)踐，分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法在該礦山逐步完善，其主要采礦技術(shù)指標(biāo)為:回收率90%，貧化率12%，生產(chǎn)能力2 000 t/d，遙控鏟運(yùn)機(jī)生產(chǎn)能力可達(dá)1 000 t/d，單個(gè)采場(chǎng)最大出礦能力840 t/d，尾砂充填能力600 m3/d。

因此，分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄔ谠摰V山開(kāi)采過(guò)程中取得了成功，充分發(fā)揮了大型無(wú)軌設(shè)備的高效率，提高了全員勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少了采準(zhǔn)工程量，提高了生產(chǎn)能力。而且由于利用井下部分廢石與選廠尾砂充填采空區(qū)，很好地控制了地表塌陷，降低了廢石出坑的運(yùn)輸費(fèi)用及尾礦庫(kù)的建設(shè)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)綠色礦山建設(shè)。

4 結(jié)論

礦山的開(kāi)采實(shí)踐表明，大型無(wú)軌設(shè)備的使用提高了生產(chǎn)能力，而遙控鏟運(yùn)機(jī)的使用解決了采空區(qū)中出礦過(guò)程的安全問(wèn)題，CMS激光三維測(cè)量的應(yīng)用則解決了采空區(qū)的數(shù)字測(cè)圖及三維建模，為殘礦回采的中深孔設(shè)計(jì)提供了詳盡的空間位置信息，有利于控制貧化和損失，提高礦山建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的機(jī)械化、數(shù)字化水平。

分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法安全高效開(kāi)采工藝在該礦山的成功應(yīng)用，為我國(guó)同類(lèi)型礦山的推廣應(yīng)用提供了借鑒。在今后的開(kāi)采實(shí)踐中，還應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，加強(qiáng)安全管理，進(jìn)一步提高設(shè)備效率，充分挖掘該采礦工藝的潛力。

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Safety and high-efficiency mining production practice of sublevel open stoping afterwards back-filling mining method

YUAN Guangwu1，LI Jielin2，ZHANG Xingsheng3
(1.Division 717 of Northwest Nonferrous Geological Exploration Bureau，Baoji Shaanxi 721000，China; 2.School of Resource and Safety Engineering，Central South University，Changsha 410083，China; 3.Jilin Banmiaozi Mining Co.，Ltd.，Baishan Jilin 134300，China)

Taken one gold mine as example，the sublevel open stoping afterwards back-filling mining method is introduced.The mining cutting engineering layout，mining process and parameter，mining equipment are summarized.The goaf survey with CMS and the left ore-body mining design process are introduced too.The mining practice in this mine has indicated that this mining method can significantly increase the production capability，reduce the mining cost and improve the safety conditions.

sublevel open stoping afterwards back-filling mining method;safety and high-efficiency;CMS;remote control loader

TD853.34

Α

1671-4172(2015)01-0015-04

原廣武(1967－)，男，工程師，測(cè)量工程專(zhuān)業(yè)，主要從事礦山測(cè)量、礦山建設(shè)及生產(chǎn)管理工作。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.01.004