于清軍 胡忠強(qiáng) 李元輝

(1.東北大學(xué)資源與土木學(xué)院，遼寧 沈陽 110819；2.山東黃金有色礦業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250100)

·采礦工程·

急傾斜厚大礦體階段深孔空場崩落聯(lián)合采礦法

于清軍1,2胡忠強(qiáng)2李元輝1

(1.東北大學(xué)資源與土木學(xué)院，遼寧 沈陽 110819；2.山東黃金有色礦業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250100)

以紅嶺礦區(qū)鉛鋅等多金屬礦體為研究對象，針對原鉛鋅礦開采中存在的生產(chǎn)能力小、勞動效率低、分段采準(zhǔn)工程量大、成本高、采場頂板暴露面積大、安全性差、維護(hù)費(fèi)用高等問題，試驗(yàn)研究采用脈內(nèi)脈外聯(lián)合采準(zhǔn)、階段鑿巖、平行深孔孔間微差精準(zhǔn)起爆崩礦、鏟運(yùn)機(jī)階段集中出礦、一次爆破回收礦柱、封閉隔離采空區(qū)綜合工藝。經(jīng)現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)，礦房生產(chǎn)能力可達(dá)到970 t/d，采礦損失率3.19%，貧化率5.25%，采礦直接成本29.22元/t。試驗(yàn)證明該采礦工藝簡單實(shí)用、勞動效率高、生產(chǎn)能力大、采礦成本低，而且能有效避免礦柱大量損失，是急傾斜厚大礦體安全高效開采技術(shù)的重大進(jìn)步。

急傾斜厚大礦體 采礦方法 階段深孔 空場崩落聯(lián)合采礦法

內(nèi)蒙古赤峰山金紅嶺有色礦業(yè)有限責(zé)任公司(原名內(nèi)蒙古紅嶺鉛鋅礦)為生產(chǎn)多年的老礦山，原為巴林左旗地方國營采選礦山企業(yè)，初始設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為300 t/d，后經(jīng)擴(kuò)建改造，形成了1 500 t/d的綜合生產(chǎn)能力。2010年初山東黃金集團(tuán)收購該礦后，即開展了生產(chǎn)規(guī)模為3 000 t/d的二期擴(kuò)建工程，現(xiàn)已形成4 500 t/d的綜合采選生產(chǎn)能力。

1 概 況

紅嶺礦區(qū)礦帶由東向西共分5個(gè)礦段，礦區(qū)的主要工業(yè)礦體賦存在b礦段內(nèi)。b礦段總長1 350 m，寬100 m，傾向NW，傾角70°～80°，共圈出3個(gè)鋅礦體，即1、1-1、2號礦體和1個(gè)鐵礦體，最大厚度28.33 m，最小0.38 m，平均厚度6.8～9.9 m，呈似層狀，均為厚大急傾斜礦體。在鋅礦體內(nèi)，主要元素為鋅，伴生有鐵、鉛、銅、銀等，金屬礦物以鋅為主，普遍含有磁鐵礦，少量的浸染狀方鉛礦、黃銅礦，主要圍巖蝕變?yōu)槲◣r化，包括石榴石矽卡巖及透輝石矽卡巖，尚有綠泥石化、碳酸鹽化，極少的螢石化，以接觸交代類型為主。礦石硬度系數(shù)f=12～16，礦巖穩(wěn)固性較好，水文地質(zhì)條件簡單，易于開采。

由于礦山在較長時(shí)間內(nèi)實(shí)行小規(guī)模地下開采，一直沿用分段空場法和淺孔留礦采礦法開采淺部厚度相對較小的礦體。然而，隨著深部礦體厚度增大，現(xiàn)有采礦法由于采出礦能力低、勞動生產(chǎn)效率低、機(jī)械化裝備水平低，分段采準(zhǔn)工程量大、成本高而且采場準(zhǔn)備時(shí)間長，采場頂板暴露面積大、維護(hù)費(fèi)用高等原因，無法完全滿足大規(guī)模開采的需要。

2011年，山東黃金集團(tuán)根據(jù)紅嶺鉛鋅礦保有的礦石儲量規(guī)模和礦體形態(tài)，開展了深部急傾斜厚大礦體采礦方法試驗(yàn)研究，以尋求安全、高效、低貧損、低成本開采工藝和技術(shù)。

2 試驗(yàn)采場的選擇

試驗(yàn)選擇在853～903 m水平4～3線以北9 m之間的5200盤區(qū)，礦體走向北東59°，傾向北西，傾角70°～85°，礦體平均厚度17.3 m，礦巖穩(wěn)固性較好。盤區(qū)內(nèi)無大的地質(zhì)構(gòu)造，礦巖完整性較好。盤區(qū)長度209 m，總礦量52萬t，地質(zhì)品位：鋅2.01%、鉛0.12%、銅0.06%、鐵21.83%。盤區(qū)沿走向布置，共包括4個(gè)礦房和4個(gè)間柱，從南西至北東分別為5204礦房、5202間柱、5202礦房、5200間柱、5200礦房、5201間柱、5201礦房、5203間柱，每個(gè)礦房長度為32 m，間柱寬度18 m，盤區(qū)高度40 m。

2.1 采礦方法選擇

本次選擇在5201采場進(jìn)行回采工業(yè)試驗(yàn)，所屬礦體為鋅1號礦體，礦體品位分布較均勻，礦化邊界較穩(wěn)定。經(jīng)過采礦方案的技術(shù)比較、綜合經(jīng)濟(jì)比較和模糊數(shù)學(xué)綜合評判，確定最佳采礦方法為平底結(jié)構(gòu)階段深孔空場采礦法。該方法采用階段脈外脈內(nèi)聯(lián)合采準(zhǔn)布置方式，即中段內(nèi)礦體沿走向50 m劃分為回采單元，單元內(nèi)再沿走向分別按32m和18m劃分為礦房和礦柱，在高度方向上留厚度為10 m的臨時(shí)頂柱，該頂柱同時(shí)為上中段采場的底柱，提供上中段采場出礦溜井高差。采用平底受礦結(jié)構(gòu)、下向深孔落礦、多側(cè)進(jìn)路出礦、區(qū)段一次爆破回采礦柱綜合工藝。礦房地質(zhì)礦量為59 195 t，間柱地質(zhì)礦量57 854 t，頂柱地質(zhì)礦量18 347 t。采礦方法示意圖如圖1。

圖1 急傾斜厚大礦體階段深孔空場崩落聯(lián)合采礦方法

2.2 采切工程布置

主要采切工程包括底部盤區(qū)斜坡道、脈外出礦溜井、下盤出礦平巷、穿脈出礦平巷、切頂平巷、拉底平巷、拉底硐室、深孔鑿巖硐室、采場切割天井、出礦進(jìn)路等。采準(zhǔn)施工順序?yàn)槭紫确謩e在采場上下中段運(yùn)輸平巷掘進(jìn)斷面為3.2 m×2.8 m的下盤盤區(qū)斜坡道，再在863 m出礦水平平行礦體走向和垂直礦體走向的間柱中心掘進(jìn)斷面為3.2 m×2.8 m 的出礦平巷和出礦進(jìn)路(穿脈出礦平巷)，沿礦體走向掘進(jìn)斷面為3.2 m×2.8 m 的拉底平巷，同時(shí)自頂部鑿巖水平聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入礦體后沿間柱中心掘進(jìn)斷面為3.2 m×2.8 m 的穿脈平巷，再沿礦體走向掘進(jìn)斷面為3.2 m×2.8 m 的切頂平巷，并在拉底水平向鑿巖水平掘進(jìn)斷面為1.8 m×1.5 m 的切割天井，自855 m運(yùn)輸水平向上掘進(jìn)φ3 m脈外出礦溜井至863 m出礦水平，至此礦房采準(zhǔn)完畢。

為了便于礦房回采后的礦柱(間柱和頂柱)回收，最后在間柱中自礦房鑿巖水平切頂平巷向上掘進(jìn)斷面為1.8 m×1.5 m 的通風(fēng)人行天井至頂柱厚度中央高度處，垂直礦體走向掘進(jìn)斷面為3.2 m×2.8 m的間柱鑿巖平巷和頂柱鑿巖平巷，再在頂柱鑿巖平巷向上掘進(jìn)斷面為1.8 m×1.5 m 的人行天井和掘進(jìn)斷面為2.0 m×2.0 m 的聯(lián)絡(luò)平巷與上部采場出礦平巷相通。

鑒于礦體和圍巖均為穩(wěn)固巖體，采準(zhǔn)工程在掘進(jìn)過程中，一般不需支護(hù)，如遇局部構(gòu)造破壞部位致穩(wěn)固性變差，則采用金屬錨桿局部加固。試驗(yàn)采場采切工程量如表1所示。

表1 試驗(yàn)采場采切工程量

注：頂柱聯(lián)絡(luò)平巷為采場均攤。

2.3 采場回采工藝

將礦塊劃分為一步采礦房和二步采礦柱，先采一步驟礦房，再回采二步驟間柱和頂柱。盤區(qū)內(nèi)礦房采用兩翼后退式回采，首先回采5201礦房及5204礦房，之后回采5200礦房及5202礦房，待盤區(qū)內(nèi)所有礦房回采完畢后，最后依次回收間柱和頂柱。

礦房回采前，需在采場上部以切頂平巷為初始空間，采用水平淺孔落礦刷幫至礦房回采礦體邊界，高度為3.5 m，并留點(diǎn)柱支撐頂板，以此形成礦房鑿巖硐室。同時(shí)在下部拉底水平以拉底平巷為初始空間，采用水平淺孔刷幫至礦房回采邊界，形成高3.5 m的拉底空間，并留點(diǎn)柱支撐頂板；礦房底部結(jié)構(gòu)采用平底三側(cè)鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)路出礦、階段溜井放礦，采場端部以切割天井為自由面，平行深孔爆破形成切割槽，切割礦房全寬；間柱和頂柱回采在盤區(qū)內(nèi)礦房回采出礦完畢后進(jìn)行，采用下向深孔和水平深孔相結(jié)合的多排微差一次爆破落礦，利用一步驟礦房出礦底部結(jié)構(gòu)和溜礦系統(tǒng)出礦。

2.3.1 采場鑿巖

采場鑿巖采用T-100G型自行式環(huán)形鑿巖鉆機(jī)配套φ80 mm高風(fēng)壓潛孔沖擊器和φ90 mm柱齒鉆頭，在位于礦房頂部的鑿巖硐室中，鉆鑿下向平行深孔，炮孔直徑90 mm，最大鑿巖深度33 m左右。

采場深孔施工完成后，對每個(gè)炮孔均進(jìn)行網(wǎng)度、深度和傾角參數(shù)驗(yàn)收，并在實(shí)行深孔爆破前，根據(jù)炮孔測量結(jié)果視需要調(diào)整裝藥設(shè)計(jì)參數(shù)。試驗(yàn)采場深孔鑿巖成本構(gòu)成如表2所示。

2.3.2 回采爆破

采場崩礦爆破采用散裝多孔粒狀銨油炸藥，澳瑞凱依可賽MS系列導(dǎo)爆管雷管，孔外導(dǎo)爆索連接逐孔起爆網(wǎng)路。崩礦爆破時(shí)，炮孔下口用鐵絲懸吊木塞加巖屑堵孔，人工倒入炸藥至炮孔中，澳瑞凱導(dǎo)爆管雷管加φ60 mm乳化油起爆藥包置于孔深中央高度處，孔口約1.2～1.5 m用巖粉堵塞至滿，每孔內(nèi)放置1個(gè)精準(zhǔn)起爆導(dǎo)爆管雷管，孔外采用雙導(dǎo)爆索連接，電力起爆器起爆。試驗(yàn)采場回采爆破成本構(gòu)成如表3所示。

表2 試驗(yàn)采場深孔鑿巖成本構(gòu)成

注：鑿巖成本以噸礦石計(jì)。

2.3.3 采場通風(fēng)

采場作業(yè)面通風(fēng)由主通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)壓和工作面局扇聯(lián)合完成，新鮮風(fēng)流從下階段運(yùn)輸平巷經(jīng)盤區(qū)斜坡道進(jìn)入下盤出礦平巷，再經(jīng)間柱內(nèi)出礦平巷、出礦進(jìn)路進(jìn)入切割槽或采空區(qū)，污風(fēng)則上行至頂部鑿巖硐室經(jīng)短斜坡道至上中段回風(fēng)系統(tǒng)排出。出礦水平和深孔鑿巖硐室集中作業(yè)時(shí)，采用局扇強(qiáng)制通風(fēng)，保證工作面空氣質(zhì)量。

表3 試驗(yàn)采場回采爆破成本構(gòu)成

注：爆破成本以噸礦石計(jì)。

2.3.4 采場出礦和二次破碎

出礦在采場底部下盤和兩端間柱出礦平巷中進(jìn)行，位于出礦平巷一側(cè)的出礦進(jìn)路直通采場拉底硐室，落下礦石堆積于拉底硐室的水平底板上，礦石由XYWJD-3電動鏟運(yùn)機(jī)從出礦進(jìn)路端口鏟取后，經(jīng)出礦平巷運(yùn)至下盤脈外出礦溜井中，溜放至855 m中段運(yùn)輸平巷裝入礦車運(yùn)出。出礦過程中出現(xiàn)的大塊在出礦口進(jìn)行二次爆破破碎或在出礦溜井格篩上用固定式?jīng)_擊錘破碎處理。

2.3.5 采空區(qū)處理

鑒于該礦床礦巖穩(wěn)固性較好，在礦房和礦柱順利回采并出礦完畢后，對采空區(qū)實(shí)行封閉隔離處理。但由于礦體連續(xù)性好，傾角陡，經(jīng)過一定時(shí)間的生產(chǎn)后，會形成大片的連續(xù)采空區(qū)，將導(dǎo)致空區(qū)的周邊巖體中應(yīng)力不斷升高，可能引起大規(guī)模地壓活動，累積形成安全隱患。為了避免大面積連續(xù)采空區(qū)的形成，隨采空區(qū)的不斷下降，每隔2個(gè)中段高度即用膠結(jié)廢石充填料或尾砂膠結(jié)充填料充填10～15 m左右高度，形成一定厚度的人工隔層，其上再充填廢石或堆積上部邊幫坍塌的巖石，作為上下空區(qū)有緩沖層或隔離層。人工膠結(jié)充填體隔層一般每隔2～3個(gè)中段高度設(shè)置1層，底部中段隔層形成后，可爆破崩落上部隔層或上盤圍巖卸壓或充填空區(qū)。在礦山建成尾砂充填系統(tǒng)后，也可采用尾砂充填采空區(qū)，充填尾砂料漿由地表充填攪拌站制備供應(yīng)，用管道自流輸送至井下采空區(qū)。

2.3.6 頂板維護(hù)和管理

試驗(yàn)采場采用階段深孔崩礦工藝，由于礦巖較穩(wěn)固，在一步驟礦房回采時(shí)，一般平巷工程頂板相對跨度不大，無需支護(hù)，上下鑿巖硐室和拉底硐室暴露面積較大，則留不規(guī)則點(diǎn)柱支撐頂板，局部構(gòu)造破壞區(qū)域采用錨桿或錨桿金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)頂板。在礦柱回采時(shí)，作業(yè)空間暴露面跨度一般較少，間柱鑿巖硐室亦可采用點(diǎn)柱支撐頂板，頂柱鑿巖則在平巷中完成。因此，該方法一般不對采場頂板巖體作特殊支護(hù)，只是通過加快回采速度，減少頂板暴露時(shí)間，降低回采作業(yè)中的圍巖應(yīng)力顯現(xiàn)。

2.3.7 采場作業(yè)制度

采場回采作業(yè)采用一日三班制，每班工作8 h，采用不均衡平行作業(yè)方式，首先連續(xù)作業(yè)完成礦房鑿巖，再爆破形成切割槽或小規(guī)模崩礦擴(kuò)大切割槽和出礦，然后分次實(shí)行多排深孔微差崩礦，采場鑿巖、出礦平行作業(yè)，爆破、通風(fēng)與其他作業(yè)交替進(jìn)行。施工作業(yè)人員由鑿巖工4人和出礦工4人組成，爆破作業(yè)人員臨時(shí)調(diào)配，其他人員如電工、通風(fēng)工等輔助人員統(tǒng)一安排。

2.4 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

試驗(yàn)盤區(qū)從2011年8月開始采準(zhǔn)，2012年4月開始回采，至2012年8月試驗(yàn)結(jié)束，共安全采出礦石量108 655 t，試驗(yàn)期間采出礦石量統(tǒng)計(jì)如表4所示。

表4 試驗(yàn)采場采出礦石量統(tǒng)計(jì)

經(jīng)試驗(yàn)采場統(tǒng)計(jì)資料匯總分析，得出采礦方法工業(yè)試驗(yàn)取得的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下：

采場生產(chǎn)能力/(t/d)

970.1

采礦損失率/%

3.19

采礦貧化率/%

5.25

千噸采切比/(m/kt)

2.79

每米炮孔崩礦量/(t/m)

9.95

鑿巖臺效/(t/臺班)

647

鑿巖工效/(t/臺班)

324

出礦臺效/(t/臺班)

485

采礦直接成本/(元/t)

29.22

3 結(jié) 論

(1)在急傾斜厚大礦體開采中，采用深孔空場和崩落聯(lián)合回采方式，集中了空場法的較低損失貧化和崩落法的高效率、高安全性等優(yōu)點(diǎn)，試驗(yàn)采場共安全采出礦石108 655 t，采場生產(chǎn)能力達(dá)到970.1 t/d，采礦損失率3.19%，貧化率為5.25%，采礦直接成本29.22元/t。試驗(yàn)取得成功并已在855 m中段多個(gè)生產(chǎn)盤區(qū)中推廣應(yīng)用。試驗(yàn)證明所用工藝簡單實(shí)用，配套性好，采場結(jié)構(gòu)參數(shù)合理，生產(chǎn)能力大，采礦效率高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)良，與國內(nèi)外同類礦山實(shí)際指標(biāo)相比，處于領(lǐng)先水平。

(2)試驗(yàn)采用脈內(nèi)脈外聯(lián)合采準(zhǔn)、階段鑿巖、平行深孔孔間微差精準(zhǔn)起爆崩礦、鏟運(yùn)機(jī)階段集中出礦、一次爆破回收礦柱、封閉隔離采空區(qū)綜合工藝，實(shí)現(xiàn)了急傾斜厚大礦體的大規(guī)模、高效率、低成本、低貧損采礦，是急傾斜厚大礦體高效開采技術(shù)的重大進(jìn)步。

(3)通過采用階段采準(zhǔn)工藝，使采場采準(zhǔn)工程量大大減少，工藝大大簡化，同時(shí)礦房的采準(zhǔn)工程可被利用回采礦柱，使礦柱回采準(zhǔn)備工程量減少，落礦和出礦效率大大提高。

(4)基于T-100G潛孔鉆機(jī)的高風(fēng)壓下向潛孔鑿巖工藝，鑿巖深度大，精度高，質(zhì)量好，大大提高了采場鑿巖效率和生產(chǎn)能力，與之相配套的下向深孔裝藥工藝，大大提高爆破裝藥效率，降低裝藥勞動強(qiáng)度，改善爆破落礦質(zhì)量。

(5)采用澳瑞凱依可賽MS系列導(dǎo)爆管雷管實(shí)行精準(zhǔn)起爆，對爆破震動影響有明顯改善，同時(shí)，由于起爆時(shí)間精準(zhǔn)，加強(qiáng)了礦石在空間運(yùn)動過程中的相互破碎作用，落礦塊度明顯改善。采用散裝多孔粒狀銨油炸藥爆破，其價(jià)格相對低廉，降低了爆破落礦成本。

(6)采用封閉、隔離分割處理采空區(qū)，其空區(qū)處理成本最低，也可為日常掘進(jìn)廢石提供就地處理空間。采用部分膠結(jié)充填構(gòu)筑隔墻方式，將大型連續(xù)空區(qū)化整為零，可降低大規(guī)模地壓活動風(fēng)險(xiǎn)，緩沖地壓活動帶來的不利影響。

(7)該方法在今后的應(yīng)用中，可進(jìn)一步研究和完善深孔爆破工藝和參數(shù)，如試驗(yàn)研究加大崩礦炮孔直徑和深度，可進(jìn)一步有效提高鑿巖爆破效率。在平底結(jié)構(gòu)采場中，可以試用遙控鏟運(yùn)機(jī)清理底部遺留殘礦，可有效避免殘礦滯后而帶來的損失和貧化。

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(責(zé)任編輯 徐志宏)

Stage Deep Hole Open-stope and Caving Combined Mining Method for Steeply Inclined Thick Ore-body

Yu Qingjun1,2Hu Zhongqiang2Li Yuanhui1

(1.CollegeofResourcesandCivilEngineering，NortheasternUniversity，Shenyang110819，China；2.ShandongGoldNonferrousMiningGroupCo.，Ltd.，Jinan250100，China)

With Hongling mining area with Pb-Zn polymetallic ore-body as the research object，experimental researches are carried out aiming at problems in exploration of lead and zinc ores including small production capacity，low labor efficiency，large quantities of stripping and cutting，high cost，large exposed area of stope roof，poor safety and higher costs at maintenance.Through the complex processes of joint mining within ore vein or not，stage drilling，deep hole parallel millisecond precision blasting and caving，stage concentrated ore-drawing by scrapers，pillar recovery by once blasting and isolation of goaf，good index of production capacity of 970 t/d，loss rate of 3.l9%，dilution rate of 5.25% and direct mining cost at 29.22 yuan/t in the industrial field tests were obtained.Experiments proved that this mining process has characteristics of simple and practical operation，high labor efficiency，large production capacity，and low mining cost.It also can avoid the huge loss of pillars，and is a great progress in the safe and highly efficient mining technology for steeply inclined thick ore-body.

Steeply inclined thick ore-body，Mining method，Stage deep hole，Open-stope and caving combined stope

2014-12-04

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(編號：2012BAB08B01)。

于清軍(1969—)，男，經(jīng)理，高級工程師。

TD853

A

1001-1250(2015)-03-014-05