胡婷婷

(1.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院；2.湖南有色金屬研究院)

·采礦工程·

分段崩落階段礦房嗣后充填采礦法在不規(guī)則厚大礦體的應(yīng)用

胡婷婷1,2

(1.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院；2.湖南有色金屬研究院)

根據(jù)某低品位不規(guī)則厚大鎢礦體開采技術(shù)條件，通過對比分析多種采礦方法，采用中深孔分段崩落階段礦房嗣后充填采礦法開采，工業(yè)試驗結(jié)果表明，采場生產(chǎn)能力為518 t/d，損失率為14.7%，貧化率為10.9%，采切比為3.82 m/kt，采場生產(chǎn)能力顯著提高，損失率、貧化率及采切比明顯降低，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)良好，社會和經(jīng)濟效益顯著，分段崩落階段礦房嗣后充填采礦法適合不規(guī)則厚大礦體開采，為類似礦山提供了借鑒。

不規(guī)則厚大礦體 中深孔分段崩落階段礦房嗣后充填采礦法 生產(chǎn)能力 損失率 貧化率 采切比

國內(nèi)某鎢礦已經(jīng)生產(chǎn)幾十年，先前是小規(guī)模開采，擴產(chǎn)后達(dá)到148.5萬t/a，服務(wù)年限約25 a。由于礦區(qū)范圍和礦體走向長度較大，產(chǎn)狀變化劇烈，開采技術(shù)條件變化較大，礦山采用同一采礦方法開采顯然不合理。目前礦山對于急傾斜薄礦體，采用淺孔留礦法，具有效率高、作業(yè)安全等特點；但對于不規(guī)則低品位厚大礦體，留礦法等采礦方法存在采場礦石搬運困難、損失貧化率大、安全條件差、生產(chǎn)效率低等問題[1-3]。厚大礦體是礦山擴能改造投產(chǎn)后的首采地段，采礦方法是否合理對礦山今后的生產(chǎn)十分關(guān)鍵。目前鎢精礦產(chǎn)品價格比礦山擴能設(shè)計時進(jìn)一步走低，礦山生產(chǎn)成本壓力大，在目前的市場行情和開采技術(shù)條件下，通過采礦方法的研究和優(yōu)化，有效控制和降低生產(chǎn)成本，保證企業(yè)利潤，是必須重點研究的課題[4-5]。

1 開采技術(shù)條件

不規(guī)則低品位厚大礦體主要指該礦山南下采區(qū)Ⅱ11礦體，屬于接觸交代矽卡巖型白鎢礦體，產(chǎn)于花崗巖頂部與灰?guī)r之間的正接觸帶中，礦體中間有圍巖灰?guī)r侵入，礦區(qū)未見大斷層，巖石穩(wěn)固，形態(tài)單一，水文地質(zhì)條件好；礦體走向近似南北，傾向東，傾角為10°～90°；礦體空間賦存形態(tài)變化大，呈透鏡狀、不規(guī)則薄板狀等產(chǎn)出，礦體厚度相差懸殊。

本次采礦方法研究的試驗采場選擇南下采區(qū)160～250 m標(biāo)高，13～14勘探線，Y=38 394 000～38 394 200 m的Ⅱ11礦體，礦體厚度變化大，平均厚23 m，平均傾角為58°；160～200 m標(biāo)高礦體連續(xù)厚大，內(nèi)嵌有部分夾石，厚度基本都大于20 m；200～250 m標(biāo)高礦體演變?yōu)?個分支，分支中少部分礦體厚度只有十幾米，其余大部分都大于20 m。礦體頂?shù)装鍘r石多為矽卡巖、花崗巖、大理巖和灰?guī)r，礦巖堅硬穩(wěn)固，密度為3.16 t/m3，f=8～10，松散系數(shù)為1.5～1.6，自然安息角為45°；巖石密度為2.6～2.8 t/m3，f=8～12，松散系數(shù)為1.5～1.7，自然安息角為45°。試采區(qū)段礦體三維地質(zhì)模型見圖1。

圖1 試采區(qū)段礦體三維地質(zhì)模型

2 采礦方法選擇

該鎢礦首采區(qū)為不規(guī)則低品位傾斜至急傾斜厚大礦體，礦巖穩(wěn)固性好，根據(jù)賦存特點、開采技術(shù)條件和國家技術(shù)經(jīng)濟政策的要求，從礦山當(dāng)前技術(shù)管理水平出發(fā)，宜采用保證采出礦石品位、投資省、工藝簡單、作業(yè)環(huán)節(jié)少、管理方便的采礦方法。

由于該礦民采情況比較嚴(yán)重，采空區(qū)比較多，地表不允許塌陷等因素，考慮到保證礦石品位，排除崩落法，可行的采礦方法主要有空場法和空場類嗣后充填采礦法，由于采出原礦價值不高，在當(dāng)前的技術(shù)經(jīng)濟情況下，為降低采礦成本，礦區(qū)又有堆存尾礦的條件，采取先空場、嗣后充填的方法，實現(xiàn)降低貧化損失、提高回收率、保護(hù)地表的目的。根據(jù)國內(nèi)外類似條件礦山的開采經(jīng)驗，結(jié)合本礦山生產(chǎn)能力的要求，對比分析多種采礦方法，層層篩選，確定采用中深孔分段崩落階段礦房嗣后充填采礦法比較適合本礦不規(guī)則的礦體產(chǎn)狀，其技術(shù)經(jīng)濟較有代表性[6-7]。

3 中深孔分段崩落階段礦房嗣后充填采礦法應(yīng)用

3.1 采場布置和結(jié)構(gòu)參數(shù)

沿礦體走向100 m劃分盤區(qū)，盤區(qū)之間留設(shè)15 m 寬礦柱。每個盤區(qū)內(nèi)垂直礦體走向劃分礦房和礦房間柱，礦房長40 m(隨礦體厚度調(diào)整)，寬20 m，礦房間柱寬10 m，頂柱厚10 m。采用塹溝底部結(jié)構(gòu)，鏟運機出礦。中段高90 m(160～250 m中段)，劃分170，185，200，215，230 m共5個階段，其中 170 m 為無軌集中出礦分段，160 m為有軌集中運輸中段。為了便于出礦，沿礦體走向每隔100 m布置一條溜礦井。中深孔分段崩落階段礦房嗣后充填采礦法示意見圖2。

圖2 中深孔分段崩落階段礦房嗣后充填采礦法示意

3.2 采準(zhǔn)切割

采準(zhǔn)工程主要有分段平巷、出礦進(jìn)路、出礦平巷、分段鑿巖巷道、分段鑿巖巷聯(lián)絡(luò)道、溜井聯(lián)絡(luò)道、礦石溜井等；切割工程主要有塹溝平巷、切割橫巷、切割天井等。

在礦房底部布置拉底巷道，在此巷道內(nèi)鉆鑿上向扇形中深孔，爆破后形成集礦塹溝；分段平巷布置在礦體下盤脈外，從分段平巷每隔10～12 m以45°向礦房內(nèi)掘進(jìn)出礦進(jìn)路，與集礦塹溝連通，構(gòu)成礦石外運通道。在每個采場的端部距回采邊界2.5～3 m 處掘進(jìn)一條切割通風(fēng)天井和一條切割橫巷，為保障采場與上下分段間形成貫通風(fēng)流，切割通風(fēng)天井與上分段鑿巖巷和上中段巷道貫通，在切割橫巷內(nèi)鉆鑿上向平行中深孔，以切割天井為自由面爆破形成切割槽[8]。

3.3 回采工藝

一步驟分段空場開采礦房，嗣后全尾砂膠結(jié)充填礦房，待膠結(jié)體達(dá)到一定強度后，二步驟分段空場開采礦柱，嗣后充填，礦柱底部10 m采用全尾砂膠結(jié)充填，以便下階段回采頂?shù)字?，其余空區(qū)采用全尾砂和廢石非膠結(jié)充填，以降低充填成本。礦房回采從切割槽開始，向礦房另一端回采；分段間自上而下回采，上分段超前下分段2～3排炮孔形成階梯狀工作面[9-10]。

3.3.1 鑿 巖

采用YGZ-90型鑿巖機配圓盤支架在分段鑿巖巷道內(nèi)鉆鑿上向扇形中深孔，孔徑為60～65 mm，每個采場配一臺YSP-45型鑿巖機輔助鉆鑿個別邊孔。打上向炮眼是中深孔分段崩落階段礦房采礦法使用較普遍的一種鑿巖方式，為降低大塊率，可控制打眼方式、炮孔的參數(shù)和裝藥量。回采前，將切割天井拉開形成切割槽，拉槽中深孔鑿巖參數(shù)為排距1～1.2 m，孔底距2 m。回采中深孔鑿巖參數(shù)為排距1.2～1.5 m，孔底距1.8～3 m。因礦巖穩(wěn)固性好，靠近頂板的中深孔應(yīng)超深0.5 m。

3.3.2 爆 破

炮孔打完后，以切割槽為初始自由面?zhèn)认騿畏侄畏执伪苹蚨喾侄瓮瑫r爆破，每次爆破3～5排炮孔。采用BQF-100裝藥器裝填粉狀銨油炸藥，非電導(dǎo)爆管雷管微差起爆，同排同段，各排分段，采用導(dǎo)爆管并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

3.3.3 采場通風(fēng)

出礦時，采場新鮮風(fēng)流從斜坡道經(jīng)分段平巷及各裝礦進(jìn)路到達(dá)出礦工作面；鑿巖時，采場新鮮風(fēng)流從斜坡道經(jīng)各分段平巷及分段鑿巖巷道到達(dá)鑿巖工作面。清洗工作面后的污風(fēng)通過切割回風(fēng)天井匯入上一個分段的回風(fēng)平巷，然后經(jīng)回風(fēng)井抽出地表。為改善采場工作面通風(fēng)效果，鑿巖時和爆破后采場內(nèi)采用局扇加強通風(fēng)。

3.3.4 支 護(hù)

分段鑿巖巷、出礦底部結(jié)構(gòu)、人行井一般情況下不需支護(hù)，對于不穩(wěn)固地段采用錨桿或噴錨網(wǎng)支護(hù)，噴射混凝土厚100 mm，混凝土強度等級為C20，錨桿間排距為800 mm×800 mm，金屬網(wǎng)規(guī)格為1.8 m×1.8 m。

3.3.5 出 礦

采用CY-2型2.0 m3柴油鏟運機出礦。崩落下的礦石集中在170 m分段塹溝，采用鏟運機從出礦進(jìn)路運至采場溜井，溜至160 m中段裝車。

3.3.6 充填工藝

礦房和礦柱回采、出礦結(jié)束后對采空區(qū)進(jìn)行嗣后充填。充填前先封閉通往采場的巷道，在采場底部進(jìn)路中構(gòu)筑充填泄水擋墻，充填濾水管從上到下鋪設(shè)，利用切割回風(fēng)天井和上中段出礦進(jìn)路作為充填通道。

礦房采空區(qū)采用全尾砂膠結(jié)充填，膠結(jié)材料水泥標(biāo)號為C32.5，充填料漿濃度控制在68%～72%，空區(qū)底部采用1∶4灰砂比，充填高度為10 m；中下部采用1∶6灰砂比，充填高度為7 m；采場上部采用1∶8灰砂比，充填至上階段。礦柱采空區(qū)底部采用全尾砂膠結(jié)充填，灰砂比為1∶4，充填高度為10 m；上部采用廢石+尾砂非膠結(jié)充填。

4 試采效果

試采采場的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)統(tǒng)計見表1。可知，單個采場的生產(chǎn)能力可達(dá)到518 t/d，只要4個采場同時回采就能滿足該工區(qū)2 000 t/d生產(chǎn)能力的要求。采用中深孔分段崩落階段礦房嗣后充填采礦法有效地降低了貧化率、損失率、炸藥單耗、千噸采切比和采礦成本，增加了采礦工效，提高了經(jīng)濟效益。試采結(jié)果較理想，達(dá)到了預(yù)期的指標(biāo)。

表1 試驗采場主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

5 結(jié) 論

國內(nèi)某鎢礦保有資源儲量7 000多萬t，不規(guī)則低品位厚大礦體占了很大比重，根據(jù)該礦體開采技術(shù)條件，采用分段崩落階段礦房嗣后充填采礦法開采，分兩步驟回采，一步驟回采礦房，嗣后全尾砂膠結(jié)充填，二步驟回采礦柱，非膠結(jié)充填。與原有的淺孔留礦法相比，該采礦法機械化程度高，作業(yè)條件安全，管理方便，回采強度大，可大幅提高生產(chǎn)能力，降低采礦成本。通過工業(yè)試驗，得到了良好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。分段崩落階段礦房嗣后充填采礦法在不規(guī)則低品位厚大礦體的成功應(yīng)用為技術(shù)條件類似的礦山提供了參考依據(jù)。

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Application of Sublevel Caving Block Chamber Afterward Filling Mining Method in Irregular Large and Thick Ore-body

Hu Tingting1,2

(1.School of Resources and Safety Engineering, Central South University;2.Hunan Research Institute for Nonferrous Metals)

According to the mining technical conditions of the irregular large and thick tungsten ore-bodies with low grade of a tungsten mine, the medium-length hole sublevel caving block chamber afterward filling mining method is adopted by conducting analysis and comparison of several mining methods. The industrial test results show that the production capacity of stope is 518 t/d, loss rate is 14.7%, the dilution rate is 10.9%, the stripping ratio is 3.82 m/kt, the production capacity of the stope is improved significantly, the loss rate and dilution rate is lowered significantly, the economical index is good, the economic benefit and social benefit are both remarkable. The above study results in this paper further show that the sublevel caving block chamber afterward filling mining method is suitable to the mining of irregular large and thick ore-body, which can provide some reference for the similar metal mines.

Irregular large and thick ore-body, Medium-length hole sublevel caving block chamber afterward filling mining method, Production capacity, Loss rate, Dilution rate, Stripping ratio

2016-10-20)

胡婷婷(1986—)，女，工程師，410100 湖南省長沙市芙蓉區(qū)張公嶺亞大路99號。