陳 綱 李 寧 李曉蕓 孫國權

(1.五礦二十三冶建設集團桂陽錫業(yè)有限公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.長沙有色冶金設計研究院有限公司)

我國是錫礦資源消費大國，隨著錫資源超負荷使用，錫的基礎儲量逐年下降，一方面要提高錫資源的循環(huán)利用效率，另一方面要提高錫礦的資源回收率，安全高效回收埋深大、品位低的錫礦產(chǎn)資源已成為當務之急[1-2]。而對于錫礦的合理開采方法選擇顯得尤為重要，適宜的采礦方法不僅可以降低損失率、貧化率，增加回采率，而且在降低圍巖移動與變形，減少圍巖支護成本，保證礦塊產(chǎn)量等方面均具有重要意義。

1 工程概況

某錫礦位于湖南省郴州市，礦區(qū)地勢中部高南北低，山脈總體呈北西走向，礦床處于山區(qū)，前期民采活動、地質(zhì)災害已有發(fā)生，局部地區(qū)巖石自然剝蝕，地表允許崩落。該錫礦為云英巖脈型礦床，已知礦體20條，可采礦體9條，其中，規(guī)模較大、控制程度較高的為10#、11#、12#、17#礦體，各礦體呈脈狀，近于平行，相互間距為10～140 m，走向北東，傾向北西，傾角較大，為60°～88°，厚0.4～2.10 m，平均厚1.44 m，埋藏深度在原礦體賦存標高710～364 m，傾斜延伸49～323 m，屬于急傾斜薄礦體。

礦區(qū)位于南嶺構造剝蝕區(qū)北緣，3條近南北向山脈平行延展，夾2條較開闊縱向溝谷。礦脈均為云英巖脈型礦體，賦存于中侏羅世湯市鋪超單元花崗巖中，圍巖巖性單一；巖體呈整體狀，區(qū)內(nèi)花崗巖RQD值為90%以上，屬整體塊狀結構類型。

礦區(qū)內(nèi)無區(qū)域性斷裂，次級破碎帶絕大多數(shù)即為礦體，破碎帶由云英巖、碎裂硅化蝕變花崗巖及少量石英脈等組成，帶內(nèi)節(jié)理、裂隙發(fā)育，具導水性，巖石力學性質(zhì)差；整體強度低，坍塌、滑移、壓縮變形均可產(chǎn)生；礦床圍巖穩(wěn)定性良好，據(jù)探礦巷道揭示，圍巖基本不需支護。依據(jù)工程地質(zhì)資料，礦石一般穩(wěn)固，僅在破碎帶發(fā)育地段穩(wěn)固性差，普氏系數(shù)一般為8～12，巖石普氏系數(shù)一般為8～10,開采技術條件屬中等偏簡單類型。

2 采礦方法的選擇

2.1 采礦方法的選擇原則

(1)采準切割工作量小，基建時間盡可能短，投產(chǎn)達產(chǎn)快。

(2)因錫礦石價值較高，盡可能降低損失率和貧化率，提高礦石回收率。

(3)礦石與圍巖穩(wěn)固性良好，礦體中裂隙較為發(fā)育，礦床水文地質(zhì)條件為中等類型，在滿足礦石產(chǎn)量的前提下，保護礦體上部破碎風化帶，不能破壞頂板穩(wěn)固性以及防止破碎風化帶裂隙水滲水補給。

(4)采場開采強度大，勞動生產(chǎn)率高。

(5)優(yōu)先開采470～630 m標高礦體，兼顧470 m 以下和630 m以上礦體。

(6)安全生產(chǎn)效率高，回采工藝盡可能簡單，投資較少。

2.2 采礦方法的初選

礦體為走向較長、傾角大多65°～88°、厚0.8～2 m的急傾斜薄礦體群，從礦區(qū)礦體賦存形態(tài)和礦巖穩(wěn)固性來看，空場采礦法、崩落采礦法、充填采礦法均可采用。若采用充填法等類似采礦方法，采礦生產(chǎn)效率受制約，采礦成本高，企業(yè)經(jīng)濟效益差。采用架設人工假頂?shù)姆謱颖缆浞纱蟠蠼档偷V石損失率和貧化率，使得礦石損失率控制在2%～5%，貧化率控制在5%～8%，這對于回收價值較高錫礦石經(jīng)濟意義重大，但架設人工假頂需要消耗大量鋼材，可達0.05～0.11 m3/t，當人工假頂不能隨回采工作下移時需要人工強制放頂，易造成巖石覆蓋層增加礦石貧化率，且分層崩落法礦塊生產(chǎn)能力較小，一般為1 500～3 000 t/月，回采工作面通風條件較差，同時，采用崩落法回采，礦體上部第四系黏土層將被破壞，黏土和地下水的混合物涌入坑內(nèi)，將加大礦石的貧化損失指標，直接威脅到礦山生產(chǎn)安全。因此，不宜采取充填法和崩落法采礦。根據(jù)礦山的開采技術條件、水文工程地質(zhì)條件、前期探礦工程現(xiàn)狀、礦山生產(chǎn)和發(fā)展需要及其特殊要求，依據(jù)國內(nèi)外類似條件的錫礦床開采經(jīng)驗，適宜采用淺孔留礦法和分段礦房法。

2.3 采礦方法比較

淺孔留礦法將礦體劃分為礦房和礦柱，預留頂柱和間柱，底部結構可以采用不留底柱的切割方法，也可以采用有底柱拉底和辟漏同時進行的切割方法，分兩步驟連續(xù)回采[3]。首先掘進階段運輸巷道、先進天井和拉底巷道，貫穿風流，然后以拉底巷道為自由面，形成拉底空間和辟漏，為爆破創(chuàng)造有利條件。在拉底空間鑿巖、爆破、通風以后，依靠自重放出約1/3礦石，其余礦石留在礦房中作為繼續(xù)上采的工作臺，在工人進入工作臺鑿巖之前，進行撬頂平場工作。依次進行鑿巖、爆破、通風、局部放礦、撬頂平場，直至最終大量放礦，再進行礦柱的回采。留間柱、頂?shù)字牧舻V法見圖1。

圖1 淺孔留礦法示意1—回風巷道；2—頂柱；3—天井；4—聯(lián)絡道；5—間柱； 6—暫留礦石；7—底柱；8—漏斗；9—階段運輸巷道； 10—未采礦石；11—回采空間

分段礦房法是按礦塊的垂直方向劃分若干分段，在每個分段水平上布置礦房和斜頂柱，分兩步驟連續(xù)回采。在礦體下盤掘進階段運輸巷道，從階段運輸巷道掘進斜坡道，聯(lián)通下盤各個分段運輸平巷，沿礦體走向每隔100 m掘進一條放礦溜井通往各分段運輸平巷。沿分段運輸平巷每隔10～12 m掘進裝運平巷，通到礦體下盤的塹溝平巷，靠近上盤接觸面位置掘進鑿巖平巷。然后在礦房一側掘進切割橫巷聯(lián)通鑿巖平巷與礦柱回采平巷，從塹溝平巷到分段礦房最高處掘切割天井，爆破后形成切割槽[4]。從切割槽向礦房另一側回采，礦房回采結束后立即回采間柱和斜頂柱。分段礦房采礦法見圖2。

分段礦房法采切工程量大，礦石的損失貧化較大,礦石綜合回收率為80%以上，生產(chǎn)效率高，單個礦房生產(chǎn)能力為800 t/d；留礦法采切工程量相對較少，礦石的損失貧化較少，礦石綜合回收率為85%，生產(chǎn)效率不高，單個礦塊生產(chǎn)能力為300 t/d，可滿足本礦山生產(chǎn)能力要求。從提高回采率、降低貧化率以及盡量減少采切工程量的角度考慮，淺孔留礦法優(yōu)于分段礦房法，因此，本設計選用淺孔留礦法。

圖2 分段礦房法示意1—分段運輸平巷；2—裝運平巷；3—塹溝平巷； 4—鑿巖平巷；5—礦柱回采平巷；6—間柱鑿巖硐室； 7—切割天井；8—斜頂柱；9—崩落礦石

3 采礦方案設計

3.1 采場結構參數(shù)

礦體傾角在65°～88°，平均傾角大于70°，礦體厚0.8～2.1 m，可采厚度大于0.8 m，據(jù)此選擇采場沿走向布置，依據(jù)實際中段礦體長度，礦塊長度一般控制在40～60 m，標準礦塊長56 m，礦房長50 m，礦塊高度為中段高度，根據(jù)設計規(guī)范，淺孔留礦法的中段高度為40～50 m，結合本礦山礦脈形態(tài)變化大的特點，并參照類似礦山經(jīng)驗，取中段高度40 m，頂柱高3～4.0 m，間柱寬6 m。平底淺孔留礦法見圖3。

圖3 平底淺孔留礦法示意(單位：m)1—階段運輸平巷；2—進路；3—拉底平巷； 4—待采礦體；5—間柱；6—天井

3.2 底部結構優(yōu)化

為充分利用錫礦資源，提高礦石回采率，采用不留底柱的淺孔留礦法，按其不同的底部結構不同形式又分為平底結構裝載機出礦、人工假頂木漏斗結構及鋼筋混凝土假頂結構等不同形式。其相同優(yōu)點是不留底柱，提高了礦石的回采率，不同點是平底結構裝載機出礦效率比人工假頂木漏斗結構和鋼筋混凝土假頂結構的出礦效率高40%左右，且作業(yè)安全，工人勞動強度低，生產(chǎn)管理簡單，但需配備裝巖機，增加了設備購置費用。采用人工假頂木漏斗結構和鋼筋混凝土假頂結構的淺孔留礦法，雖然出礦設備簡單，但需人工制作假頂，施工工藝復雜，工人勞動強度大，且木材或鋼筋混凝土用量大，耗材高，增加了采礦成本和巷道維護費用，而且基建投資偏大，經(jīng)營費用高，綜合考慮并沒有突出優(yōu)勢[5-7]。根據(jù)減少工人勞動強度、提高工作效率之要求，本礦山選用平底結構裝載機出礦的淺孔留礦法。

3.3 采準切割工作

采準工作主要包括掘進裝礦橫巷、采準天井、聯(lián)絡巷道、漏斗頸等。采準天井斷面為矩形，規(guī)格為1.6 m×1.8 m，采場聯(lián)絡道每隔2～3 m掘進一條。在靠近礦體下盤每隔7 m布置裝礦橫巷,與中段運輸平巷相通，斷面為三心拱形斷面，規(guī)格2.3 m×2.8 m。由于采用淺孔落礦，不設二次破碎水平，少量大塊直接在采場工作面進行二次破碎。采場采用平底結構出礦，切割工作主要是沿脈內(nèi)掘進拉底巷道，斷面為1.5 m×2.0 m。

3.4 礦房回采

回采工作主要包括鑿巖、爆破、通風、局部放礦、撬頂平場、二次破碎等。采用YSP-45型鉆機打上向平行炮孔，孔徑為38～42 mm，孔深1.8 m，最小抵抗線為0.8～1.0 m。炮孔按照之字形排列，間距為0.8～1.0 m，排距為0.8～1.0 m，采用整層一次推進或梯段工作面。爆破采用2#巖石乳化炸藥，不耦合連續(xù)裝藥，非電雷管復式網(wǎng)絡，多排微差爆破系統(tǒng)。采場采用抽出式通風，新鮮風流由采場一端的順路天井經(jīng)聯(lián)絡道進入采場工作面，清洗工作面后，由另一側的通風天井排到上部回風巷道。采用0.3 m3電動裝載機裝至0.7 m3礦車，再由3 t電機車運輸至主溜礦井。每次崩礦完成后，及時組織放礦并處理頂板浮石，每次只能放出崩落礦量的1/3左右。礦山經(jīng)落礦和部分放礦后，即對采場進行安全處理和場地平整，以保障下次回采作業(yè)的安全。采場工作面爆破后的礦石塊度不得大于350 mm，超過部分要進行人工打眼(YT-27)和二次爆破或者用大錘人工砸碎。

礦房回采中分兩梯段進行，但每個礦塊中同時作業(yè)的梯段為一個，以每個采場1個晝夜進行一個作業(yè)循環(huán)計算，每個采場的日常出礦能力約65 t。

3.5 礦柱回采及采空區(qū)處理

每個采場回采結束后，其頂柱隨礦房回收，留間斷礦柱，回收量約1/4，間柱不回收，對通往采空區(qū)的巷道進行封閉處理，封閉材料采用漿砌塊石，封閉長度為0.8～1 m。在深部開采時，為防止因采空區(qū)過多引發(fā)大規(guī)模的空區(qū)崩塌事故，可采用鉆機在上盤圍巖打垂直扇形炮孔集中爆破來充填采空區(qū)。

4 應用效果

該錫礦對于礦脈厚1.0 m以上的礦石，采用平底淺孔留礦法開采；礦脈厚0.8～1.0 m的礦石，采用平底淺孔留礦法開采，采幅寬度控制在1.0～1.1 m；對于礦體厚度小于0.8 m而品位較富的礦石，也采用平底淺孔留礦法開采。

改進了淺孔留礦法的底部結構，不留設底柱，可提高礦石回采率2%，礦石綜合回收率大于88%。

采用平底淺孔留礦法，單個礦塊的礦房回采礦量為7 741 t，總采出礦量為8 573 t，副產(chǎn)礦石占采出礦量15%，千噸采切比為29.14 m3/kt，實現(xiàn)急傾斜薄礦體安全、高效生產(chǎn)。

5 結 論

根據(jù)礦山的賦存地質(zhì)條件、圍巖性質(zhì)等，通過采礦方法的初選及分析比較，選定回采率較高、貧化率較低、采切工程量較小的淺孔留礦法，并對底部結構進行優(yōu)化，減少了工人勞動強度，提高了工作效率，進一步降低了礦石損失率和貧化率，進而提高了礦山企業(yè)經(jīng)濟效益。平底結構裝載機出礦的淺孔留礦法對急傾斜礦體礦山開采具有很好的指導作用。