李陽(yáng)松，周 禮

(1.塔中礦業(yè)有限公司，塔吉克斯坦共和國(guó) 胡占德；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，長(zhǎng)沙 410012；3.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，長(zhǎng)沙 410012)

阿爾登鉛鋅礦主要采用淺孔留礦法進(jìn)行回采。隨著礦山生產(chǎn)能力的增大，淺孔留礦法在實(shí)際生產(chǎn)中暴露出以下問(wèn)題：1)人員在大面積暴露頂板下作業(yè)，安全性差，特別是該礦上盤(pán)礦巖交界處存在構(gòu)造破碎帶，給安全生產(chǎn)帶來(lái)極大壓力，受上盤(pán)礦巖交界處破碎帶的影響，部分采場(chǎng)僅向上回采約10 m左右即發(fā)生垮塌；2)采場(chǎng)生產(chǎn)能力小、效率低。采場(chǎng)采用淺孔落礦，一次崩礦量小，且崩落礦石每次只能放出約1/3，為滿足生產(chǎn)能力不得不數(shù)十個(gè)采場(chǎng)同時(shí)作業(yè)，回采戰(zhàn)線長(zhǎng)，安全生產(chǎn)及管理難度大；3)采場(chǎng)回采周期長(zhǎng)，崩落礦石不能及時(shí)放出，后期采場(chǎng)大量放礦時(shí)廢石大量混入，礦石貧化嚴(yán)重。

礦山回采安全與經(jīng)濟(jì)效益與其所選擇的采礦方法及工藝直接掛鉤[1-2]，為保證回采作業(yè)安全，取得理想的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)結(jié)合礦山的實(shí)際開(kāi)采技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件選擇合理的采礦方法，優(yōu)化回采工藝[3-5]。本文介紹了阿爾登鉛鋅礦采礦方法優(yōu)化研究，及其回采工藝及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

1 礦體特征和工程地質(zhì)條件

1.1 礦體特征

阿爾登鉛鋅礦礦體呈層狀產(chǎn)出，區(qū)內(nèi)主要礦體為Ⅵ-1礦體和Ⅷ-1礦體，其中Ⅷ-1礦體位于Ⅵ-1礦體的上盤(pán)，礦體間夾石厚度5～20 m不等。

Ⅵ-1礦體分布于15～40勘探線之間，走向長(zhǎng)1 870 m，斜長(zhǎng)650 m，礦體走向北東45°，傾向北西，傾角70°～80°，局部直立，平均厚度10 m。

Ⅷ-1礦體分布于20～40勘探線之間，長(zhǎng)約620 m，其中Ⅵ中段以上20～28勘探線基本采空，C1級(jí)儲(chǔ)量主要分布在Ⅴ～Ⅷ中段，其它特征同Ⅵ-1礦體。

1.2 工程地質(zhì)條件

礦區(qū)分布有沉積、巖漿、變質(zhì)生成的各類巖石，礦體下盤(pán)分布有花崗閃長(zhǎng)巖、變質(zhì)砂巖和變質(zhì)噴出巖，含礦圍巖為矽卡巖，礦體上盤(pán)圍巖為灰?guī)r，其工程地質(zhì)條件有如下特點(diǎn)：

1)礦床的沉積-變質(zhì)巖與火成巖都有較高的節(jié)理性，影響其巖石的穩(wěn)定性。

2)巖石強(qiáng)度遇水強(qiáng)度降低，其軟化系數(shù)為0.58～1：石灰?guī)r、斑巖、凝灰?guī)r、砂巖、花崗閃長(zhǎng)巖的硬度軟化系數(shù)為0.68～0.75；多數(shù)巖石硬度軟化系數(shù)為0.77～0.99。

3)礦體及下盤(pán)巖體屬于中等穩(wěn)固-穩(wěn)固巖體，而礦體與上盤(pán)巖體交界處賦存有一條構(gòu)造斷裂帶，穩(wěn)固性較差。

綜上所述，區(qū)域工程地質(zhì)條件復(fù)雜，為滑坡、泥石流等不良地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，地下礦山巷道內(nèi)工程地質(zhì)條件應(yīng)屬中等復(fù)雜程度。

2 采礦方法優(yōu)化選擇

2.1 采礦方法初選

根據(jù)阿爾登鉛鋅礦開(kāi)采技術(shù)條件及回采條件，結(jié)合礦山現(xiàn)有采裝設(shè)備及技術(shù)力量，初步確定可采用的采礦方法為分段空?qǐng)霾傻V法[6-7]和無(wú)底柱分段崩落法[8-9]。

1)分段空?qǐng)霾傻V法

分段空?qǐng)霾傻V法采場(chǎng)沿礦體走向布置，中段內(nèi)礦體劃分為2個(gè)分段自上而下進(jìn)行開(kāi)采，分段內(nèi)采用中深孔鉆機(jī)鑿巖，崩落礦石由本分段平底出礦結(jié)構(gòu)放出，鏟運(yùn)機(jī)出礦[10-11]。分段空?qǐng)霾傻V法典型方案見(jiàn)圖1。

圖1 分段空?qǐng)霾傻V法典型方案圖(單位：m)Fig.1 Typical plan of sublevel open-stoping method

(1)采場(chǎng)布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)

采場(chǎng)沿礦體走向布置，沿走向長(zhǎng)50～60 m，寬為礦體厚度。中段高度50 m，設(shè)2個(gè)分段，分段高25 m，中(分)段間留6～8 m頂柱，采場(chǎng)間留設(shè)寬5～6 m間柱。

(2)采準(zhǔn)切割工程布置

主要的采切工程有：斜坡道、分段運(yùn)輸巷、分段鑿巖巷、出礦穿脈、切割橫巷、切割天井、分段溜井、回風(fēng)聯(lián)巷等。單分段采切工程量約為431 m/3 014 m3。

斜坡道及分段運(yùn)輸巷：斜坡道布置在礦體下盤(pán)圍巖中，坡度12%～16%，分段運(yùn)輸巷布置在礦體下盤(pán)10～15 m。

分段鑿巖巷：沿著礦體中間或靠下盤(pán)位置布置分段鑿巖(受礦)巷，每隔8～10 m布置1條出礦穿脈連通上下盤(pán)礦體分段鑿巖巷和分段運(yùn)輸巷。

(3)回采順序

單層礦體時(shí)，先采上分段礦房、然后回收頂柱和間柱，再采下分段礦房；或先采上分段礦房、然后再采下分段礦房，同時(shí)回收兩分段頂柱和間柱。多層礦體且礦體間夾層大于5 m時(shí)，同一分段內(nèi)先采上盤(pán)礦體再采下盤(pán)礦體，上分段礦體采后再采下分段礦體。

(4)回采工藝

首先在礦房中部或一端施工切割平巷及切割天井，形成切割槽，然后以切割槽為自由爆破，崩落礦石采用鏟運(yùn)機(jī)從出礦穿脈鏟除。

鑿巖爆破：采場(chǎng)采用YGZ90鉆機(jī)鑿扇形中深孔，炮孔直徑60～65 mm，排距1.4～1.5 m，孔底距1.8～2.0 m；采用裝藥器裝藥，炮孔裝藥系數(shù)0.7～0.75，視補(bǔ)償空間情況每次爆破崩落3～6排炮孔。

通風(fēng)：新鮮風(fēng)流經(jīng)中段運(yùn)輸巷、分段運(yùn)輸巷、出礦穿脈，污風(fēng)經(jīng)采空區(qū)(切割槽)、上中段(分段)回風(fēng)聯(lián)巷匯入上中段回風(fēng)巷道。

出礦：鏟運(yùn)機(jī)由分段運(yùn)輸巷經(jīng)出礦穿進(jìn)入裝礦，鏟取礦石后直接裝運(yùn)礦卡車或倒入脈外溜礦井。

(5)礦柱回收與空區(qū)處理

單層礦體時(shí)，上分段礦房采后，即可采用中深孔一次崩落頂柱和間柱，鏟運(yùn)機(jī)從分段或中段底部結(jié)構(gòu)鏟出礦石；或上、下兩分段礦房采用同時(shí)崩落回收兩分段頂柱和間柱。多層礦體分別回采時(shí)，各礦體采后，及時(shí)崩落回收礦柱。

(6)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

分段空?qǐng)霾傻V法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 分段空?qǐng)霾傻V法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2)無(wú)底柱分段崩落法

無(wú)底柱分段崩落法不分礦房礦柱，不留保護(hù)出礦巷道的底柱。按一定高度將階段劃為分段，自上而下回采分段。在同一分段按一定間距布置進(jìn)路，在進(jìn)路內(nèi)鑿巖強(qiáng)制崩落礦石，在崩落的巖石覆蓋下出礦，以崩落圍巖處理空區(qū)并控制地壓。無(wú)底柱分段崩落法典型方案見(jiàn)圖2。

圖2 無(wú)底柱分段崩落法典型方案圖(單位：m)Fig.2 Typical plan of sublevel caving without sill pillar

(1)礦塊布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)

沿走向方向劃分礦塊，礦塊長(zhǎng)100～120 m，寬為礦體厚度。中段高度50 m，設(shè)3個(gè)分段，分段高16～17 m，根據(jù)礦體層數(shù)，礦體厚度大于3 m則布置1條鑿巖進(jìn)路。

(2)采準(zhǔn)切割工程布置

主要的采切工程有：分段運(yùn)輸巷、分段鑿巖巷、穿脈聯(lián)巷、切割橫巷、切割天井、溜礦井、回風(fēng)聯(lián)巷等。礦塊采切工程量約為1 662.5 m/12 342.5 m3。

分段運(yùn)輸巷：根據(jù)礦體實(shí)際情況設(shè)計(jì)分段運(yùn)輸巷，布置在距礦體下盤(pán)10～15 m。

分段鑿巖巷：沿著礦體中間或靠下盤(pán)位置布置分段鑿巖(受礦)巷，每隔50～60 m布置1條穿脈聯(lián)巷連通上下盤(pán)礦體分段鑿巖進(jìn)路和分段運(yùn)輸巷。

(3)回采順序

單層礦體時(shí)，先采上分段、再采下分段礦體，上分段超前下分段30～40 m；多層礦體且礦體間夾層大于5 m時(shí)，同一分段內(nèi)上盤(pán)礦體超前下盤(pán)礦體或上下盤(pán)礦體同步崩落開(kāi)采。

(4)回采工藝

首先在礦塊中部或一端施工切割平巷及切割天井，形成切割槽，然后以切割槽為自由爆破，崩落礦石采用鏟運(yùn)機(jī)從出礦進(jìn)路鏟出。

鑿巖爆破：采場(chǎng)采用YGZ90鉆機(jī)鑿扇形中深孔，炮孔直徑60～65 mm，排距1.4～1.5 m，孔底距1.8～2.0 m；采用裝藥器裝藥，炮孔裝藥系數(shù)0.7～0.75，每次爆破崩落1～2排炮孔。

通風(fēng)：新鮮風(fēng)流經(jīng)中段運(yùn)輸巷、分段運(yùn)輸巷、穿脈聯(lián)巷，清洗工作面后污風(fēng)經(jīng)切割槽或回風(fēng)井匯入上中段回風(fēng)巷道。

出礦：鏟運(yùn)機(jī)由分段運(yùn)輸巷經(jīng)穿脈聯(lián)巷進(jìn)入出礦進(jìn)路裝礦，鏟取礦石后直接裝運(yùn)礦卡車或倒入脈外溜礦井。

(5)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

無(wú)底柱分段崩落法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 無(wú)底柱分段崩落法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2.2 采礦方法優(yōu)選

分段空?qǐng)霾傻V法與無(wú)底柱分段崩落法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表3。從表中可以看出，二者回采時(shí)人員設(shè)備均在巷道中作業(yè)，頂板暴露面積小，均能有效保證人員設(shè)備作業(yè)安全，同時(shí)均采用中深孔落礦，鏟運(yùn)機(jī)出礦，作業(yè)集中，設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率高。比較而言，前者主要是在控制礦石損失率、貧化率及回采作業(yè)條件等方面優(yōu)于后者，而后者在采場(chǎng)生產(chǎn)能力、采切工程量、采場(chǎng)準(zhǔn)備時(shí)間、礦柱回收及空區(qū)處理等方面有優(yōu)勢(shì)。

表3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及優(yōu)缺點(diǎn)比較

阿爾登鉛鋅礦礦體呈層狀產(chǎn)出，且整體品位偏低，為取得較為理想的經(jīng)濟(jì)效益，該類型低品位礦體回采的關(guān)鍵是控制回采過(guò)程中的礦石貧化，提高出礦品位。前蘇聯(lián)時(shí)期，曾在該礦上部采用無(wú)底柱分段崩落法進(jìn)行回采，貧化率控制不理想，達(dá)35%～40%，表明無(wú)底柱分段崩落法無(wú)法有效控制礦石貧化。

綜上所述，推薦阿爾登鉛鋅礦采用分段空?qǐng)霾傻V法進(jìn)行回采。

3 結(jié)論及建議

1)阿爾登鉛鋅礦礦體呈層狀產(chǎn)出，且整體品位偏低，為取得較為理想的經(jīng)濟(jì)效益，該類型低品位礦體回采的關(guān)鍵是控制回采過(guò)程中的礦石貧化，提高出礦品位。經(jīng)比較分析，推薦阿爾登鉛鋅礦采用分段空?qǐng)霾傻V法進(jìn)行回采。

2)分段空?qǐng)霾傻V法采場(chǎng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力250～300 t/d，礦石損失率20%～25%，貧化率15%～20%，千噸采切比7.54 m/kt(62.17 m3/kt)。