趙元元，高 峰，熊 信

(1.廣西高峰礦業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)科，廣西南丹547205；2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，湖南長沙410083)

傳統(tǒng)兩步驟采礦方法在前期留有大量間柱和大面積采空區(qū)，隨著開采深度的增加，礦柱回收滯后影響階段推進(jìn)速度，甚至承壓變形破壞，給礦山安全生產(chǎn)帶來很多困難和隱患[1-3]。由于兩步驟開采后的殘礦資源(簡稱二步資源)賦存條件復(fù)雜，受開采擾動及應(yīng)力集中等影響，回采效率低，安全性差，難以采用常規(guī)采礦方法進(jìn)行回采[4-5]。20世紀(jì)80年代以來，國際礦業(yè)界對二步資源回收技術(shù)進(jìn)行了大量研究，提出了諸多二步資源的回采工藝。我國通過多年二步資源開采實(shí)踐積累了大量經(jīng)驗(yàn)，但以往二步資源的回收通常把資源回采與隱患治理看作是一對矛盾，分別進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)與施工，二者之間的相互關(guān)系研究較少[1]。為有效調(diào)和資源回采與隱患治理這對矛盾，陳慶發(fā)等[6-9]提出了協(xié)同開采理念，通過創(chuàng)新采礦方法、應(yīng)力控制和斷鏈減災(zāi)等技術(shù)，解決了殘礦資源回采過程中的諸多矛盾問題(空區(qū)隱患、地壓、水害等)，并結(jié)合礦山實(shí)例開展了應(yīng)用研究，為殘礦資源的開采提供了新思路。

因此，本文基于協(xié)同開采理念，以高峰礦-200 ～-189 m 水平下盤殘留礦體為研究對象，針對其復(fù)雜開采技術(shù)條件，將采場結(jié)構(gòu)（包括采場形式和采準(zhǔn)工程布情況置等）和回采工藝（包括回采順序、落礦方式和礦石運(yùn)搬）協(xié)調(diào)與同步整合，設(shè)計(jì)上、下向扇形中深孔協(xié)同利用崩礦空間落礦嗣后充填采礦的回采方案，為高峰礦殘礦資源回收提供新方案，對其他礦山類似的殘礦資源回收具有重要的借鑒意義。

1 試驗(yàn)采場概況

高峰礦現(xiàn)采深達(dá)1 000 m，以-79 m水平上下劃分為100，105號礦體，目前主要開采的105號礦體是世界罕見的多金屬特富礦床[8-12]，采用的采礦方法為機(jī)械化上向水平分層充填法。為滿足礦山生產(chǎn)能力要求，階段內(nèi)(-200～-151 m)的回采順序被打亂，加之非法盜礦亂采濫挖，導(dǎo)致-200～-189 m水平的下盤遺留了一個形狀不規(guī)則的礦體。根據(jù)高峰礦生產(chǎn)現(xiàn)狀和階段平面圖，繪制遺留礦體的賦存條件示意圖，如圖1。由圖1可知，遺留礦體類似于一個上大下小的梯形礦段，沿走向120 m長，梯形礦段下底約8 m，上底約23 m，累計(jì)礦量11 000 t，礦體頂板和左側(cè)均為充填體，下盤為生物礁灰?guī)r，靠近礦體下盤沿走向布置有-200 m和-189 m水平的脈內(nèi)運(yùn)輸巷道。

圖1 遺留礦體賦存條件示意圖Fig.1 Schematic diagram occurrence condition of remnant orebody

針對遺留礦體的賦存條件，目前自-200 m水平脈內(nèi)運(yùn)輸巷道采用上向淺孔(I區(qū))和水平淺孔(II區(qū))同時挑頂，并將崩落礦石作為上采平臺繼續(xù)挑頂?shù)幕夭煞椒?，待整個礦房挑頂結(jié)束，采用鏟運(yùn)機(jī)一次性出礦，最后采用膠結(jié)充填體對采空區(qū)進(jìn)行充填，即類似淺孔留礦嗣后充填法的方式回采。高峰錫礦礦石含硫量較高，該方法在回采過程中積壓大量礦石，并且淺孔落礦礦房回采時間較長，因此會出現(xiàn)礦石自燃；該方法挑頂完成后整個礦房(I區(qū)和II區(qū))頂板均為充填體，暴露面積較大，頂板容易出現(xiàn)垮塌失穩(wěn)，導(dǎo)致礦石貧化及安全事故；此外，該方法在回采時沒有利用-189 m水平的脈內(nèi)運(yùn)輸巷道，即未有效利用已有開拓工程。針對目前采礦方法的缺點(diǎn)，有必要創(chuàng)新采礦方法、優(yōu)化回采工藝，實(shí)現(xiàn)該梯形礦段的安全高效回采。

2 回采方案設(shè)計(jì)

針對遺留礦體的賦存條件，基于協(xié)同開采理念，設(shè)計(jì)上、下向扇形中深孔協(xié)同利用崩礦空間落礦嗣后充填采礦的回采方案。將梯形礦段劃分為方形礦柱(I區(qū))與三角礦柱(II區(qū))，協(xié)調(diào)礦柱回采與充填順序，不留間柱，充分利用-200 m和-189 m水平脈內(nèi)運(yùn)輸巷道，采用上向扇形中深孔(I區(qū))與下向扇形中深孔(II區(qū))協(xié)同利用崩礦空間落礦的方式進(jìn)行擠壓爆破，并借助三角礦柱的產(chǎn)狀使礦石自然下溜到同一脈內(nèi)運(yùn)輸巷道(-200 m水平)，然后采用遙控鏟運(yùn)機(jī)出礦。沿礦體走向?qū)⒌V體劃分為礦房，根據(jù)允許暴露面積設(shè)計(jì)礦房長度20 m，礦房寬度為礦體厚度，上、下向扇形中深孔協(xié)同利用崩礦空間落礦嗣后充填采礦法的示意圖如圖2。結(jié)合采礦方法的示意圖對整個回采工藝(包括采準(zhǔn)與切割、回采與充填)進(jìn)行優(yōu)化。

圖2 上、下向扇形中深孔協(xié)同利用崩礦空間落礦嗣后充填采礦法Fig.2 Subsequent filling mining method that upward and downward fan-shaped medium-depth hole for synergetic utilize caving space for ore caving

2.1 三角礦柱回采工藝

如圖2(a)所示:在礦房中部自-200 m水平的脈內(nèi)運(yùn)輸巷道向上掘進(jìn)切割天井，在切割天井內(nèi)沿礦體走向采用上向平行中深孔逐排爆破形成切割立槽(協(xié)同利用崩礦空間)；在礦房中部自-189 m水平的脈內(nèi)運(yùn)輸巷道垂直礦體走向掘進(jìn)-189 m水平鑿巖巷道貫通至切割立槽，然后穿鑿下向扇形中深孔，以切割立槽為自由面往-189 m水平脈內(nèi)運(yùn)輸巷道方向逐排起爆完成擠壓爆破，降低中深孔爆破的大塊率；如圖2(b)所示，同時在臨近礦房中部自-200 m水平的脈內(nèi)運(yùn)輸巷道向上掘進(jìn)切割天井，在切割天井內(nèi)沿礦體走向采用上向平行中深孔逐排爆破形成切割立槽（臨近礦房協(xié)同利用崩礦空間），合理利用間隙時間實(shí)現(xiàn)礦房回采工作的協(xié)同推進(jìn)。

采用遙控鏟運(yùn)機(jī)自-200 m水平脈內(nèi)運(yùn)輸巷道出礦，并充分利用三角礦柱的產(chǎn)狀使礦石自然下溜至-200 m水平的脈內(nèi)運(yùn)輸巷道，將三角礦柱的礦石全部鏟出，避免礦石損失；待三角礦柱礦石回采完畢，在方形礦柱與三角礦柱交界處構(gòu)筑充填擋墻，協(xié)同利用切割立槽為方形礦柱回采提供擠壓爆破的崩礦空間，同時自-189 m水平脈內(nèi)運(yùn)輸巷道向采空區(qū)內(nèi)泵送膠結(jié)充填體完成充填。

2.2 方形礦柱回采工藝

如圖2(b)所示:在礦房中部自-200 m水平的脈內(nèi)運(yùn)輸巷道垂直礦體走向掘進(jìn)-200 m水平鑿巖巷道貫通至礦體端部，然后穿鑿上向扇形中深孔；以切割立槽（協(xié)同利用崩礦空間）為自由面往-200 m水平脈內(nèi)運(yùn)輸巷道方向逐排起爆完成擠壓爆破，降低中深孔爆破的大塊率，采用遙控鏟運(yùn)機(jī)自-200 m水平脈內(nèi)運(yùn)輸巷道出礦；出礦完畢在-200 m水平脈內(nèi)運(yùn)輸巷道內(nèi)構(gòu)筑充填擋墻，自-189 m水平脈內(nèi)運(yùn)輸巷道向采空區(qū)內(nèi)泵送膠結(jié)充填體完成充填；同時在臨近礦房中部自-189 m水平的脈內(nèi)運(yùn)輸巷道垂直礦體走向掘進(jìn)-189 m水平鑿巖巷道貫通至切割立槽，然后穿鑿下向扇形中深孔；重復(fù)三角礦柱與方形礦柱回采工藝，實(shí)現(xiàn)礦房回采協(xié)同推進(jìn)，提高礦房回采效率。

3 現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)

高峰礦已采用淺孔留礦嗣后充填采礦法回采完1個礦房，歷時近3個月，礦房累計(jì)采出礦石量17 500 t，礦房生產(chǎn)能力大約195 t/d，礦石損失率4.5%，貧化率10%。后續(xù)礦房采用上、下向扇形中深孔協(xié)同利用崩礦空間落礦嗣后充填采礦法進(jìn)行回采，回采工作自2017年8月開始，至2018年3月結(jié)束，歷時7個月，累計(jì)采出礦石量88 900 t，礦房生產(chǎn)能力大約420 t/d，礦石損失率3%，貧化率5%。實(shí)踐表明，與淺孔留礦嗣后充填采礦法相比，上、下向扇形中深孔協(xié)同利用崩礦空間落礦嗣后充填采礦法頂板充填體暴露面積大幅減小，礦石貧化率大幅降低，礦房生產(chǎn)能力大幅提升。表明該方法能較好地滿足高峰礦安全高效回采的要求。

4 結(jié) 論

1)針對高峰礦-200～-189 m水平的下盤二步破碎資源礦體復(fù)雜開采技術(shù)條件，基于協(xié)同開采理念，設(shè)計(jì)上、下向扇形中深孔協(xié)同利用崩礦空間落礦嗣后充填采礦法回采臨近充填體的梯形礦柱。

2)現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)表明，與淺孔留礦嗣后充填采礦法相比，上、下向扇形中深孔協(xié)同利用崩礦空間落礦嗣后充填采礦法的頂板充填體暴露面積小，礦石貧化率由10%降低至5%，礦房生產(chǎn)能力由195 t/d 提高到420 t/d，能較好地滿足高峰礦安全高效回采的要求，其協(xié)同利用崩礦空間的理念與回采工藝值得其他類似礦山借鑒。