余 超，崔 松

(1.中國鋁業(yè)貴州分公司礦業(yè)公司，貴陽 551413；2.礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 102628)

鋁土礦資源在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中起到極其關(guān)鍵的作用。據(jù)了解，鋁土礦資源由于自身地質(zhì)條件限制，主要是房柱法開采。由于鋁土礦成礦條件苛刻，頂板軟弱不穩(wěn)固、地壓活動顯著、層狀礦巖變化較大、直接頂板黏土巖與礦體界線不明確、水文地質(zhì)條件復(fù)雜等，揭露后短時(shí)間內(nèi)即出現(xiàn)垮塌，為保證開采安全及地表沉降控制，開采過程中必須預(yù)留較厚的護(hù)頂柱、點(diǎn)柱、頂?shù)字茸鳛橹误w系。導(dǎo)致鋁土礦資源的損失率較高，損失率一般40%～50%，造成大量資源浪費(fèi)[1-2]。隨著高品位鋁土礦礦石價(jià)格的提升，如何提高礦山回收率是目前亟需解決的難題。

合適的采礦方法直接影響采場回采的安全性和生產(chǎn)作業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。郭旺[3]針對銅坑礦緩傾斜薄礦體特征，提出了以TRIZ理論為指導(dǎo)的綜合優(yōu)選方法對礦山已用的采礦方法進(jìn)行優(yōu)化，效果良好。謝火明[4]采用液壓支柱護(hù)頂嗣后充填采礦法在水銀洞金礦得到很好的應(yīng)用。

康家灣礦[5]、紅泥坡銅礦[6]、巴魯巴銅礦[7]等緩傾斜礦體開采過程中，通過采礦方法優(yōu)化選擇，均取得較好效果。

本文對貓場鋁礦緩傾斜礦脈開采的安全性和高效性進(jìn)行了深入的研究，在現(xiàn)有采礦法基礎(chǔ)上，優(yōu)選出更合理的采礦方法。

1 工程概況

1)工程地質(zhì)條件

貓場鋁土礦為特大型沉積型鋁土礦床，具明顯二分性，為含鋁巖系、含鐵巖系。

礦體直接頂?shù)装逵绅ね翈r類組成，直接頂板平均厚度1.77 m；直接底板平均厚度3.22 m；礦體直接頂?shù)装迤骄鵕QD值12.50%，屬軟質(zhì)巖石塊狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定巖體。

礦床間接頂板為堅(jiān)硬巖石，礦床間接底板為堅(jiān)硬巖石塊狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定巖體。

對于鋁土礦層，土狀鋁土礦屬軟質(zhì)巖石塊狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定巖體礦體，致密狀鋁土礦屬硬質(zhì)巖石、塊狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定巖體，總體屬硬質(zhì)巖石與軟質(zhì)巖石互層的層狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定巖體。

2)水文地質(zhì)條件

礦體間接頂板富水性中等，該地區(qū)巖溶發(fā)育，含豐富溶洞暗河，水文地質(zhì)條件為中等偏復(fù)雜類型。

2 采礦方法初選

為減少礦柱損失，提高回采率，控制地壓與巖移，現(xiàn)有采礦方法已無法滿足以上條件及礦山生產(chǎn)需求。兩步驟條帶式廢石膠結(jié)充填采礦法的技術(shù)思路是在預(yù)護(hù)頂?shù)幕A(chǔ)上，進(jìn)行條帶開采，結(jié)合廢石嗣后充填技術(shù)，不再留設(shè)采場點(diǎn)柱，大幅提高資源回采率。因此，針對兩種采礦方法進(jìn)行對比分析，以優(yōu)選出合適的采礦方法。

2.1 點(diǎn)柱式房柱采礦法

1)礦塊布置及構(gòu)成要素

礦塊沿礦體走向連續(xù)布置，長50 m，控制礦塊斜長70～80 m，高為礦體厚度，留設(shè)頂、底柱，頂、底柱寬6 m。

2)采準(zhǔn)切割

中段運(yùn)輸平巷布置在礦體下盤，每個礦塊在鏟運(yùn)機(jī)聯(lián)絡(luò)平巷與采場上山交匯處布置一條采場溜礦井，掘進(jìn)人行通風(fēng)材料井聯(lián)通中段運(yùn)輸平巷與鏟運(yùn)機(jī)聯(lián)絡(luò)道，作為采場部分人員及材料的進(jìn)出通道；沿礦體傾斜方向上掘二條采場上山，至上中段或上分段鏟運(yùn)機(jī)聯(lián)絡(luò)道，形成完整的采場通風(fēng)風(fēng)路；在采場底柱上方開掘切割平巷，形成采場最初的回采工作面。

3)鑿巖爆破

回采工作面自采場一端向另一端分梯段向上逐步推進(jìn)，采用Boomer281型鑿巖臺車落礦；孔深2.5～3.0 m，最小抵抗線1.0 m左右，炮孔間距1.0～1.5 m。采用裝藥臺車(局部人工輔助)裝藥，非電雷管起爆，礦石塊度控制在500 mm以內(nèi)，個別大塊在采場進(jìn)行二次破碎。

4)出礦：采用2 m3電動鏟運(yùn)機(jī)鏟裝，運(yùn)至采場溜礦井，下放后在有軌運(yùn)輸中段振動放礦機(jī)裝礦，電機(jī)車牽引中至礦石破碎站主溜井。

5)采場通風(fēng)：新鮮風(fēng)流由中段運(yùn)輸平巷進(jìn)入采場，流經(jīng)工作面后，污風(fēng)回至上中段或上分段鏟運(yùn)機(jī)聯(lián)道，經(jīng)南北回風(fēng)斜井排出坑外。采場內(nèi)采用局部扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行輔助通風(fēng)。

2.2 兩步驟條帶式廢石膠結(jié)充填采礦法

1)礦塊布置及構(gòu)成要素

礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)：沿礦體走向劃分礦房、礦柱，一步驟回采礦房，通過分條回采，空區(qū)采用廢石膠結(jié)充填，寬3 m；二步驟分條帶回采，寬度5～6 m，礦塊長50 m，高為礦體厚度，傾向長50 m，0.5～1.0 m的護(hù)頂?shù)V壁(一步驟留1.0 m，二步驟留0.5～0.8 m)。

2)采準(zhǔn)切割

礦塊采切工程主要為鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)輸平巷、分段橫巷及通風(fēng)平巷。

3)鑿巖爆破

一步驟回采工作面自采場一端向另一端分梯段向上逐步推進(jìn)，采用Boomer281型鑿巖臺車落礦。孔深2.5～3.0 m，最小抵抗線1.0 m左右，炮孔間距1.0～1.5 m。采用裝藥臺車(局部人工輔助)裝藥，非電雷管起爆，礦石塊度控制在500 mm以內(nèi)，個別大塊在采場進(jìn)行二次破碎。

4)出礦：出礦選用2 m3的電動鏟運(yùn)機(jī)，下放后在有軌運(yùn)輸中段振動放礦機(jī)裝礦，電機(jī)車牽引中至礦石破碎站主溜井。

5)采場通風(fēng)：新鮮風(fēng)流主要經(jīng)主斜坡道、分段鑿巖巷道進(jìn)入采場空區(qū)，污風(fēng)由上中段或上分段鏟運(yùn)機(jī)聯(lián)道，經(jīng)南北回風(fēng)斜井排出坑外。采場內(nèi)采用局部扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行輔助通風(fēng)，見圖1。

圖1 兩步驟條帶式廢石膠結(jié)充填采礦方法Fig.1 A two-step strip consolidated stop-fill mining method for waste rock

3 采礦方法優(yōu)選

1)點(diǎn)柱式房柱采礦方法評價(jià)

該采礦方法礦石損失率較大，基本在40%～50%，造成大量經(jīng)濟(jì)損失，頂板控制困難，安全風(fēng)險(xiǎn)高，管理難度大。

2)兩步驟條帶式廢石膠結(jié)充填采礦方法評價(jià)

廢石膠結(jié)充填采礦方法[8]布置結(jié)構(gòu)較為簡單，采礦過程中頂板預(yù)留0.8～1.0 m護(hù)頂?shù)V，支護(hù)工程量少，管理方便，在二步驟回采過程中，在保證安全的條件下，二次回采護(hù)頂?shù)V，進(jìn)一步降低礦石損失，工藝技術(shù)容易掌握，鑿巖、爆破、出礦都是在護(hù)頂?shù)V壁下完成，工人不必進(jìn)入空區(qū)?；夭赏戤吅螅徊襟E采用廢石膠結(jié)充填，可有效解決廢石地表堆存問題，滿足環(huán)保要求，另外，充填成本低，總體來說，提高高品位礦石回收率，降低采切工程量，有效控制地壓，廢石有效利用，機(jī)械化程度高。

采用點(diǎn)柱式房柱采礦方法與兩步驟條帶式廢石膠結(jié)充填采礦方法綜合技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 開采方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較

通過各項(xiàng)指標(biāo)可以得出，條帶式廢石充填采礦法各項(xiàng)指標(biāo)良好，尤其是回收率得到大幅提高，可以有效多回收大量高價(jià)值礦石，同時(shí)有效提高礦山服務(wù)年限[9]。圖2為條帶式回采具體回采步驟分解。

圖2 條帶式回采具體回采步驟分解Fig.2 The specific stoping steps of strip stoping

4 結(jié)論

根據(jù)礦體賦存變化條件，對礦山現(xiàn)有采礦方法進(jìn)行全面剖析，有針對性地進(jìn)行了對比優(yōu)化，具體結(jié)論如下：

1)建議采用留護(hù)頂?shù)V壁兩步驟分條回采嗣后充填采礦方法，在保證回采安全的前提下，結(jié)合廢石充填工藝，可以解決貓場鋁礦安全、高效采礦、地壓控制、廢石充填等技術(shù)難題。

2)提高了礦山整體(尤其是高品位鋁土礦)回采率，由60%左右提高至80%，延長了礦山服務(wù)年限，促進(jìn)了礦山良好發(fā)展。

3)廢石不出坑，同時(shí)可以有效解決地表廢石場地有限的難題，有效控制地表沉降等目標(biāo)。