任玉東

摘要：紅花溝金礦15-6號礦體屬急傾斜中厚礦體，且礦巖穩(wěn)定性較差，采用削壁充填采礦法回采易導致采場作業(yè)安全條件欠佳且極易造成大量的采礦損失貧化。根據(jù)紅花溝金礦15-6號礦體的開采技術條件，開展了上向水平分層分步充填采礦法試驗研究，其實質是基于上向水平分層干式充填采礦法，將采場分步驟回采，控制采場跨度，確保采場頂板穩(wěn)定與生產安全。該方案很好地解決了厚度為8～10 m的中厚礦體開采問題，有利于礦山完成生產任務并提高經濟效益。

關鍵詞：急傾斜;中厚礦體;穩(wěn)定性;上向水平分層;分步驟回采;采場跨度;干式充填

中圖分類號：TD853.34文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2021）10-0049-05doi：10.11792/hj20211010

引 言

近年來，隨著經濟的迅速發(fā)展，對礦產資源尤其是有色金屬資源的需求快速增長，而有色金屬資源保有量卻嚴重不足，資源開采對象也不得不從開采條件好、品位高的礦體開始向深部、難采礦體、殘留礦體推進[1]。目前，中國有色金屬礦山大多屬于急傾斜薄—中厚礦體，此類礦體在開采過程中面臨采切成本高、機械化程度低、生產效率低等問題[2]。據(jù)統(tǒng)計，在回采品位不高、礦巖較穩(wěn)固的礦體時，主要采用分段鑿巖階段空場采礦法或留礦采礦法，在一定程度上降低了生產成本，但面臨采礦損失貧化大、采場安全性較低等問題[3];在開采礦巖不穩(wěn)固、品位較高的礦體時，大多采用充填采礦法，該方法采礦損失貧化低、安全性高，但生產成本較高、工藝也比較復雜。因此，如何安全高效地開采急傾斜薄—中厚礦體一直是采礦行業(yè)亟待解決的難題。

內蒙古宏峰實業(yè)股份有限公司紅花溝金礦（下稱“紅花溝金礦”）在建礦初期，一直采用回采工藝簡單、成本低的淺孔留礦采礦法，但在開采過程中靠近下盤的存窿礦石有一部分出現(xiàn)膠結，大量放礦時不能全部放出，同時上盤圍巖塌落導致礦石貧化率、采礦損失率加大，現(xiàn)已逐步轉為削壁充填采礦法進行開采。紅花溝金礦15-6號礦體屬于典型的急傾斜中厚礦體，礦體最厚達到11 m，若繼續(xù)采用削壁充填采礦法，不僅充填所需的廢石料不足，而且采場跨度大，對采場生產安全極為不利，故開展了上向水平分層分步充填采礦法試驗研究，旨在解決厚度為8～10 m的中厚礦體的開采問題，完成生產任務，并提高經濟效益。

1 工程背景

紅花溝金礦15-6號礦體主要賦存于348.7 m（十二中段）、394.3 m（十一中段）、438.0 m（十中段）范圍內，礦體中間膨脹，兩端縮小，呈透鏡體狀，平均傾角67°，平均厚度8.45 m，平均品位4.85 g/t，屬于高品位急傾斜中厚礦體。其中，394.3 m（十一中段）控制礦體長度90 m，厚度11.0 m（礦體最厚位置）。礦石工業(yè)類型為蝕變巖型，局部有黃鐵絹英巖化。礦體產狀變化較穩(wěn)定，持續(xù)性和完整性較好，無明顯的分支復合現(xiàn)象。礦床圍巖節(jié)理發(fā)育，蝕變較強，節(jié)理面有泥化現(xiàn)象，造成圍巖極易破碎，易冒頂、片幫?？偟膩碚f，15-6號礦體的基本特性為：急傾斜、中厚、品位高、節(jié)理發(fā)育、礦巖不穩(wěn)固。

目前，紅花溝金礦15-6號礦體的回采主要面臨以下幾個問題：

1）充填料不足。原有的削壁充填采礦法主要應用于薄礦脈，現(xiàn)在削壁下來的廢石料已經不能滿足采場的需要，需通過外取料的形式進行干式充填。

2）采場跨度太大。15-6號礦體最厚達到11 m，同時礦體又比較破碎，需要嚴格控制采場跨度，以保證采場安全。

3）充填假底的制作。原計劃從十二中段向上一直回采至十中段，但由于生產任務緊張，現(xiàn)改為十二中段、十一中段同時向上進行回采。因此，需要在十一中段制作充填假底，確保能對十一中段留下的底柱進行安全回收。

2 上向水平分層分步充填采礦法

根據(jù)紅花溝金礦15-6號礦體的開采技術條件，針對開采過程中存在的問題，開展了上向水平分層分步充填采礦法試驗研究。

2.1 采場結構參數(shù)

礦塊沿礦體走向布置。在礦體沿走向方向上，將15-6號礦體作為1個礦塊;在礦體高度方向上將348.7 m（十二中段）至392.0 m（十一中段）的礦體作為1個礦塊，392.0 m（十一中段）至438.0 m（十中段）的礦體作為1個礦塊;采場跨度控制≤5 m，跨度5 m范圍內，沿走向一次回采，超過5 m時，分兩步驟回采。其中，將礦體下盤作為一步采采場，上盤作為二步采采場[4]。

2.1.1 一步采采場布置

一步采采場位于礦體下盤，采場沿走向長40 m，厚2～5 m，十二中段至十一中段高度為38 m，十一中段至十中段高度為36 m。其中，在一步采靠近二步采采場邊界線2 m范圍內采用噴漿機進行膠結充填，確保二步采回采安全。具體開采方案見圖1。

2.1.2 二步采采場布置

二步采采場位于礦體上盤，采場沿走向長100 m，厚0.5～6.0 m，十二中段至十一中段高度為38 m，十一中段至十中段高度為42 m[5]。由于二步采采場長度較長，因此安排2個機臺同時作業(yè)，以便于增大采場生產能力。具體開采方案見圖2。

2.2 采切工程

一步采采切工程有：架設2條順路天井、1條順路溜井、1條充填井。其中，采場內隨著向上回采開始，用鋼板卷制直徑為1.8 m的鐵筒，在一步采和二步采交界處架設充填井，便于二步采使用。二步采采切工程主要有：2條順路人行井、3條順路溜井、2條充填井（其中1條是一步采采場內鐵筒架設而成）、1條先行天井。

切割工程在礦房拉底水平的中央沿采場的走向掘進拉底平巷（寬×高=2.0 m×2.2 m），并以此為自由面，擴幫挑頂形成拉底空間[6]。具體的采切工程量見表1。

2.3 人工假底

由于十二中段和十一中段同時向上進行回采，為確保十二中段采場開采安全，需在十一中段采場留下底柱。因此，在十一中段底柱上部制作人工假底，方便以后進行底柱回收。

人工假底承載原理為：首先構筑高強度的承載板結構，并通過特殊連接體將承載板結構連接到承載基礎上，從而實現(xiàn)承載板結構的跨空承載。其類似于橋梁承載結構，高強度的人工假底作為橋面，也是最直接的受力體，其受到上部充填體和自身重力載荷作用，通過鋼絲繩索等連接裝置連接于橋墩，并把受力傳遞到橋墩，實現(xiàn)懸空承載，即錨桿、鋼筋等材料相當于橋面與橋墩的連接裝置，圍巖相當于承載受力的橋墩，力學分析見圖3。

2.3.1 預留碎礦墊層和鋪設塑料薄膜

拉底層全部拉開后進行人工平場，將拉底層殘留礦石扒平，使底板縱橫向平整，底板留有厚200 mm的碎礦墊層，在碎礦墊層上鋪蓋一層塑料薄膜[7]。其中，回收底柱時碎礦墊層對爆破沖擊波有良好的吸收、減弱作用，減少鑿巖及爆破對人工假底的破壞，也防止了人工假底冒落造成的礦石貧化。鋪設的塑料薄膜是為了減少碎礦的流失，減小采礦損失貧化。

2.3.2 鋪設鋼筋網

在塑料薄膜上放置木塊或碎石，然后再鋪設鋼筋網，使鋼筋網被架高30～50 mm，從而使鋼筋網可以完全被充填料漿包裹，增加整體強度。鋼筋網中主筋14.0 mm，網度為1 000 mm×1 500 mm（橫向×縱向）;副筋6.5 mm，網度為500 mm×300 mm（橫向×縱向）;橫筋在下、縱筋在上，縱橫筋相交處用24#鐵絲纏繞加固或焊接。在寬8 m拉底層的底板上，均勻鋪設8根縱向主筋，中央主筋位于拉底層中線上，左右主筋距上下盤圍巖邊界均為0.5 m，鋼筋網布置結構見圖4。側幫為上下盤圍巖，要在距底板高0.2～0.3 m的上下盤圍巖中鑿下傾斜孔并鑲入圓鋼，孔距1.5 m、孔深1.0 m，圓鋼38.0 mm、長度1.5 m，圓鋼需與鋼筋網中橫向主筋焊接，焊接長度為150～200 mm。在鋼筋網上部鋪設承重梁，在上下盤圍巖中鑿進深2.5 m與3.0 m、斷面尺寸為1 m×1 m的硐室，便于工字鋼放入，并澆筑混凝土與巖石成為一體。

當左右兩幫為一步采的充填體時，二步采施工人工假底時需將一步采假底的預留橫筋全部揭露，纏繞搭接或焊接牢固，采用焊接時，必須保證橫筋平直焊接，平直焊接長度不小于50 mm，接頭要埋入混凝土內[8]。

2.3.3 筑底充填

采用C20混凝土進行筑底充填，充填厚度為0.5 m，其中1 m3C20混凝土含有水175 kg、水泥343 kg、砂621 kg、石子1 261 kg，相應的配比為0.51∶1∶1.81∶3.68。為了保證人工假底的整體性，需一次性完成筑底充填，防止出現(xiàn)假底分層從而破壞假底的整體性。筑底充填完成后，需經過24 h以上養(yǎng)護，才能在假底上進行采礦作業(yè)。

2.4 回 采

采場每分層高度設計為2 m。以每分層回采作為一個回采循環(huán)?；夭裳h(huán)為鑿巖、爆破落礦、通風、撬毛、支護、出礦、接高溜井、下放廢石、平場、澆注砂漿等。

2.4.1 鑿 巖

采場使用YT28型氣腿式鑿巖機鉆鑿水平炮孔落礦，使用Y字型硬質合金釬頭，釬頭直徑40 mm，B22中空六角釬桿，釬桿長度2.0 m。炮孔直徑40 mm，孔深1.9 m，按照礦體全厚一次性向前推進，排距0.8～1.0 m，間距1.0～1.2 m，梅花型布孔。如果圍巖條件不好，應現(xiàn)場調整控制爆破后的頂板。

2.4.2 采場爆破

使用2號巖石炸藥或普通銨油炸藥藥卷，裝藥系數(shù)0.8，柱狀連續(xù)裝藥結構，孔口填塞長度0.2～0.4 m，采用排間微差控制爆破，電子雷管起爆。

2.4.3 通 風

新鮮風流由各中段主巷從順路天井進入順路人行井，并從順路人行井進入采場工作面，清洗工作面后，污風經礦房的充填井（充填井呈放空狀態(tài)）排至上中段平巷，最后排出地表。

根據(jù)目前初步了解，礦井通風系統(tǒng)的通風效果可能欠佳。因此，需做好采用局扇加強通風的準備。

2.4.4 支 護

采場及巷道施工后，要及時對作業(yè)面進行支護，確保采場頂板及巷道邊幫不發(fā)生冒落、片幫等。根據(jù)現(xiàn)場條件，擬采用噴射混凝土+樹脂錨桿+支護網聯(lián)合支護。其中，噴漿物料配比組成為m 水泥∶m 砂石=1∶4，減水劑摻量為0.8 %～1.5 %，無堿速凝劑摻量一般為水泥摻量的6 %～10 %，分2次噴漿，第一次噴漿厚度30 mm，錨網支護結束后進行第二次噴漿，其中頂板噴漿厚度為50 mm，兩幫噴漿厚度為20 mm。采用樹脂錨桿，長2 m，錨固長度600 mm[9]。錨固劑為環(huán)氧樹脂藥卷，錨桿桿體為HRB335型螺紋鋼，直徑16 mm。錨桿托盤150 mm×150 mm（見圖5）。 采場頂板最大跨度為5 m。采場每個分層崩礦后均需要采用噴錨網聯(lián)合支護，其中錨桿布置見圖6。

2.4.5 出 礦

采用斗容0.6 m3、電耙絞車功率為55 kW的電耙進行出礦。落礦前，在廢石層表面澆筑厚300 mm的膠結層，以便于減小采礦損失貧化。電耙耙礦時，不能耙到膠結層，耙完大部分礦石后，人工清理膠結層上及電耙耙不到的地方。礦石通過采場內架設的順路溜井下放，再通過溜井底部的放礦漏斗裝入礦車，最后由礦車運至主井后提升至地表。

2.4.6 充 填

每回采一個分層，充填一個分層。采場充填分為廢石充填及廢石澆注膠結充填2種方式。

1）廢石充填?；夭善陂g，將地表（標高823 m）堆存的廢石利用鏟車裝至礦車運至廢石充填孔口，靠自溜方式放至十中段水平，再用礦車運送至采場已施工的廢石充填井中，利用電耙在采場內部進行廢石平場，采場廢石主要為上向采礦提供作業(yè)平臺、限制采場上下盤圍巖移動。

采場廢石充填工藝流程：地表廢石通過鏟車裝運至礦車→運送至地表廢石充填孔口→自溜至十中段預定位置→礦車運送至采場廢石充填井→分層采場→電耙運搬、平場→形成平整充填體。

2）廢石澆注膠結充填。一步采采場靠二步采采場側有寬2 m的膠結充填體。膠結充填體的形成方式為：在已充填的廢石體上，用噴漿機澆注較稀濃度的砂漿，自滲進入廢石體中形成廢石膠結體。砂漿參數(shù)為砂漿濃度70 %，灰砂比1∶4。

2.5 主要技術經濟指標

選擇在紅花溝金礦三采區(qū)十二中段14勘探線—18勘探線的礦塊進行上向水平分層分步充填采礦法工業(yè)試驗，取得的主要技術經濟指標見表2。

3 結 論

1）針對目前紅花溝金礦15-6號礦體急傾斜中厚礦體開采遇到的問題，開展了上向水平分層分步充填采礦法試驗研究。通過減小采場跨度、外取料干式充填、噴錨網支護等方式成功解決了充填料不足、頂板管理困難、采礦損失貧化大等問題。

2）從上向水平分層分步充填采礦法的技術經濟指標來看：該方案的貧損指標較好，生產能力也較原來的削壁充填采礦法大大提高，而且采切成本較低，能夠縮短開采周期。不足之處是以外取料的形式進行干式充填，需開鑿充填孔，而且部分需要膠結充填，因此采礦直接成本較高。

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Application and upward horizontal slicing step-and-fill

mining method in Honghuagou Gold Mine

Ren Yudong

（Changchun Gold Research Institute Co.，Ltd.）

Abstract：The No.15-6 ore body in Honghuagou Gold Mine belongs to steeply inclined medium-thick ore body that has poor ore rock stability.So resue-and-fill mining method can easily lead to poor safe operation conditions in the stope and great mining loss and dilution.According to the mining technical conditions of No.15-6 ore body in Honghuagou Gold Mine，experimental study on upward horizontal slicing step-and-fill mining method was carried out.The method is basically based upon upward horizontal slicing dry filling mining method，mines the stope in steps，controls the stope span，and ensures the stability of the stope roof and the safe operation.The scheme effectively solves the challenges to mine the ore bodies with the thickness of 8-10 m，and is beneficial to meeting the production goal and increasing economic profits.

Keywords：steeply inclined;medium-thick ore body;stability;upward horizontal slicing;stepped mining;stope span;dry filling