張潤(rùn)達(dá)，李江，朱晨迪

(1.招遠(yuǎn)市國(guó)有資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)有限公司， 山東 招遠(yuǎn)市 265400；2.招金礦業(yè)股份有限公司大尹格莊金礦， 山東 招遠(yuǎn)市 265414；3.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012；4.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

0 引言

由于點(diǎn)柱式上向水平分層充填采礦法[1]用留點(diǎn)柱的方式來(lái)控制采場(chǎng)頂板管理取得良好的效果，因此被廣泛應(yīng)用于大尹各莊金礦。但是隨著開(kāi)采深度的增加，地壓顯現(xiàn)越來(lái)越明顯，因此對(duì)礦柱的尺寸要求越來(lái)越大，初步統(tǒng)計(jì)礦柱造成的損失率超過(guò)30%，造成了大量礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)現(xiàn)象，且由于上盤(pán)破碎帶的存在揭露后，極易造成巷道冒落、垮塌，導(dǎo)致靠近上盤(pán)的礦柱無(wú)法安全回采。另一方面由于深部地壓的原因，造成資源回收困難、作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)高，且該回采方式無(wú)需充填接頂，對(duì)充填體強(qiáng)度要求低，該方法只能用于巖體穩(wěn)固性相對(duì)較好的區(qū)域，致使部分穩(wěn)固性差的區(qū)域無(wú)法開(kāi)采。為了解決目前礦山遇到的問(wèn)題，對(duì)采礦方法進(jìn)行改進(jìn)，采用盤(pán)區(qū)交錯(cuò)式上向水平分層充填采礦法[2]作為礦山主要采礦方法，并垂直礦體走向布置的方式回采，該采礦方法降低了礦石損失率、貧化率，實(shí)現(xiàn)礦山安全生產(chǎn)。

1 開(kāi)采技術(shù)條件

大尹格莊金礦有1#、2#礦體，其中1#礦體沿走向長(zhǎng)約1080 m，2#礦體沿走向長(zhǎng)約1000 m，大尹格莊斷裂將礦體分隔開(kāi)來(lái)，1#、2#礦體傾角為 20°～30°，為緩傾斜礦體，厚度從數(shù)米到四十多米不等，平均厚度為13 m～15 m，礦體連續(xù)性好，采深已達(dá)900 m以上，品位為2.8 g/t～4 g/t。上盤(pán)主要由碳酸鹽化的英云閃長(zhǎng)巖組成，以綠泥石化蝕變?yōu)橹?，下盤(pán)主要由黃鐵絹英巖化花崗巖組成，上下盤(pán)圍巖整體屬于中等穩(wěn)固。但節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理裂隙以泥質(zhì)膠結(jié)為主，局部位置有小斷層，軟弱帶，受其影響，工程揭露后易形成“三角形”滑動(dòng)體冒落，因此該部分穩(wěn)固性較差。礦石體重為2.78 t/m3，巖石體重為2.60 t/m3～2.80 t/m3；松散系數(shù)為1.5；礦石抗壓強(qiáng)度為 68.76 MPa，巖石抗壓強(qiáng)度為 55.77 MPa～106 MPa。

2 采礦方法優(yōu)選

2.1 采礦方法選擇

礦山原來(lái)采用點(diǎn)柱式上向水平分層充填采礦法[1-3]，由于要留設(shè)礦柱維持頂板巖層穩(wěn)定，造成了礦石損失率大，且隨著開(kāi)采深度的增加，地壓顯現(xiàn)導(dǎo)致留設(shè)的礦柱出現(xiàn)破壞等現(xiàn)象，綜合礦山地質(zhì)現(xiàn)狀、礦體賦存特點(diǎn)，以及上盤(pán)破碎帶的存在，提出了垂直礦體走向布置的上向水平分層充填法。

2.2 上向水平分層充填采礦法

依據(jù)礦山5000 t/d生產(chǎn)能力的要求，提出了上向水平分層充填采礦法[4]，該方法以貧化損失小、適應(yīng)礦體形變能力強(qiáng)、靈活的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，一般適用于價(jià)值較高的礦體回采，根據(jù)大尹格莊開(kāi)采技術(shù)條件及生產(chǎn)能力的要求，具體采礦方法如圖1所示。

圖1 上向水平分層充填采礦法

（1）采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。礦體分為兩步驟開(kāi)采，礦體呈現(xiàn)中厚到厚分布，局部地區(qū)礦體較薄，盤(pán)區(qū)寬60 m，按15 m劃分一個(gè)礦塊，在采場(chǎng)底部留6 m底柱，不留頂柱，采場(chǎng)之間不留間柱，開(kāi)采下一中段時(shí)回收底柱[5]。

（2）采準(zhǔn)切割。沿脈運(yùn)輸巷設(shè)置在下盤(pán)，供出礦、人員等使用，巷道尺寸為3.2 m×3.0 m。分段運(yùn)輸巷的布置極為重要，每4個(gè)分層由一個(gè)運(yùn)輸巷負(fù)責(zé)，由于鏟運(yùn)機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑的需求，運(yùn)輸巷與采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道至少需要7 m的轉(zhuǎn)彎半徑，斜坡道采用折返式布置，斜坡道布置的位置在礦體下盤(pán)。關(guān)于采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道的布置，采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道主要連接采場(chǎng)和運(yùn)輸巷，施工原則重車(chē)上坡坡度較小，重車(chē)下坡坡度較大。對(duì)于溜礦井的布置考慮運(yùn)輸及礦山實(shí)際施工的需要主要設(shè)置在下盤(pán)，整個(gè)采場(chǎng)在布置時(shí)不需要頂柱和間柱。

（3）回采工藝。鑿巖在首層拉槽需要使用氣腿鑿巖機(jī)，其余分層都采用Boomer281鑿巖臺(tái)車(chē)鑿巖，采用水平炮孔，直徑為45 mm，深度為4 m。對(duì)于水平孔具有控頂高度小、頂板比較平整等優(yōu)點(diǎn)；每一次鑿巖完成后，高壓風(fēng)清理炮孔，采用人工裝藥，毫秒微差導(dǎo)爆管雷管起爆；對(duì)于采場(chǎng)通風(fēng)，采場(chǎng)新鮮風(fēng)主要從斜坡道、運(yùn)輸巷經(jīng)采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入，在采場(chǎng)內(nèi)部經(jīng)過(guò)回環(huán)流動(dòng)將污風(fēng)由采場(chǎng)人行回風(fēng)井吹入上中段回風(fēng)巷。采場(chǎng)通風(fēng)效果不好時(shí)，應(yīng)采取機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)，確保采場(chǎng)通風(fēng)效果。采場(chǎng)崩落下的礦石經(jīng)過(guò)2 m3柴油鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)，一方面直接將鏟下的礦石經(jīng)分層聯(lián)絡(luò)道、分段運(yùn)輸巷直接裝車(chē)，另一方面由鏟運(yùn)機(jī)鏟裝后直接倒入溜井內(nèi)。

（4）采場(chǎng)充填。充填工作在每一層出礦完成后立即進(jìn)行，由于下分段開(kāi)采對(duì)頂板的要求，因此對(duì)底部分層充填強(qiáng)度要求較高。充填料漿濃度為1∶6，1∶10，底部2個(gè)分層進(jìn)路均采用全尾砂膠結(jié)充填，主充填管道由充填回風(fēng)井下放到采場(chǎng)。充填管道用廉價(jià)塑料管，根據(jù)采場(chǎng)的充填情況，充填前期如果在部分澆面出現(xiàn)積水的情況，此時(shí)應(yīng)該在充填擋墻上設(shè)置一些用過(guò)濾網(wǎng)包裹的廢舊鋼管將水排出。

充填體強(qiáng)度要求充填完成后的28 d強(qiáng)度到達(dá)2 MPa，以保證下一中段采場(chǎng)的開(kāi)采安全。不同采場(chǎng)均采用上下不同配比的充填方式[6]，澆面濃度采用1∶4的灰砂比，澆面層高0.5 m。同時(shí)為了滿(mǎn)足礦山生產(chǎn)能力的要求，采用多個(gè)采場(chǎng)相互交替作業(yè)的形式，用來(lái)提升礦山的生產(chǎn)能力。

2.3 上向水平分層充填法主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

上向水平分層充填采礦法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 上向水平分層充填采礦法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3 回采工藝研究

根據(jù)礦山實(shí)際情況和建設(shè)要求，進(jìn)一步分析上向水平分層充填采礦法，根據(jù)回采順序的不同可分為3種，對(duì)比分析每種采礦方法的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)成本、充填成本等。

3.1 盤(pán)區(qū)交錯(cuò)式上向水平分層充填采礦法

運(yùn)用該方法時(shí)，盤(pán)區(qū)的劃分根據(jù)礦體的尺寸而定，最終確定盤(pán)區(qū)的尺寸為長(zhǎng)60 m，將礦體厚度作為盤(pán)區(qū)寬度，采場(chǎng)的布置垂直礦體走向，盤(pán)區(qū)內(nèi)分礦房礦柱，采取兩步驟回采的形式，先采礦房再采礦柱，礦房超前礦柱 3～4個(gè)分層，采場(chǎng)之間不留間柱，按12 m～15 m劃分一個(gè)礦塊，一、二步驟采場(chǎng)寬度分別為8 m、7 m?；夭蓵r(shí)兩步驟采場(chǎng)交錯(cuò)回采，一步驟回采 3～4個(gè)分層，再進(jìn)行二步驟回采。采場(chǎng)回采結(jié)束后進(jìn)行充填，一、二步驟都采用膠結(jié)充填[6]，非膠結(jié)充填用于剩余采場(chǎng)充填。該方案主要有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）回采時(shí)對(duì)礦體邊界的控制較好，工人勞動(dòng)產(chǎn)出率較高；

（2）對(duì)于空區(qū)充填工作，充填完成較好，且礦石采出率較高；

（3）一步驟采礦條件好；

（4）應(yīng)用該方法能快速實(shí)現(xiàn)采場(chǎng)達(dá)產(chǎn)且能實(shí)現(xiàn)多中段一起回采。

回采順序如圖2所示。

圖2 盤(pán)區(qū)交錯(cuò)式上向水平分層充填采礦法回采順序

3.2 凸型階梯式上向水平分層充填采礦法

凸型階梯式上向水平分層充填采礦法，盤(pán)區(qū)的劃分根據(jù)礦體的尺寸而定，采場(chǎng)的劃分采取連續(xù)的形式，形成依次連續(xù)向上回采的方式，該采礦方法具體為先在每一個(gè)盤(pán)區(qū)中間先采，以相鄰采場(chǎng)回采滯后于中間 2～3個(gè)分層的順序回采，回采形式類(lèi)似于階梯的方式，中間超前相鄰整體向上推進(jìn)，最終確定盤(pán)區(qū)的尺寸為長(zhǎng)60 m，將礦體厚度作為盤(pán)區(qū)寬度，采場(chǎng)的布置垂直礦體走向，底柱高6 m，8 m作為一個(gè)采場(chǎng)的寬度，形成中間高兩邊低的形態(tài)，整體形態(tài)上呈現(xiàn)“凸”型式回采。基于先形成的采場(chǎng)超前后形成采場(chǎng)3個(gè)分層，采場(chǎng)的回采完成后開(kāi)始充填，采用膠結(jié)充填。

該方法的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）礦石回收率有較大提高；

（2）采場(chǎng)形成后可快速整體向上推進(jìn)，施工簡(jiǎn)單；

（3）沒(méi)有二步驟回采難題；

（4）由于整體向上推進(jìn)，采場(chǎng)穩(wěn)定性較差。

回采順序如圖3所示。

圖3 凸型階梯式上向水平分層充填采礦法回采順序

3.3 三角型階梯式上向分層充填采礦法

關(guān)于該采礦方法，將礦體按一定尺寸劃分盤(pán)區(qū)，盤(pán)區(qū)內(nèi)取消間柱和點(diǎn)柱，劃分連續(xù)的采場(chǎng)，采場(chǎng)之間連續(xù)依次向上回采，盤(pán)區(qū)內(nèi)采場(chǎng)一端高一端低，具體為盤(pán)區(qū)一端采場(chǎng)先采，相對(duì)于對(duì)側(cè)的采場(chǎng)滯后于先采的采場(chǎng)，當(dāng)在采場(chǎng)內(nèi)形成類(lèi)似的三角型采場(chǎng)后，隨著工作面的形式整體向上回采。隨著工作面向上回采的過(guò)程，在每層形成采礦、出礦、充填的循環(huán)作業(yè)方式。沿礦體走向劃分盤(pán)區(qū)，最終確定盤(pán)區(qū)的尺寸為長(zhǎng) 32 m，將礦體厚度作為盤(pán)區(qū)寬度，采場(chǎng)的布置垂直礦體走向，底柱高6 m，8 m作為一個(gè)采場(chǎng)的寬度。盤(pán)區(qū)內(nèi)采場(chǎng)一端高一端低，呈三角型階梯式回采，相鄰采場(chǎng)之間回采高度相隔3個(gè)分層，回采結(jié)束后均采用膠結(jié)充填。該回采工藝的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）采場(chǎng)內(nèi)不留設(shè)間柱和點(diǎn)柱，較大地提高了礦石回收；

（2）采場(chǎng)內(nèi)一旦形成三角型后，可沿著整體形狀向前回采；

（3）沒(méi)有二步驟回采難題；

（4）采場(chǎng)穩(wěn)定性比盤(pán)區(qū)式較好，但低于凸型式。

具體回采方案如圖4所示。

圖4 三角形階梯式上向水平分層充填采礦法回采順序

3.4 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

對(duì)上向水平分層充填采礦法回采工藝[7-9]進(jìn)行優(yōu)化后，分別從生產(chǎn)能力（盤(pán)區(qū)生產(chǎn)能力、中段生產(chǎn)能力）、采切比、損失率、貧化率、充填成本等方面進(jìn)行對(duì)比分析，其結(jié)果見(jiàn)表2。

依據(jù)表2數(shù)據(jù)，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力5000 t/d的生產(chǎn)需要，對(duì)3種不同形式的回采順序進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)盤(pán)區(qū)交錯(cuò)式采礦法可以實(shí)現(xiàn)多中段同時(shí)生產(chǎn)的目的，這樣就能滿(mǎn)足礦山生產(chǎn)能力的需求。通過(guò)進(jìn)一步對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該回采方式的采切比較小，噸礦充填成本也較低，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

表2 采礦方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié)論

（1）根據(jù)大尹格莊金礦礦巖中等穩(wěn)固，局部不穩(wěn)固的情況，選用的盤(pán)區(qū)交錯(cuò)式需要兩步驟開(kāi)采，相對(duì)于其他2種采礦方法，采場(chǎng)穩(wěn)定性較差，由于二步驟需要在一步驟充填體周?chē)_(kāi)挖，必須適當(dāng)?shù)牟捎缅^桿加固技術(shù)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)安全回采沒(méi)有問(wèn)題。

（2）采用盤(pán)區(qū)交錯(cuò)式采礦方法，能同時(shí)滿(mǎn)足多個(gè)采場(chǎng)同時(shí)回采，多中段同時(shí)作業(yè)，中段生產(chǎn)能力大，可以達(dá)到 2745 t/d，且該采礦方法的采切比也較小，可以達(dá)到快速生產(chǎn)增加效益的目的。

（3）采場(chǎng)內(nèi)不留設(shè)間柱和頂柱，該采礦方法的礦石損失、貧化率均為 8%，可以在很大程度上回收礦產(chǎn)資源，增加礦山效益。

（4）對(duì)于生產(chǎn)組織管理，盤(pán)區(qū)交錯(cuò)式生產(chǎn)組織管理相對(duì)簡(jiǎn)單，能充分提高機(jī)械化設(shè)備效率，生產(chǎn)效率高。