劉亞雄，洪松，畢文嗣

(希爾威礦業(yè)有限公司， 北京 100027)

0 引言

極薄礦脈在我國有色和貴金屬礦山占有一定比例，目前國內(nèi)開采急傾斜極薄礦體的成熟采礦方法主要為淺孔留礦法、削壁分層充填法、或削壁充填法的變型方案[1]。由于極薄礦體的厚度小（小于0.8 m）、品位高往往要求采用回采率高、貧化率低的采礦方法。淺孔留礦法開采極薄礦脈為提供足夠的作業(yè)寬度（最小采幅為1.2 m），必須將一部分圍巖與礦石一起采下，導(dǎo)致貧化率高達50%～80%。削壁分層充填采礦法屬礦體與圍巖分別爆破，礦巖分離，損失率可控制在8%以下；實現(xiàn)分采分選能最大限度地降低廢石混入率，貧化率可控制在20%以下。所以削壁充填法目前仍是開采急傾斜貴金屬薄礦脈的主要采礦方法[2-4]。

對于急傾斜多層平行脈極薄礦體，其回采難度較普通單層礦體更為復(fù)雜。由于多層平行展布的礦體順序排列，開采上、下層礦體時會對其靠近的礦體產(chǎn)生應(yīng)力影響[3]，實際生產(chǎn)中為控制貧化率，往往采用淺孔留礦法將礦體與夾石一同回采，亦或采用削壁充填法選擇其中資源較好的一條礦體進行回采。采用淺孔留礦法時，礦體間的夾石在開采中被混入礦石中，大幅增加了礦石貧化率，嚴重影響了礦石品質(zhì)，尤其是當?shù)V體間夾石厚度超過2 m時，貧化問題尤為突出，導(dǎo)致采礦和選礦費用增加，降低了企業(yè)經(jīng)濟效益。采用削壁充填法時，由于采礦后需要對圍巖進行削壁，用于回填空區(qū)，削壁后再對平行礦體進行開采，加大了采場頂板暴露面積，存在冒頂、片幫等安全隱患，并且開采平行礦體時無法繼續(xù)采用崩落圍巖的方式充填，導(dǎo)致采場無法繼續(xù)上采。因此，采用削壁充填法對多層礦體開采時，往往只能回采其中一條礦體，其余礦體資源則無法回收利用，造成了礦產(chǎn)資源的損失浪費。

綜上所述，隨著優(yōu)質(zhì)資源可開采量逐漸減少，傾斜多層平行極薄礦體的綜合開采是國內(nèi)外礦山必須要面對的難題。采用以上傳統(tǒng)的采礦方法開采此類礦體，不僅礦石貧化巨大，而且資源損失浪費，嚴重制約著礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 礦山現(xiàn)狀

1.1 地質(zhì)特征

某鉛鋅銀礦屬于薄脈狀構(gòu)造破碎帶蝕變巖型礦床，礦脈賦存于蝕變破碎帶內(nèi)，嚴格受斷裂構(gòu)造所控制。含礦構(gòu)造帶以壓扭性為主，在走向及傾向上具舒緩波狀，在擠壓強烈、產(chǎn)狀突變或復(fù)合交匯處礦化富集，形成工業(yè)礦體。礦脈形狀以不規(guī)則脈狀、透鏡狀為主，傾角在50°～80°之間，平均在60°左右，礦體厚度在0.3～0.8 m之間，平均厚度在0.5 m左右，局部厚度大于2.5 m，屬于典型的急傾斜極薄礦脈。礦區(qū)內(nèi)含礦構(gòu)造破碎帶較多，已發(fā)現(xiàn)的 達100余條礦脈，構(gòu)造帶大致呈等間距（50～100 m或100～200 m）近平行分布于礦區(qū)西北部4 km2的范圍內(nèi)。礦區(qū)S2、S6、S7、S19等主礦脈中有多個走向、傾向上大致平行的礦脈群，礦體間距在1～5 m不等，典型礦體剖面見圖1。礦體長度300～850 m，控制標高在350～982 m。平均Ag品位為550 g/t、Pb+Zn品位為10%。多數(shù)礦脈屬穩(wěn)固到基本穩(wěn)固，部分礦脈破碎，f=6～8。礦脈上下盤圍巖主要為角閃斜長片麻巖、構(gòu)造角礫巖等，穩(wěn)固性較好，f=8～10。礦床充水主要來源為蝕變構(gòu)造帶中所賦存的地下水，以靜貯量為主，補給來源有限，屬弱富水性含水帶，水文地質(zhì)條件簡單，對礦體開采影響不大。

圖1 典型礦體剖面

1.2 開采現(xiàn)狀及存在的問題

對于急傾斜多層平行脈極薄礦體，礦山目前主要采用淺孔留礦法和削壁分層充填法回采。

1.2.1 淺孔留礦法

采用淺孔留礦法開采多層極薄礦體時，把多層礦體以及它們之間的夾石作為回采對象。礦房沿走向布置，長40～80 m，寬為礦體厚度，礦房最小采幅為1.2 m，礦塊高度為中段高度，留頂柱和間柱，頂柱高3～5 m，間柱寬6 m，底部為平底結(jié)構(gòu)。采場中部設(shè)中央通風天井，兩端設(shè)人行通風天井，每隔4～6 m設(shè)人行聯(lián)絡(luò)道通往采場。在礦體下盤7～8 m處布置脈外運輸巷，隔5～7 m左右布置出礦穿，采用裝巖機出礦。礦塊回生產(chǎn)能力為60～80 t/d，礦石損失率為20%，貧化率為50%～70%。

1.2.2 削壁分層充填采礦法

采用削壁分層充填法開采急傾斜多層極薄礦體時，只能選定其中一條品位最好的礦體作為回采對象，鄰近礦體則難以回收。礦房沿礦體走向布置，礦塊長50～80 m，留頂柱和間柱，頂柱高3 m，間柱寬5 m。采場中部設(shè)中央通風天井，礦體在下盤7～8 m處布置脈外運輸巷，隔15 m左右布置出礦穿脈巷道，并架設(shè)順路溜井，礦房兩端設(shè)人行、材料順路井。礦房采用水平向上推進方式，由礦房底部沿脈巷道開始，采用上向炮孔梯段工作面，使用YT-28鑿巖機，孔深為1.5～2 m，孔距為0.3～0.5 m，排距為0.6～0.8 m，采用導(dǎo)爆管起爆方法。逐層向上回采，該層礦石采完后，崩落下盤圍巖進行空區(qū)充填，同時隨著工作面的推進架設(shè)順路鋼制溜井。為減小二次貧化和損失，平場后，用橡膠帶作隔離鋪墊。下一分層的回采由相反一側(cè)開始，層與層之間的回采順序表現(xiàn)為折線型。每分層高度為1.5～2 m。礦塊生產(chǎn)能力為25 t/d；礦石損失率為15%～50%，貧化率為8%。

綜上所述，現(xiàn)有采礦方法，存在嚴重的資源損失和極高的采礦貧化率，資源浪費較嚴重，經(jīng)濟效益不高。

2 削壁充填采礦法

2.1 方案簡述

以急傾斜多層極薄礦體為回采對象，根據(jù)地壓管理原則，首先使用削壁分層充填采礦法回采下盤礦體，下盤礦體每分層削壁充填結(jié)束后，采用質(zhì)量濃度為64%、灰砂比為1:4的水泥尾砂漿澆注削壁充填的松散體空隙，使松散體膠結(jié)為具有一定強度的膠結(jié)體。待下盤礦體全部回采結(jié)束，充填體膠結(jié)后強度滿足要求后，再以削壁充填法回采上盤礦體，以此類推逐條礦脈回采。

2.2 采場結(jié)構(gòu)及采準工程布置

采場沿礦體走向布置，采場長50 m，采場高為中段高度。留3 m高的頂柱，下盤采場不留間柱，上盤采場留間柱，不留底柱。

采場中部設(shè)中央天井，中央天井內(nèi)設(shè)梯子間，每隔2.5 m設(shè)一個安全平臺，用于行人、通風和充填管道敷設(shè)。在中央天井內(nèi)敷設(shè)單根長度為3 m、內(nèi)徑為110 mm的充填管道，采用法蘭連接。在礦體下盤7～8 m處布置脈外運輸巷，隔15 m左右布置一條出礦穿，多層礦體共用脈外運輸巷、出礦穿，在采場上中段設(shè)充填設(shè)備硐室。出礦穿內(nèi)架設(shè)鋼制順路溜礦井，溜井底部設(shè)放礦漏斗配備振動放礦機。采場一端設(shè)人行平臺鋼順路井，采場另一端設(shè)材料順路井，其中人行井內(nèi)每間隔2.5 m設(shè)一個安全平臺，以確保行人安全，材料井無平臺。采場結(jié)構(gòu)、采準工程布置見圖2，人行平臺鋼順路井結(jié)構(gòu)見圖3。

圖2 急傾斜多層平行脈極薄礦體采場布置

圖3 順路井結(jié)構(gòu)

2.3 回采工藝

2.3.1 下盤采場回采

采場按自下而上的順序進行分層回采，每分層自礦房一端或沿脈天井開始后退式回采，層高1.5 m，回采時必須做到底板平整，頂板形成拱形，且采場暴露空間高度不超過3 m。

（1）鑿巖爆破。采礦炮孔一般采用YT-28型鉆機施工，炮孔深度不超過2 m，傾角不小于60°。礦體厚度小于0.3 m的，采礦炮孔呈“一”字型布置，或“之”字型布置，炮孔不得超過邊界的0.1 m。礦體厚度大于0.3 m的，炮孔必須布置在礦體上，呈“之”字型或梅花形布置。采礦炮孔裝藥系數(shù)不低于70%，用半秒導(dǎo)爆管雷管起爆。

（2）出礦。普通削壁充填采場通常采用人力搬運出礦，存在勞動強度大，生產(chǎn)效率低等弊端。改進為采用便攜式可拼接輸送帶作為采場出礦設(shè)備，將采下礦石搬運至采場順路溜礦井。該方式可大幅減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率。單個便攜式輸送帶功率為0.5 kW，長3 m，寬0.52 m，最大運輸角度為40°，出礦能力為40 t/d。

（3）削壁充填。在采場粉礦被清理干凈、順路天井架設(shè)完畢后，進行削壁充填。為維護采場頂板穩(wěn)固性，一般削下盤圍巖的削壁寬度為采幅的 兩倍。

（4）水泥砂漿澆筑削壁渣間隙。削壁充填工序結(jié)束后，采用質(zhì)量濃度為68%、灰砂比為1:4的水泥尾砂漿澆注削壁充填的松散體空隙，使松散體膠結(jié)為具有一定強度的膠結(jié)體，充填體結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 削壁充填膠結(jié)體的結(jié)構(gòu)

（5）鋪墊。當層全部澆筑完成后，在澆筑后實體上鋪設(shè)橡膠墊。膠墊之間搭接長度不小于0.2 m，以防高品位粉礦損失。鋪墊完成后進行下分層回采作業(yè)。

2.3.2 上盤采場回采

下盤采場回采完畢后，順序回采上盤礦體。回采工藝與下盤采場一致，是否使用水泥砂漿澆筑取決于本采場上盤是否有待采礦體。若上盤無待采礦體，則無需澆筑。多層礦脈順序回采采場接替關(guān)系如圖5所示。

3 結(jié)論

對于急傾斜多層極薄礦體，使用該方案可確保高品位礦石與圍巖分采，最大限度地降低貧化率。同時下盤采空區(qū)被膠結(jié)充填，有效維護了上盤礦體的開采圍巖條件，減少了地壓顯現(xiàn)等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率[5]，為充分回采上盤礦脈提供了有效保障。此外，多層礦脈共用采準工程，在不增加工程的前提下實現(xiàn)了多層礦體分采場順序回采。

圖5 多層礦脈順序回采采場接替關(guān)系

由于礦山目前所使用的普通削壁充填法存在勞動強度大、礦塊生產(chǎn)能力低等弊端，提出在采場內(nèi)使用便攜式可拼接輸送帶出礦，可降低勞動強度，提高生產(chǎn)效率。

本方案解決了多層平行急傾斜極薄礦體采礦貧化率高、資源損失大的難題。在環(huán)保方面，既可消耗部分選礦尾砂，緩減尾礦庫壓力，又可治理采空區(qū)，降低礦山地表塌陷風險，提高資源回采率，延長礦山服務(wù)年限。