摘要：急傾斜薄礦體開(kāi)采歷來(lái)是國(guó)內(nèi)外采礦界面臨的重大技術(shù)難題之一。以圖古日格金礦急傾斜薄礦體為研究對(duì)象，開(kāi)展了淺孔留礦采礦法試驗(yàn)研究。詳細(xì)論述了該方法的采準(zhǔn)切割、鑿巖爆破、通風(fēng)、平場(chǎng)、出礦和采空區(qū)精細(xì)化掃描與安全處置等工藝。試驗(yàn)結(jié)果表明：淺孔留礦采礦法對(duì)于上下盤(pán)不穩(wěn)固的急傾斜薄礦體開(kāi)采是完全可行的，試驗(yàn)采場(chǎng)開(kāi)采取得了采礦損失率和礦石貧化率均在15 %以內(nèi)、出礦品位3.32 g/t的良好技術(shù)指標(biāo)。研究結(jié)果能夠?yàn)轭愃崎_(kāi)采技術(shù)條件的礦山提供參考。

關(guān)鍵詞：采礦方法；急傾斜薄礦體；淺孔留礦采礦法；鑿巖爆破；通風(fēng)；采礦損失率；礦石貧化率

中圖分類號(hào)：TD853.33文章編號(hào)：1001-1277（2024）11-0058-04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20241108

引言

急傾斜薄礦體具有厚度薄、礦體傾角陡等分布特征，實(shí)現(xiàn)該類礦體的安全高效開(kāi)采是國(guó)內(nèi)外采礦界面臨的重大技術(shù)難題之一^［1］。開(kāi)采急傾斜薄礦體常見(jiàn)的采礦方法有淺孔留礦采礦法、削壁充填采礦法、分段或階段空?qǐng)霾傻V法等^［1］。但上述采礦方法主要存在生產(chǎn)效率低、頂板下作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)高、開(kāi)采工序繁瑣等一系列劣勢(shì)。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)急傾斜薄礦體開(kāi)采開(kāi)展了大量卓有成效的研究工作^［2-3］。

在采礦工藝方面，柏楊等^［4］對(duì)傳統(tǒng)上向水平分層充填采礦工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，提出一種適用于急傾斜薄礦體的上向水平分層分級(jí)尾砂充填采礦法。張芫濤等^［5］針對(duì)某礦山“深、薄、破碎、傾斜”等四大不利于采礦的因素，優(yōu)選出小分段無(wú)底柱崩落采礦法進(jìn)行回采并在現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用。李永新等^［6］開(kāi)展了脈內(nèi)上向分層及削壁充填聯(lián)合采礦法研究，對(duì)于開(kāi)采急傾斜極薄礦體具有良好的效果。李志偉^［7］提出了一種削壁渣水泥砂漿膠結(jié)充填采礦法，使用靈活方便，降低了采空區(qū)的塌陷風(fēng)險(xiǎn)。楊學(xué)武等^［8］采用分段礦房小孔徑中深孔爆破法進(jìn)行了回采試驗(yàn)研究，降低了作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，大幅度提高了該區(qū)域的采場(chǎng)生產(chǎn)能力。李朝軍^［9］根據(jù)鳳凰山銀礦急傾斜薄礦體的儲(chǔ)存條件和礦山生產(chǎn)實(shí)際，提出分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，采用Flac^3D軟件對(duì)采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并開(kāi)展了工業(yè)試驗(yàn)，取得了良好的效果。曹帥等^［10］提出了一種中深孔嗣后廢石充填機(jī)械化采礦法，解決了青海高原礦山人工勞動(dòng)強(qiáng)度大的難題。

在采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方面，張紹周等^［11］根據(jù)礦體開(kāi)采技術(shù)條件和礦巖物理參數(shù)，提出4種不同的開(kāi)采方案，并利用Flac^3D軟件確定了最優(yōu)試驗(yàn)方案。黃世頂?shù)?sup>［^12］利用Mathews穩(wěn)定圖解法和數(shù)值模擬對(duì)某礦山深部采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行研究。嚴(yán)鵬等^［13］以福建某礦山厚大礦體為研究對(duì)象，利用巖體遙測(cè)與結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)Sirovision對(duì)采場(chǎng)頂板、側(cè)幫及上盤(pán)圍巖節(jié)理面進(jìn)行調(diào)查和數(shù)字化識(shí)別，獲取采場(chǎng)節(jié)理組的空間方位統(tǒng)計(jì)信息及優(yōu)勢(shì)節(jié)理產(chǎn)狀，并通過(guò)數(shù)值分析方法得到最優(yōu)開(kāi)采方案。史吉鵬^［14］為探究深部采動(dòng)應(yīng)力下的最優(yōu)采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，運(yùn)用理論解析法、經(jīng)驗(yàn)圖表法及理論計(jì)算法等，對(duì)某深部礦體的采場(chǎng)跨度、長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，提出了適用于深部特殊應(yīng)力狀態(tài)下的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

本文以內(nèi)蒙古烏拉特中旗圖古日格金礦（下稱“圖古日格金礦”）急傾斜薄礦體為研究對(duì)象，從采準(zhǔn)切割、鑿巖爆破、平場(chǎng)、出礦、采空區(qū)管理等工序進(jìn)行詳細(xì)闡述，以期為具有相似開(kāi)采技術(shù)條件的礦山開(kāi)采提供一定的參考依據(jù)。

1工程背景

圖古日格金礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特中旗，其開(kāi)拓方式為斜井+豎井聯(lián)合開(kāi)拓。礦體傾角60°以上，厚度1.2 m以內(nèi)，屬典型的急傾斜薄礦體。本文以提升井1 165 m中段6號(hào)礦體2勘探線—6勘探線礦塊為研究對(duì)象，礦體主要表現(xiàn)為連續(xù)性好，成礦類型為石英脈型并賦存于似斑狀花崗巖內(nèi)，礦巖界線明顯。該礦塊沿礦體走向長(zhǎng)55 m，根據(jù)中段脈內(nèi)沿脈工程揭露（見(jiàn)圖1），礦體總體走向315°，傾向225°，平均傾角87°。根據(jù)順路天井揭露：該礦塊垂直方向主要分布在1 168.4～1 203 m，垂直高度34.6 m。該礦塊水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，僅表現(xiàn)為局部淋水。

2急傾斜薄礦體淺孔留礦采礦法采礦工藝

2.1采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

本次選定試驗(yàn)采場(chǎng)的中段平面圖見(jiàn)圖2。根據(jù)礦體賦存條件，參照類似礦體所用采礦方法，選擇淺孔留礦采礦法開(kāi)采。采場(chǎng)沿礦體走向布置，礦房長(zhǎng)49 m，高29.1 m，礦體平均厚度1.11 m，采用脈外運(yùn)輸巷道+出礦巷道的底部結(jié)構(gòu)，不留底柱。頂柱高度3.0 m，間柱寬度6.0 m，分層高度1.5 m，控頂高度2～2.5 m。

2.2采準(zhǔn)切割工程

該礦塊設(shè)計(jì)的采準(zhǔn)切割工程主要包括：脈內(nèi)沿脈巷道、順路人行兼回風(fēng)天井、聯(lián)絡(luò)道、切割槽等工程。采場(chǎng)內(nèi)利用沿脈巷道作為礦塊的拉底巷道，布置2個(gè)行人通風(fēng)天井，2勘探線與6勘探線各1個(gè)天井，在天井上出口安裝風(fēng)門(mén)，保證采場(chǎng)上采時(shí)有2個(gè)安全出口，回采此礦房時(shí)，將TJ2風(fēng)門(mén)關(guān)閉，TJ6風(fēng)門(mén)敞開(kāi)，污風(fēng)由TJ3通過(guò)1 200 m中段脈外運(yùn)輸巷道進(jìn)入SJ17，具體見(jiàn)提升井1 165 m中段6號(hào)礦體W3采場(chǎng)設(shè)計(jì)圖（見(jiàn)圖3）。從天井底部7 m開(kāi)始掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)道，上下層聯(lián)絡(luò)道的垂距為4 m，聯(lián)絡(luò)道的長(zhǎng)度為2 m。

2.3鑿巖爆破

回采工作從沿脈拉底巷道按自下而上逐層進(jìn)行，每次崩落的礦石借其自重經(jīng)礦塊底部放出1/3左右（保持作業(yè)空間高度2～2.5 m），而其余的礦石暫時(shí)留存在礦房?jī)?nèi)，作為上采作業(yè)平臺(tái)，待整個(gè)礦房回采（落礦）完畢，將暫留在礦房?jī)?nèi)的礦石全部放出。

首先，在采場(chǎng)中央位置進(jìn)行拉切割槽，切割槽長(zhǎng)度為3 m，切割槽高度始終高于回采工作面2～3 m。然后，進(jìn)行鑿巖，采場(chǎng)內(nèi)采用YSP-45或YT-28型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)施工，梅花形鉆頭進(jìn)行鑿巖。炮孔長(zhǎng)度2.0 m，炮孔角度不小于60°。試驗(yàn)采場(chǎng)穩(wěn)固性較好，采用上向孔（炮孔傾斜角度大于60°），布置成梅花形炮孔爆破頂板比較平整，易于管理。每個(gè)分層自切割槽開(kāi)始分成2個(gè)梯段，以切割槽為自由面后退式順序向兩翼人行井回采。

采用交錯(cuò)排列形式布置炮孔，鑿巖過(guò)程中視地質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整炮孔網(wǎng)度。炮孔布置見(jiàn)圖4。每分層炮孔102個(gè)。其中，掏槽炮孔6個(gè)，空心孔2個(gè)，其他落礦炮孔94個(gè)。每分層落礦量約為225 t，每分層裝藥量共計(jì)約為121.8 kg。

2.4通風(fēng)、排險(xiǎn)與平場(chǎng)

新鮮風(fēng)流由提升井流入1 165 m中段脈外運(yùn)輸巷道，然后經(jīng)采場(chǎng)3勘探線行人通風(fēng)天井進(jìn)入采場(chǎng)工作面，污風(fēng)通過(guò)采場(chǎng)2勘探線行人通風(fēng)天井至上一中段回風(fēng)巷道，從而形成該采場(chǎng)的通風(fēng)系統(tǒng)。采場(chǎng)通風(fēng)要滿足排炮煙要求，一般排除炮煙時(shí)間不得低于30 min，之后方可進(jìn)行氣體檢測(cè)，氣體檢測(cè)儀檢測(cè)合格后方可進(jìn)入采場(chǎng)進(jìn)行安全檢查、敲幫問(wèn)頂和其他后續(xù)作業(yè)。采場(chǎng)最低風(fēng)速不得小于0.25 m/s，最大風(fēng)速不得大于4 m/s。

鑿巖爆破作業(yè)完成后，平場(chǎng)前須對(duì)頂板和兩幫圍巖進(jìn)行排險(xiǎn)作業(yè)，發(fā)現(xiàn)浮石及時(shí)處理，檢查發(fā)現(xiàn)頂板有不穩(wěn)定因素時(shí)，應(yīng)立即采取護(hù)頂措施?？筛鶕?jù)實(shí)際情況實(shí)施錨網(wǎng)、錨桿等臨時(shí)支護(hù)手段并做好支護(hù)材料臺(tái)賬及后續(xù)安全確認(rèn)。在開(kāi)采過(guò)程中，如遇到頂板下沉、冒落、片幫等地壓現(xiàn)象，應(yīng)停止作業(yè)或在采取應(yīng)急措施后撤離作業(yè)場(chǎng)所，并向現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)管理人員或本單位負(fù)責(zé)人報(bào)告，待采取可靠措施消除安全隱患后方可繼續(xù)作業(yè)。

由于淺孔留礦采礦法在下中段出礦穿脈內(nèi)進(jìn)行出礦，導(dǎo)致爆破后礦石放出會(huì)出現(xiàn)作業(yè)平臺(tái)不平整現(xiàn)象，因此仍需要對(duì)采場(chǎng)進(jìn)行平場(chǎng)作業(yè)。

2.5階段性出礦與集中出礦

回采過(guò)程中，為確保有足夠的作業(yè)空間，需經(jīng)底部結(jié)構(gòu)放出部分礦石。礦體經(jīng)爆破完成后因其松散系數(shù)（1.4～1.6）的影響，若每次爆破后不放出部分礦石，則會(huì)導(dǎo)致回采工作空間被堵塞，因而無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行回采工作。故每次爆破后應(yīng)及時(shí)放出崩落礦石的1/3，以保證有充足的作業(yè)空間，其余礦石則暫時(shí)留存在礦房?jī)?nèi)，用以對(duì)圍巖進(jìn)行輔助支撐，且作為繼續(xù)作業(yè)的工作臺(tái)。采場(chǎng)采用DRWJ-1型鏟運(yùn)機(jī)將礦石裝入礦車，出礦時(shí)應(yīng)加強(qiáng)人工手選廢石工作，杜絕礦巖混出，合理降低采礦損失貧化。為減少平場(chǎng)工作量，各出礦巷道的放礦量應(yīng)力求均衡。

放礦過(guò)程中，要仔細(xì)觀察各出礦巷道上部礦石堆表面的下降情況是否與放礦量相適應(yīng)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并設(shè)法防止留礦堆內(nèi)形成空洞，若發(fā)現(xiàn)留礦堆內(nèi)形成了空洞，必須及時(shí)處理，否則將有可能嚴(yán)重危及生產(chǎn)安全。待整個(gè)礦房落礦完成后進(jìn)行集中出礦。若在出礦穿脈位置發(fā)現(xiàn)大塊，仍需在采場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行二次集中破碎。

2.6采空區(qū)精細(xì)化掃描與安全處置

采空區(qū)三維激光探測(cè)系統(tǒng)（Cavity Monitoring System，CMS）在隱患采空區(qū)群三維探測(cè)可視化、采空區(qū)失穩(wěn)破壞探查分析、采場(chǎng)回采邊界獲取及采礦損失貧化可視化計(jì)算、礦柱回采輔助設(shè)計(jì)、溜井垮塌三維探測(cè)分析與計(jì)算等領(lǐng)域開(kāi)展了相關(guān)應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果^［15］。

待采場(chǎng)回采結(jié)束后，采用CMS激光掃描儀對(duì)采空區(qū)進(jìn)行掃描，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)計(jì)算。其包含以下步驟：

1）根據(jù)前期探礦結(jié)果及地質(zhì)圖紙，利用3Dmine三維建模軟件建立三維礦體模型。

2）利用無(wú)人機(jī)或其他安全位置掃描采空區(qū)。

3）根據(jù)掃描結(jié)果，利用Surpac或3Dmine三維建模軟件對(duì)采空區(qū)模型進(jìn)行精細(xì)化建模。

4）將采空區(qū)模型與前期構(gòu)建的礦體模型進(jìn)行耦合建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)采礦損失率和礦石貧化率的快速核算，提高“兩率”測(cè)算的精確度。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，試驗(yàn)采場(chǎng)開(kāi)采過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了采礦損失率和礦石貧化率均在15 %以內(nèi)、出礦品位3.32 g/t的良好技術(shù)指標(biāo)，具體技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

由于該礦山地處內(nèi)蒙古自治區(qū)邊疆干旱地區(qū)，目前尚無(wú)完備的尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)。因此，本試驗(yàn)采場(chǎng)的采空區(qū)處置主要采用下中段開(kāi)拓掘進(jìn)廢石經(jīng)二次轉(zhuǎn)運(yùn)后充填采空區(qū)，實(shí)現(xiàn)了廢石少出坑和采空區(qū)治理的雙重效應(yīng)。

3結(jié)論

以圖古日格金礦急傾斜薄礦體為研究對(duì)象，得到的主要結(jié)論為：

1）從采準(zhǔn)切割、鑿巖爆破、通風(fēng)、平場(chǎng)、出礦和采空區(qū)精細(xì)化掃描與安全處置等全流程進(jìn)行了淺孔留礦采礦法回采工藝的詳細(xì)闡述，提出了一種采場(chǎng)內(nèi)部施工切割槽，沿礦體傾向布置炮孔的改進(jìn)淺孔留礦采礦法。

2）提出一種利用CMS激光掃描儀精細(xì)化構(gòu)建采空區(qū)模型的方法，大大提高了采礦損失率和礦石貧化率“兩率”的計(jì)算精度和計(jì)算效率。

3）根據(jù)該礦山提出的淺孔留礦采礦法開(kāi)采技術(shù)，開(kāi)采取得采礦損失率和礦石貧化率均為15 %、采場(chǎng)生產(chǎn)能力1 885 t/月的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)外類似開(kāi)采技術(shù)條件的礦山開(kāi)采提供一定的參考。

［參 考 文 獻(xiàn)］

［1］吳枝亮，任玉東，周樂(lè)，等.急傾斜極薄礦脈破碎軟巖支護(hù)技術(shù)研究［J］.黃金，2024，45（5）：5-8.

［2］周佳琦，任玉東.黃金礦山急傾斜薄礦脈開(kāi)采工藝及發(fā)展趨勢(shì)［J］.黃金，2022，43（9）：35-38.

［3］楊建國(guó)，陳俊宇，周興暉，等.斷裂構(gòu)造帶內(nèi)急傾斜薄礦脈安全高效充填采礦方法研究［J］.黃金，2023，44（11）：5-11.

［4］柏楊，周亞博，崔越，等.急傾斜薄礦體脈外采準(zhǔn)上向水平分層充填采礦法研究［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2023，43（5）：1-6.

［5］張芫濤，林衛(wèi)星，歐任澤，等.深埋復(fù)雜傾斜薄礦體高效回采方案研究［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2023，43（10）：1-5.

［6］李永新，王慶磊，呂軍恩.呼倫貝爾山金礦業(yè)有限公司急傾斜極薄礦體采礦方法研究［J］.黃金，2023，44（2）：19-21.

［7］李志偉.急傾斜多層極薄礦體采礦方法初探［J］.礦業(yè)裝備，2023（3）：40-42.

［8］楊學(xué)武，王煜鑫.急傾斜薄礦體中深孔爆破試驗(yàn)研究［J］.采礦技術(shù)，2023，23（5）：108-111.

［9］李朝軍.鳳凰山銀礦急傾斜薄礦體安全高效開(kāi)采技術(shù)研究［J］.采礦技術(shù)，2019，19（3）：1-3.

［10］曹帥，宋衛(wèi)東，朱先洪，等.高海拔地區(qū)急傾斜薄礦體采礦方法優(yōu)選［J］.金屬礦山，2013（2）：14-17.

［11］張紹周，蘇之品，陳玉明.基于Flac^3D的某礦山開(kāi)采方案優(yōu)選及應(yīng)用［J］.黃金，2023，44（12）：14-17，22.

［12］黃世頂，劉堯，鄧紅衛(wèi)，等.基于修正Mathews穩(wěn)定圖法與Flac^3D的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2024，44（4）：10-18.

［13］嚴(yán)鵬，陳紹民，黃敏，等.厚大礦體采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究［J］.黃金，2023，44（9）：46-53.

［14］史吉鵬.基于采動(dòng)應(yīng)力的深部采場(chǎng)結(jié)構(gòu)量化設(shè)計(jì)［J］.黃金，2023，44（6）：15-18.

［15］譚浪浪.采空區(qū)三維激光掃描信息可視化集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.黃金，2022，43（3）：44-49.

Research on short-hole shrinkage mining method for steeply dipping thin ore bodies

Wang Lei1，Zhao Jianbo1，Zou Shengxian2，Cao Shuai2

（1.Tugurige Gold Mine，Wulate Middle Banner，Inner Mongolia;

2.School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing）

Abstract：The extraction of steeply dipping thin ore bodies has long been a significant technical challenge in the mining industry，both domestically and internationally.This study takes the steeply dipping thin ore body at Tugurige Gold Mine as the research subject" and carries out experimental study on the short-hole shrinkage mining method.The preliminary mining cutting，drilling， blasting，ventilation，leveling，ore extraction，and precise scanning and safety management of the mined-out area of the method are discussed in detail.Experimental results indicate that the short-hole shrinkage mining method is entirely feasible for mining steeply dipping thin ore bodies with unstable hanging and foot walls，achieving good technical indicators such as a mining loss rate and ore dilution rate both under 15 % and an ore grade of 3.32 g/t.The findings provide a reference for similar mining conditions.

Keywords：mining method;steeply dipping thin ore body;short-hole shrinkage mining method;drilling blasting;ventilation；mining loss rate;ore dilution rate

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022YFC2905004）

作者簡(jiǎn)介：王雷（1984—），男，高級(jí)工程師，從事礦山采選生產(chǎn)技術(shù)管理工作；E-mail：286385222@qq.com