盛 佳 陳 蓓 李向東 周益龍 王愛(ài)民 江飛飛

(1. 長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙410012;2. 國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙410012;3. 崇禮紫金礦業(yè)有限責(zé)任公司，河北 張家口076350)

緩傾斜厚大礦體屬于難采礦體類型，其原因一是因?yàn)榈V體傾角不夠陡，無(wú)法在采場(chǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)重力放礦，致使出礦工藝復(fù)雜，二是礦體合理的回采方案難以確定，要實(shí)現(xiàn)高效經(jīng)濟(jì)開(kāi)采的難度很大。厚大礦體大都劃分為兩步驟或多步驟分區(qū)開(kāi)采，其合理的回采方案將直接影響到多步驟采場(chǎng)回采的安全性。同時(shí)，施工工程的有效嵌套銜接也影響回采成本的經(jīng)濟(jì)性。因此，研究緩傾斜厚大礦體的合理分區(qū)回采方案，是實(shí)現(xiàn)該類礦床整體高效經(jīng)濟(jì)安全回采的關(guān)鍵所在，也是礦山持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的前提條件。

1 礦山開(kāi)采技術(shù)條件及采礦方法簡(jiǎn)介

1.1 開(kāi)采技術(shù)條件

某大型巖金礦床受斷裂構(gòu)造和蝕變節(jié)理裂隙帶控制，主要由1 號(hào)和70 號(hào)脈群組成。其中70 號(hào)脈群由7 條礦脈構(gòu)成，多為緩傾斜至傾斜的厚大礦體，分布在7 線以南1 號(hào)脈群的上盤(pán)，礦脈均賦存在硅鉀化二長(zhǎng)巖蝕變帶內(nèi)，蝕變帶總體展布方向0° ～350°，西傾或南西傾，傾角20° ～45°，蝕變帶寬達(dá)130 ～300 m。礦體連續(xù)完整，穩(wěn)定性良好;頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)定性較好，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，屬于堅(jiān)硬半堅(jiān)硬礦體。工程地質(zhì)勘探類型簡(jiǎn)單，水文地質(zhì)條件中等。

1.2 采礦方法及開(kāi)采現(xiàn)狀

礦區(qū) 主 要 的 中 段 為1466、1427、1390、1344、1304、1264、1224 和1184 中段，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，1304 中段以上空區(qū)體積達(dá)130 萬(wàn)m3。1304 中段采用空?qǐng)龇ɑ夭珊笮纬闪巳嚎諈^(qū)，有少量的礦柱支撐礦體的頂板，空區(qū)相互連通，造成上盤(pán)圍巖持續(xù)冒落。1264 中段擬采用兩步驟空?qǐng)龌夭伤煤蟊缆浞桨?。為了更好地回收地下資源，保護(hù)礦山地表環(huán)境，1224 中段以下將采用全尾砂膠結(jié)充填。因此，1264 中段是礦山2 500 t/d 改擴(kuò)建過(guò)渡性回采中段，亦是空?qǐng)龇ㄞD(zhuǎn)為充填法的過(guò)渡中段。1264 中段與1224 中段一步驟對(duì)應(yīng)的采場(chǎng)，原在中段留有3 m 厚的礦柱，上下采場(chǎng)回采后部分礦柱塌落，空區(qū)相互連通。1264 中段17線以北由于是礦區(qū)的工業(yè)廣場(chǎng)、辦公區(qū)和生活區(qū)，地表不允許移動(dòng)和崩落，故17 線以北不采用強(qiáng)制崩落頂板處理空區(qū);23 線以南由于零星礦脈分枝復(fù)合嚴(yán)重，采用空?qǐng)龇ɑ虺涮畈傻V法進(jìn)行回采。本次研究主要在15 線以南，大盤(pán)區(qū)采場(chǎng)沿走向100 m，采場(chǎng)垂直礦體布置，盤(pán)區(qū)內(nèi)共7 個(gè)采場(chǎng)，分別為3231、23N22、21S13、21N2、19S33、19S18、19S3，一步驟10 m 寬4 個(gè)采場(chǎng)3231、21S13、19S33、19S3 采場(chǎng)已采用中深孔回采，空區(qū)空頂時(shí)間達(dá)幾年甚至十來(lái)年。復(fù)雜群空區(qū)下3 個(gè)20 m 寬的23N22、21N2、19S18 礦柱采場(chǎng)組成1個(gè)試驗(yàn)盤(pán)區(qū)。由于盤(pán)區(qū)采場(chǎng)礦體厚大，平均水平厚度在120 m 左右，為滿足采礦生產(chǎn)能力需求，將礦柱采場(chǎng)劃分成兩個(gè)區(qū)域回采，兩區(qū)域中間由隔離礦柱分開(kāi)，下盤(pán)礦體采用分段空?qǐng)鰝?cè)向崩礦嗣后放頂方案，上盤(pán)三角礦體采用分段空?qǐng)稣虮赖V法方案。

2 大盤(pán)區(qū)采場(chǎng)分區(qū)高效回采方案

大盤(pán)區(qū)采場(chǎng)分區(qū)高效開(kāi)采主要包括下盤(pán)礦柱采場(chǎng)及上盤(pán)三角礦柱采場(chǎng)回采，方案選擇中遵循安全、高效、經(jīng)濟(jì)開(kāi)采的原則。

2.1 下盤(pán)礦柱采場(chǎng)回采方案

針對(duì)一步驟采空區(qū)未處理?xiàng)l件下二步驟采場(chǎng)回采，研發(fā)了盤(pán)區(qū)分段空?qǐng)鰝?cè)向崩礦嗣后放頂方案。在確定了回采方案的前提下，如何實(shí)現(xiàn)二步驟采場(chǎng)的高效率、低成本、安全開(kāi)采，關(guān)鍵在于選擇合理的盤(pán)區(qū)采場(chǎng)回采方案。針對(duì)二步驟采場(chǎng)回采方案，提出“連續(xù)回采連續(xù)放頂處理空區(qū)(方案一)”和“隔一采一間隔放頂處理空區(qū)(方案二)”2 種方案。

(1)方案一。從南向北逐一回采23N22、21N2、19S18 采場(chǎng)，回采23N22 采場(chǎng)后，強(qiáng)制崩落3231 采場(chǎng)空區(qū)頂板巖石充填空區(qū)。采場(chǎng)回采超前1 個(gè)放頂采場(chǎng)，使崩落的廢石不會(huì)落到回采采場(chǎng)的礦石堆上，有利于降抵礦石貧損指標(biāo);盤(pán)區(qū)內(nèi)只有1 個(gè)采場(chǎng)進(jìn)行回采作業(yè)，生產(chǎn)能力較小。其回采方案示意見(jiàn)圖1。

圖1 連續(xù)回采連續(xù)放頂空區(qū)處理方案Fig.1 Goaf management scheme of continuously mining and caving

(2)方案二。同時(shí)回采23N22、19S18 采場(chǎng)，21N2作為盤(pán)區(qū)礦柱采場(chǎng)后回采，空?qǐng)龌夭沙鐾甏蟛糠值V石后，強(qiáng)制崩落21N2 礦柱采場(chǎng)南北兩翼空區(qū)頂板，再回采21N2 礦柱采場(chǎng)，21N2 采場(chǎng)回采是在兩側(cè)都崩落頂板廢石下進(jìn)行的，在覆蓋巖下進(jìn)行出礦;盤(pán)區(qū)內(nèi)同時(shí)有2 個(gè)采場(chǎng)進(jìn)行回采作業(yè)，生產(chǎn)能力較大。其回采方案示意見(jiàn)圖2。

圖2 隔一采一間隔放頂空區(qū)處理方案Fig.2 Goaf management scheme of one every the other one caving

通過(guò)2 種回采方式的受力、塑性破壞區(qū)域、頂板位移分析，結(jié)合滿足生產(chǎn)能力的需要，最終確定采用隔一采一間隔放頂處理空區(qū)方案，首先回采23N22、19S18 采場(chǎng)，中間的21N2 采場(chǎng)作為盤(pán)區(qū)的礦柱采場(chǎng)，分析比較在此不作詳述。

2.2 上盤(pán)三角礦柱采場(chǎng)回采方案

下盤(pán)礦體采用分段空?qǐng)鰝?cè)向崩礦，崩落頂板充填空區(qū)后，為保證崩落的廢石不落入三角礦體采場(chǎng)，因此中間留有傾斜的隔離礦柱，保證2 個(gè)區(qū)域的相對(duì)獨(dú)立。三角礦體采用分段空?qǐng)稣虮赖V法，下盤(pán)礦柱和上盤(pán)三角礦柱采場(chǎng)回采順序均為從上向下回采。首先回采19S18、23N22 采場(chǎng)第4 分段，在底部結(jié)構(gòu)和第3 分段出礦進(jìn)路出完礦后，回采19S18、23N22 采場(chǎng)第3 分段，然后依次向下回采，回采完試驗(yàn)采場(chǎng)23N22、19S18 后，強(qiáng)制放頂崩落頂板廢石。崩落頂板充填空區(qū)，崩落廢石落在試驗(yàn)采場(chǎng)底板上，并且對(duì)一部分裝礦進(jìn)路進(jìn)行封堵，防止沖擊波破壞設(shè)備和巷道工程及引發(fā)安全事故。

3 厚大礦體分區(qū)高效采場(chǎng)回采實(shí)踐

結(jié)合礦區(qū)厚大礦體分區(qū)高效回采方案，遵循工程布置及回采相互兼顧的原則，開(kāi)展試驗(yàn)采場(chǎng)采準(zhǔn)工程施工、回采爆破出礦工藝實(shí)踐。

3.1 下盤(pán)礦柱采場(chǎng)回采實(shí)踐

盤(pán)區(qū)斜坡道從1264 中段23 線位置開(kāi)口，分段巷從斜坡道開(kāi)口在礦體下盤(pán)沿礦體走向方向開(kāi)鑿，分段巷道離礦體的下盤(pán)邊界30 m 左右，分段高度10 m，中段高度40 m，為了回收1304 中段底柱，1304 中段底柱作為盤(pán)區(qū)采場(chǎng)第4 分段進(jìn)行回收。為保護(hù)1264中段環(huán)形汽車運(yùn)輸巷，盤(pán)區(qū)采場(chǎng)中段底柱定為10 m高，并且為1224 中段改用充填采礦法留有足夠的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，1224 中段充填法采場(chǎng)向上回采到1264中段的底柱，應(yīng)留有2 ～3 m 高的隔離層，保證上部中段崩落法和下部中段充填法采場(chǎng)的衍接。每一個(gè)采場(chǎng)垂直礦體走向布置1 條裝礦進(jìn)路，巷道規(guī)格2.7 m×2.7 m。二步驟采場(chǎng)從裝礦進(jìn)路順著采場(chǎng)的中心線開(kāi)鑿1 條鑿巖聯(lián)絡(luò)巷到礦體邊界或采場(chǎng)邊界，鑿巖聯(lián)絡(luò)巷可兼作探礦巷控制礦體的頂板邊界。在礦體的底板邊界沿礦體走向開(kāi)鑿1 條中深孔鑿巖巷，然后以第1 條鑿巖巷為起點(diǎn)，每隔20 m 開(kāi)鑿1 條鑿巖巷。根據(jù)礦體的厚度布置鑿巖巷的條數(shù)，鑿巖巷兩端都要開(kāi)到兩側(cè)空區(qū)為止，鑿巖巷和鑿巖聯(lián)絡(luò)巷規(guī)格都是2.7 m×2.7 m，保證鏟運(yùn)機(jī)能行走。在礦體的下盤(pán)與分段平巷一定的距離布置盤(pán)區(qū)溜礦井，溜礦井的傾角為60°，并與1304 中段的巷道貫通，在1264 中段與汽車運(yùn)輸巷用聯(lián)絡(luò)巷連通。在1264 中段對(duì)應(yīng)的采場(chǎng)也布置裝礦進(jìn)路與原主巷連通，形成出礦通道。在試驗(yàn)采場(chǎng)1264 中段底部結(jié)構(gòu)布置的受礦塹溝漏斗，與裝礦平巷聯(lián)通。

試驗(yàn)采場(chǎng)兩側(cè)為原一步采場(chǎng)空區(qū)，以兩側(cè)空區(qū)為自由面進(jìn)行雙向爆破，爆破炸藥采用粉狀膨化硝胺炸藥，采用孔底起爆方式，孔底起爆彈內(nèi)裝入單發(fā)澳瑞凱毫秒差雷管。中深孔裝藥完后，進(jìn)行組網(wǎng)連線，每10 發(fā)雷管與分導(dǎo)爆索綁扎連接，然后分導(dǎo)爆索與主導(dǎo)爆索連接。導(dǎo)爆索與導(dǎo)爆索正向連接，即爆轟波的傳播方向的角度大于90°。主導(dǎo)爆索連在起爆雷管上，采用電子擊發(fā)起爆器起爆。澳瑞凱雷管每段雷管延時(shí)25 ms，且延時(shí)精度高，可實(shí)現(xiàn)排內(nèi)分段和排內(nèi)多段逐孔起爆破技術(shù)，扇形中深孔中間3 個(gè)孔為同段雷管，其余孔增加1 段，中間3 孔先爆，起爆后在排內(nèi)實(shí)現(xiàn)2 個(gè)自由面，改善爆破效果。多段逐孔爆破技術(shù)，利用雷管延時(shí)準(zhǔn)確，中間孔為本排第1 段，兩側(cè)孔逐孔增加1 段，后排孔相對(duì)應(yīng)的孔增加1 段，這樣在排內(nèi)布置多段雷管，排內(nèi)各孔逐孔爆破，見(jiàn)圖3、圖4。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)中深孔爆破塊度均勻，爆破后大塊率低，鏟裝效率高。

圖3 排內(nèi)分段爆破示意Fig.3 Schematic diagram of subordinate blasting within rows

圖4 排內(nèi)多段逐孔爆破示意Fig.4 Schematic diagram of multiple segments and hole-by-hole initiating

盤(pán)區(qū)試驗(yàn)采場(chǎng)每一個(gè)分段有7 條裝礦進(jìn)路，每爆破一分段的礦體，都有3 個(gè)以上的裝礦點(diǎn)，爆破本分段可以在下一分段的裝礦進(jìn)路出礦，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)出礦。采場(chǎng)鏟運(yùn)機(jī)裝入礦用卡車運(yùn)至主溜井。

盤(pán)區(qū)試驗(yàn)采場(chǎng)兩側(cè)是空區(qū)，一步驟采場(chǎng)空區(qū)均與上中段的回風(fēng)巷連通，采場(chǎng)新風(fēng)從斜坡道進(jìn)入各分段平巷，再進(jìn)入各采場(chǎng)的出礦平巷進(jìn)入回采工作面，工作面的污風(fēng)進(jìn)入兩側(cè)采場(chǎng)的空區(qū)經(jīng)上中段的回風(fēng)巷流出。

3.2 上盤(pán)三角礦柱采場(chǎng)回采實(shí)踐

布置上盤(pán)三角礦柱采場(chǎng)21S13、21N2 采準(zhǔn)工程，從21N2 的試驗(yàn)采場(chǎng)的鑿巖聯(lián)絡(luò)巷延伸至采場(chǎng)上盤(pán)邊界，從礦體上盤(pán)開(kāi)1 條巷道到19S13 采場(chǎng)，再沿21S13 采場(chǎng)中心線掘進(jìn)鑿巖巷到空區(qū)邊界，23N22 的采準(zhǔn)工程是從1264 中段的上盤(pán)探礦巷開(kāi)上山到各分段再掘進(jìn)分段鑿巖巷。底部結(jié)構(gòu)以1264 中段21、23線的穿脈運(yùn)輸巷作為出礦巷向各采場(chǎng)布置裝礦巷和受礦漏斗，相鄰受礦漏斗的間距為12 m 左右，受礦漏斗形成是在出礦巷的靠端部布置漏斗頸作為受礦漏斗的切割井，在漏斗頸附近的出礦巷鉆鑿扇形中深孔，以斗頸為自由面分次微差爆破形成受礦漏斗，構(gòu)成三角礦體采場(chǎng)的出礦底部結(jié)構(gòu)。三角礦體采用正向崩礦后退式回采各分段，于各分段采場(chǎng)邊界附近沿礦體開(kāi)鑿切割橫巷，在鑿巖巷與切割橫巷交叉點(diǎn)向上開(kāi)鑿切割天井，以切割天井為自由面再崩落形成切割立槽。

回采第3 分段，施工人員及設(shè)備從21N2 采場(chǎng)的鑿巖巷經(jīng)放頂巷到達(dá)工作面進(jìn)行作業(yè)，后退式回采作業(yè)?；夭傻? 分段，施工人員從1264 中段放頂巷道經(jīng)23N22 采場(chǎng)的行人上山到達(dá)第1 分段，再經(jīng)第1 分段與第2 分段聯(lián)絡(luò)天井到達(dá)采場(chǎng)第2 分段工作面進(jìn)行后退式回采作業(yè)?；夭傻叫腥司浇螅捎靡淮涡云鸨Y(jié)束第2 分段回采?；夭傻? 分段，施工人員從1264 中段放頂巷道經(jīng)行人上山到達(dá)第1 分段工作面進(jìn)行施工作業(yè)，正向崩礦后退式回采。

三角礦體采場(chǎng)回采，采場(chǎng)兩側(cè)都是一步驟的采空區(qū)，多分段同時(shí)作業(yè)，試驗(yàn)采場(chǎng)和三角礦柱采場(chǎng)都可能同時(shí)作業(yè)，因此在進(jìn)行爆破作業(yè)過(guò)程中，嚴(yán)禁在相鄰中段及分段和各采場(chǎng)出礦進(jìn)路進(jìn)行解炮作業(yè)。由于采用空?qǐng)龇ɑ夭傻V體，采場(chǎng)面積過(guò)大，二步驟采場(chǎng)、礦柱采場(chǎng)都存在應(yīng)力大，回采過(guò)程中注意巷道的片幫、變形情況，不應(yīng)冒險(xiǎn)作業(yè)。底部結(jié)構(gòu)出礦過(guò)程應(yīng)均勻出礦，采場(chǎng)要留有一定的礦石墊層，保證大面積的頂板崩落，人員和設(shè)備的安全。

4 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

厚大礦體分區(qū)高效試驗(yàn)盤(pán)區(qū)采場(chǎng)共采出礦石541 263 t，創(chuàng)造工業(yè)總產(chǎn)值55 074.6 萬(wàn)元，利稅37 754.2萬(wàn)元，凈利潤(rùn)28 315.6 萬(wàn)元;下盤(pán)礦柱采場(chǎng)回采損失率為5%，貧化率為8.2%。盤(pán)區(qū)試驗(yàn)采場(chǎng)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 盤(pán)區(qū)試驗(yàn)采場(chǎng)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)Table 1 Main techno-economic indexes of experiment stope at panel area

5 結(jié) 論

(1)結(jié)合緩傾斜厚大礦體兩步驟分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘桨?，針?duì)多中段群空區(qū)下一步驟采空區(qū)未處理?xiàng)l件下二步驟采場(chǎng)回采，創(chuàng)新提出了二步驟采場(chǎng)預(yù)留隔離礦柱上下盤(pán)分區(qū)高效回采方案。

(2)通過(guò)方案優(yōu)選，確定二步驟采場(chǎng)采用隔一采一間隔放頂處理空區(qū)方案，下盤(pán)礦體采用分段空?qǐng)鰝?cè)向崩礦嗣后放頂方案，上盤(pán)三角礦體采用分段空?qǐng)稣虮赖V法方案。開(kāi)展了大盤(pán)區(qū)采場(chǎng)分區(qū)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了多中段群空區(qū)下緩傾斜厚大礦體的高效經(jīng)濟(jì)安全開(kāi)采，為類似條件礦山開(kāi)采提供了重要的技術(shù)支撐。

［1］ 潘常甲.關(guān)于緩傾斜厚大礦體采礦方法的探討［J］. 金屬礦山，2001(4):19-24.

Pan Changjia. On the mining method of slowly inclined large and thick ore body［J］.Metal Mine，2001(4):19-24.

［2］ 曾凌方. 緩傾斜厚大礦體采礦方法優(yōu)化［J］. 現(xiàn)代礦業(yè)，2015(4):17-20.

Zeng Lingfang.Optimization of the mining method of slowly inclined large and thick orebody［J］.Modern Mining，2015(4):17-20.

［3］ 馬天勇，行鵬飛.階段礦房法在緩傾斜厚礦體中的應(yīng)用［J］. 礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2013(2):12-13.

Ma Tianyong，Xing Pengfei，Application of sublevel room mining on slightly dipped thick orebody［J］. Conservation and Utilization of Mineral Resources，2013(2):12-13.

［4］ 諶 江.我國(guó)地下金屬礦山采場(chǎng)連續(xù)出礦運(yùn)礦設(shè)備研究的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.礦冶，1997，6(2):11-16.

Chen Jiang.Present situation and development of research on continuous ore-drawing and haulage equipment for underground metal mines in China［J］.Mining ＆ Metallurgy，1997，6(2):11-16.

［5］ 解世俊.金屬礦床地下開(kāi)采［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1986.

Xie Shijun. Metal Mineral Deposit Underground Mining［M］. Beijing:Metallurgical Industry Press，1986.