顧生春，董群柱，王海文，孔令喜，肖曉文

(1.西部黃金克拉瑪依哈圖金礦有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依市 834025；2.甘肅中金黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 天水市 741000)

0 引 言

西部黃金克拉瑪依哈圖金礦有限責(zé)任公司隸屬哈圖金礦是一個集采、選、冶為一體的黃金生產(chǎn)企業(yè)，位于新疆維吾爾自治區(qū)西北部。礦床嚴(yán)格受構(gòu)造斷裂控制，地表及深部礦化帶多達(dá)幾十條，多分布于區(qū)域性斷裂兩側(cè)次一級斷裂破碎帶中，礦體總體走向近東西向。由于該區(qū)斷裂活動的多期性、繼承性，導(dǎo)致了成礦期的多期性，在含礦斷裂帶中可見各期石英脈相互充填、重疊、穿插等特征。北東東-近東西向斷裂構(gòu)造為本區(qū)主要含礦斷裂，斷裂走向80°～90°，傾向北北西，傾角58°～72°，斷裂長數(shù)十至數(shù)百米。

礦體主要受斷裂控制，存在石英脈型+蝕變巖型兩種礦體，細(xì)小石英脈+蝕變巖型礦體發(fā)育于石英脈型礦體兩側(cè)的圍巖中，處于擠壓破碎帶中，屬熱液充填交代型礦床，一般呈致密塊狀，比較堅硬，后期構(gòu)造對礦帶破壞性不顯著。礦體形態(tài)呈層狀、似層狀、似馕狀、透鏡狀狀以及豆莢狀。含金礦石均分布于蝕變破碎帶中。一般石英脈形成礦化中心，蝕變圍巖對稱或不對稱分布于石英脈的兩側(cè)或兩端，形成石英脈間斷而礦體連續(xù)，或石英脈呈復(fù)脈與細(xì)網(wǎng)脈穿插于蝕變圍巖中，石英脈與圍巖一般界線清晰。

哈圖金礦采用豎井開拓。原采用淺孔留礦法開采，貧化率達(dá)到50%，損失率達(dá)到40%，2012年改用普通上向水平分層充填采礦方法進(jìn)行開采。

1 現(xiàn)有上向水平分層充填法的不足

1.1 井下采礦過程中遇到的難題

現(xiàn)有普通上向水平分層充填法(見圖1)采用YT-28鉆鑿巖，電耙出礦，采場貧化損失基本控制在5%左右，生產(chǎn)能力40～60 t/d，在采場貧化損失指標(biāo)上取得了很好的成效，實(shí)現(xiàn)了資源的充分利用。哈圖金礦現(xiàn)有3個采區(qū)，井下3個中段共30多個生產(chǎn)采場同時作業(yè)，生產(chǎn)能力為2000 t/d。

圖1 哈圖金礦普通上向水平分層充填法

目前，哈圖金礦產(chǎn)能達(dá)到了設(shè)計規(guī)模，但是井下生產(chǎn)仍然存在兩大方面的問題，對企業(yè)長期穩(wěn)定發(fā)展帶來了不小影響：

(1) 采礦作業(yè)戰(zhàn)線長、采場間作業(yè)相互影響大、生產(chǎn)管理難度大。礦山采用的普通上向水平分層充填法貧化損失低，但卻一直沿用最傳統(tǒng)的電耙出礦，單分層采礦周期達(dá)3個月之久，導(dǎo)致采場生產(chǎn)能力十分低下，平均生產(chǎn)能力僅40～60 t/d，而生產(chǎn)任務(wù)又重，迫使企業(yè)不斷增加生產(chǎn)采場，30多個生產(chǎn)采場同時作業(yè)，導(dǎo)致井下開采作業(yè)戰(zhàn)線很長，采場上下左右采礦作業(yè)相互影響大，采場作業(yè)人員多且分散，生產(chǎn)管理難度很大，生產(chǎn)作業(yè)布置編排很復(fù)雜，生產(chǎn)組織管理人員需求大。

(2) 采礦效率低、周期長、采場內(nèi)作業(yè)人員數(shù)量多、安全風(fēng)險高。由于采用電耙出礦，采礦效率低，單分層采礦周期長。同時，采場內(nèi)作業(yè)人員多，造成作業(yè)人員在采場頂板暴露總和時間很長。加上開采深度已超過800 m，地壓活動顯現(xiàn)，容易導(dǎo)致采場內(nèi)片幫和冒頂，使得采場安全生產(chǎn)的風(fēng)險日益增加。另一方面采場點(diǎn)多面廣且人員分散，也給企業(yè)現(xiàn)場安全管理帶來很大難度。

因此，針對哈圖金礦井下生產(chǎn)及安全管理存在的問題，建議在確保目前采場貧化損失和產(chǎn)量不變的情況下，開展機(jī)械化上向水平分層充填法試驗(yàn)研究，采用安全高效的開采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械化強(qiáng)采強(qiáng)出，提高采場生產(chǎn)能力，減少同時開采采場數(shù)量，減少作業(yè)人員數(shù)量，大幅減少采場作業(yè)人員暴露在采場的總和時間量，降低采場作業(yè)安全風(fēng)險，保障采場生產(chǎn)安全，大幅減少采場安全事故，為公司的可持續(xù)性平穩(wěn)發(fā)展，以及西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定做出貢獻(xiàn)。

1.2 采礦技改研究技術(shù)路線

根據(jù)哈圖金礦開采技術(shù)條件，本研究將通過現(xiàn)場資料收集、調(diào)查分析以及相關(guān)現(xiàn)場及室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)有普通上向水平分層充填法開采技術(shù)現(xiàn)狀，獲得哈圖金礦礦巖物理力學(xué)性能參數(shù)、礦巖體質(zhì)量等級、巖體穩(wěn)定性狀況、井下開采難題。

然后，以此為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用三維巖土仿真模擬分析軟件，進(jìn)行采場結(jié)構(gòu)參數(shù)、回采順序數(shù)值模擬優(yōu)化，確定合理的采場長度、寬度、最大控頂高度及采場間回采順序。同時，依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料開展采場支護(hù)技術(shù)研究，確定合理的支護(hù)技術(shù)和相應(yīng)工藝參數(shù)。接著，根據(jù)采場結(jié)構(gòu)參數(shù)模擬分析結(jié)果以及采場支護(hù)工藝技術(shù)，進(jìn)行機(jī)械化上向水平分層充填采礦法具體回采工藝以及設(shè)備配套研究。

最后，根據(jù)哈圖金礦生產(chǎn)狀況，選擇一中段采場進(jìn)行整體規(guī)劃，并選擇一典型礦塊作為機(jī)械化開采試驗(yàn)采場，提交采場的采準(zhǔn)施工設(shè)計，并對采場施工、鑿巖、落礦、充填、出礦進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，跟蹤統(tǒng)計鑿巖效率、出礦效率、充填、貧化損失指標(biāo)，檢驗(yàn)評價項(xiàng)目研究成果。

2 盤區(qū)機(jī)械化開采現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 采礦技改礦塊開采技術(shù)條件及現(xiàn)狀

(1) 開采技術(shù)條件。齊I礦區(qū)主體構(gòu)造為近東西走向的斷裂帶及次級共軛斷裂裂隙，725中段E12至E17線的主要礦脈為L27-08、L27-14金礦脈主要賦存于其間，局部斷層破碎帶內(nèi)較破碎。礦體存在尖滅側(cè)現(xiàn)現(xiàn)象。礦體上下盤圍巖主要由蝕變玄武巖組成，少量蝕變凝灰?guī)r及石英脈組成。礦體走向70°～ 80°，礦體長約200 m，礦體平均厚度約6.5 m，傾角55°～ 75°，平均品位5.5 g/t。

(2) 工程現(xiàn)狀。725中段主要采用普通上向水平分層充填法開采，采場長度40～50 m，寬度為礦體厚度，高度為中段高度(約48 m)，頂?shù)字? m，間柱5～6 m。目前，中段內(nèi)大部分礦段正在回采。其中，11～18線C15270812采場已采高35 m(含底柱，下同)；C15270813采場下盤一步采場已采高33 m，靠近上盤的二步礦體還未開采；C15270814采場已采高20 m；C15271416采場已采高25 m；C15271417采場已采高36 m。各采場內(nèi)順路溜礦井、人行通風(fēng)天井及充填井都能正常使用。

2.2 盤區(qū)機(jī)械化開采方案設(shè)計

2.2.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)與采切布置

盤區(qū)機(jī)械化上向水平分層充填法是將3采場劃分為一個盤區(qū)，通過在脈外施工斜坡道和溜礦井以改造現(xiàn)有采準(zhǔn)系統(tǒng)(見圖2)，滿足無軌出礦設(shè)備——鏟運(yùn)機(jī)出礦要求。

(1) 結(jié)構(gòu)參數(shù)。根據(jù)開采現(xiàn)狀和采準(zhǔn)工程情況，采用盤區(qū)機(jī)械化上向水平分層充填法開采725中段11～18線剩余礦體時，原則上不對采場結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行大的調(diào)整。因此，在回采C15270813采場上盤二步礦體時，將該采場兩側(cè)的間柱一同回采，采場長度將增加到47 m；在回采C15270814采場時，將其與C15271416采場的間柱一并回采，采場長度將增加到58 m；其余采場的結(jié)構(gòu)參數(shù)不進(jìn)行調(diào)整。

(2) 采切布置。725中段11～18線剩余礦體的采切工程盡可能利用現(xiàn)有工程，設(shè)計的主要新工程有：斜坡道、分段平巷、溜礦井、采場聯(lián)絡(luò)巷。為保證鏟運(yùn)機(jī)的高效運(yùn)行，作為試驗(yàn)采場，初期將巷道坡度均控制在20%以內(nèi)。在巖體穩(wěn)固性較差的地段，采用錨網(wǎng)支護(hù)。首先自725中段施工11～18線脈外主運(yùn)輸巷、溜礦井，可同時施工725中段至773中段的斜坡道。當(dāng)斜坡道施工至溜礦井附近時，應(yīng)及時與溜礦井先行貫通。其中，與2#溜礦井貫通后，可同時施工采場聯(lián)絡(luò)巷至C15270813采場上盤二步礦體。

2.2.2 回采工藝

在豎向上分段、分層自下而上依次回采；盤區(qū)內(nèi)采場之間呈階梯超前回采，要求超前回采高度不小于10 m(5個回采分層，分層高度2 m)。采場依次呈階梯超前回采。采場最大控頂高度3.5 m。

(1) 鑿巖爆破。采用淺孔落礦方式，鑿巖采用YT-28鑿巖機(jī)。落礦高度2.0 m，控頂高度3.5 m。頂板穩(wěn)固性好時，采用上向傾斜孔落礦；頂板穩(wěn)固性較差時，采用水平孔落礦。炮孔孔距1～1.2 m，排距0.8～1 m，孔深2～2.5 m，矩形布孔或梅花形布孔。鑿巖結(jié)束后，清潔炮孔，采用人工裝填2#巖石炸藥，起爆器配導(dǎo)爆管非電擊發(fā)針擊發(fā)導(dǎo)爆管雷管，導(dǎo)爆管雷管再引爆導(dǎo)爆索，由導(dǎo)爆索起爆每個炮孔中敷設(shè)的導(dǎo)爆管雷管，引爆炸藥。

(2) 采場通風(fēng)。爆破作業(yè)后，先進(jìn)行通風(fēng)，新鮮風(fēng)流通過斜坡道-分段平巷-采場聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入采場，污風(fēng)通過充填回風(fēng)井-上中段的平巷-礦山回風(fēng)井排出。

(3) 采場頂板管理與支護(hù)。采場支護(hù)和頂板管理應(yīng)隨回采工作的推進(jìn)及時進(jìn)行。在采場回采的過程中，采場頂板支護(hù)以錨桿+雙筋條為主要支護(hù)手段(支護(hù)方案見圖CSXBHJ-HT01-11)，輔以錨網(wǎng)和圓木支護(hù)等形式。

(4) 采場出礦。采場支護(hù)排險完成后，可采用1 m3鏟運(yùn)機(jī)出礦。

(5) 充填。采場分層出礦結(jié)束、經(jīng)驗(yàn)收合格后，架設(shè)充填管、順路溜礦井，砌筑好充填擋墻，充填料漿經(jīng)充填鉆孔下放至773中段主運(yùn)輸巷，然后接分支塑料軟管，由采場充填通風(fēng)井(或斜坡道-分段平巷-采場聯(lián)絡(luò)巷)輸送至采場內(nèi)，先用低灰砂比充填料漿膠結(jié)充填1.5 m，然后用較高灰砂比膠結(jié)充填澆面0.5 m。待充填體養(yǎng)護(hù)3～7 d后進(jìn)行下一分層的采礦、出礦、充填作業(yè)。

2.2 盤區(qū)機(jī)械化主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

為了提高盤區(qū)生產(chǎn)效率，消除或降低回采與充填之間相互影響的制約關(guān)系，采用盤區(qū)作業(yè)的生產(chǎn)組織方式，3個采場交替作業(yè)，即1個采場充填養(yǎng)護(hù)時，另2個采場采礦、出礦。盤區(qū)機(jī)械化技改前后主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。

表1 哈圖金礦盤區(qū)機(jī)械化技改前后主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

從表1可以發(fā)現(xiàn)，通過引入鏟運(yùn)機(jī)出礦，采取盤區(qū)式開采，采場生產(chǎn)能力提高了一倍多，回采周期進(jìn)一步縮短，采場作業(yè)人員減少了，回采安全性得到明顯改善。該試驗(yàn)成果顯著，為一種安全高效的采礦方法，已在礦山全面推廣應(yīng)用，將礦山的同時作業(yè)采場數(shù)減少一半至15個，作業(yè)安全性提高一倍。

圖2哈圖金礦機(jī)械化上向水平分層充填法

3 結(jié) 論

(1) 針對哈圖金礦存在兩大方面的問題：采礦作業(yè)戰(zhàn)線長、采場間作業(yè)相互影響大、生產(chǎn)管理難度大，采礦效率低、周期長、采場內(nèi)作業(yè)人員數(shù)量多、安全風(fēng)險高，進(jìn)行了相關(guān)采礦技改研究，設(shè)計采用盤區(qū)機(jī)械化上向水平分層充填法代替現(xiàn)有采礦方法。

(2) 通過引入鏟運(yùn)機(jī)出礦，采取盤區(qū)式開采，采場生產(chǎn)能力提高了一倍多，回采周期進(jìn)一步縮短，采場作業(yè)人員減少了，回采安全性得到明顯改善。該試驗(yàn)成果顯著，為一種安全高效的采礦方法，已在礦山全面推廣應(yīng)用，將礦山的同時作業(yè)采場數(shù)減少一半至15個，作業(yè)安全性提高一倍，企業(yè)生產(chǎn)和安全管理的緊張局面得到有效緩解。

總之，該盤區(qū)機(jī)械化上向水平分層充填法為本礦提供了一種安全高效的采礦工藝方案，也值得類似礦山推廣應(yīng)用。