戴超群 吳愛祥 鮑偉偉

（1.金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京100083；2.北京科技大學土木與環(huán)境工程學院，北京100083）

急傾斜中厚礦體的開采在國內外礦山開采中較為常見。急傾斜中厚礦體指厚度4～15 m，傾角大于55°的礦體［1］。所采用的采礦方法也多種多樣，常見的有中深孔留礦法、分段留礦法、嗣后充填法、無底柱分段崩落法、有底柱分段崩落法等。如趙井清［2］研究了脈內脈外聯(lián)合采準嗣后充填法在中厚急傾斜磷礦的應用，取得了機械化程度高、分段少、生產能力大等效果，實現(xiàn)安全、高效開采。劉思敏［3］等探討在廣西大新錳礦使用分段中深孔落礦留礦法，著重考慮礦房礦柱回采并選擇合理回采順序，采用矸石充填處理采空區(qū)的方法，達到消除采空區(qū)隱患，穩(wěn)定地壓的目的。楊定辭［4］在龍山金礦研究采用雙向長錨索預控上盤分段留礦法，將不穩(wěn)固的上盤圍巖連成整體，大大提高了上盤表層的抗彎強度，有效地防止了圍巖的垮落。張文方［5］探究在上棉谷硅礦采用無底柱分段崩落法進行回采，可處理礦體頂板、底板穩(wěn)定性差、礦石易碎等問題，同時采取溜礦井中留礦來減輕礦石的二次磨損沖擊，通過采場試驗證明其適用于急傾斜中厚礦體的回采，且達到了預期的效果。王正英［6］為了解決會寶嶺鐵礦礦房爆破效果不理想的現(xiàn)狀，根據巖石的蠕變特性和莫爾強度理論分析孔網參數，開展回采爆破現(xiàn)場試驗，在中厚急傾斜堅硬礦體大段高礦房取得良好效果。

本文結合某礦山實際開采技術條件，提出了在礦山生產過程中合適的開采方法、采場結構參數、空區(qū)處理方案，對提高資源回收率、提高礦山經濟效益、實現(xiàn)礦山安全高效生產具有重要意義。

1 地質概況及開采技術條件

贛南某硅礦共圈定工業(yè)礦體2個（編號為V1、V2），賦存于九龍腦復式巖體中的燕山早期中細粒花崗巖體內，受北東向斷裂控制，并提供容礦空間。主要開采V1礦體，V1礦床礦石類型為顯微晶—中晶結構的塊狀脈石英礦，屬玻璃用硅質原料，礦體走向45°～63°，平均55°，傾向北西，傾角65°～80°，平均75°，礦體總體走向長約1 100 m，沿傾向最大延伸159 m，厚度為2.27～19.35 m，平均厚9.26 m。V1礦體為典型的急傾斜中厚礦體，礦體出露標高由1 008.0 m至692.0 m，相對高差可達316.0 m。礦區(qū)資源儲量為373.12萬t，礦區(qū)內SiO2含量為91.1%～98.8%，Al2O3含量為0.29%～5.34%，F(xiàn)e2O3含量為0.07%～0.33%。礦床中各種礦巖都很堅固，礦體頂底板圍巖主要為花崗巖，穩(wěn)定性較好。礦區(qū)附近沒有大的地表水體，風化裂隙水富水較弱，構造脈狀水富水中等，但它出露低于礦體最低標高。礦區(qū)斷裂構造不發(fā)育，只有少量的北東向擠壓性斷裂，屬于阻水結構，礦體含水量較弱，滲透率較差。故礦床充水因素屬于單一簡單類型。此外，探明的礦體位于當地侵蝕基準面之上，礦床地處偏僻山區(qū)，礦體分布范圍內無居民點分布，礦區(qū)內以殘次林為主，可耕地分布稀疏，礦山開采對生態(tài)環(huán)境的影響較小。在綜合考慮經濟效益和保證安全生產的基礎上，礦山確定采用分段鑿巖階段礦房法。

該硅礦原設計為露天轉地下聯(lián)合開采。前期進行露天開采，后期進行淺孔留礦法開采。露天開采適用于礦體埋藏較淺的礦床，留礦法適用于急傾斜、圍巖和礦石均穩(wěn)固、薄或極薄的礦體［7］。盡管露天開采前期的優(yōu)越性較地下開采多，但缺點也是十分明顯，露天開采破壞嚴重、環(huán)境遭受污染、受氣候影響大。露天開采需要大量剝離巖石，相對于地下開采產生的廢石，排土場占地面積要大得多［8］。后期露天轉地下開采過程中會存在以下問題［9-10］：①露天轉地下境界頂柱的巖石力學條件惡化；②地采礦房靠近露天采場邊界的位置及參數確定難度大；③露天開采設備與地采設備銜接關系復雜；④露天轉地下開采礦石損失貧化增大；⑤防止露天坑底水涌入地下礦房并研究制定防洪排水措施。

針對礦山亟需改進采礦方法的現(xiàn)狀，結合礦山實際提出了分段鑿巖階段礦房法。實踐證明，該方法綜合了留礦法和露天開采的優(yōu)勢取得了較好的技術指標和綜合效益。

2 分段鑿巖階段礦房法

2.1 礦塊及采場結構參數

由于礦體寬一般2.27～19.35 m，厚度平均為9.26 m，小于15 m，盡管有一部分礦體厚度超過15 m，但是由于礦石和圍巖均穩(wěn)固，礦房厚度可以增大到20 m。因此決定沿礦體走向布置礦房，采用兩步驟回采礦塊，首先開采礦房然后開采礦柱。階段高度取50 m，分段高度取9 m。礦房長度取60 m，礦房寬度為礦體的水平厚度，間柱寬度取9 m。礦巖穩(wěn)固，頂柱取6 m。為了減少采切工作量，劈漏工作避免使用漏斗式受礦巷道，而采用平底式受礦巷道，排除使用塹溝式出礦。

2.2 采準切割工程

分階段無軌運輸巷道在礦體外側10 m開鑿，凈斷面3.6 m×3.1 m，掘進斷面面積11 m2。沿礦體走向方向，在采場端部布置人行通風天井，凈斷面尺寸為2.5 m×2.0 m。在垂直階段高度每隔9 m開掘分段鑿巖平巷，斷面2.0 m×2.0 m。在回采厚度5～12 m薄礦脈時，采用單側裝礦進路的布置形式，穿脈巷道起到探礦作用，但不起運輸作用，斷面尺寸取2.5 m×2.5 m，在回采厚度超過12 m礦脈時，采用雙側裝礦進路布置形式，穿脈巷道做為輔助運輸巷道，以縮短礦石的運輸距離，斷面尺寸必須滿足汽車運輸，故取3.6 m×3.1 m。為保證礦塊的正常生產能力，在礦體上下盤均布置裝運巷道，裝運巷道間距一般取8 m，巷道斷面為2.0 m×2.0 m。在切割巷道內向采場中部掘進切割天井，斷面尺寸為2.0 m×1.5 m。拉底平巷和運輸平巷處于同一水平，拉底巷道斷面尺寸為2.0 m×2.0 m，并采用垂直深孔拉槽法開掘切割槽。

2.3 回采工藝

階段回采作業(yè)由上向下順序進行，分段回采從采場中央的切割天井自由面向兩翼后退式進行，采用兩步驟回采，首先開采礦房，然后開采礦柱。各循環(huán)作業(yè)主要有鑿巖爆破、采場通風、礦石運搬、采空區(qū)處理等工序，采礦方案見圖1。

2.3.1 鑿巖爆破

以分段鑿巖巷道為臺階，用YGZ90型鑿巖機打平行上向扇形中深孔，孔深9 m，孔徑為64 mm，排距為1.5 m，最小抵抗線1.5 m，為了減少鑿巖設備的運搬，礦塊內炮孔一次性全部打完，再進行爆破。炮孔全部打完之后，使用2#巖石乳化炸藥，同時使用BQF100型裝藥器進行裝藥，從礦房中央向兩翼每次爆破2排炮孔，用導爆管分段爆破。為了保證每個分段的裝藥、連接爆破網路等工作安全，上一個分段需超前爆破一排炮孔，為爆破人員提供更大的作業(yè)平臺。炸藥單耗為1.1 kg/m3，為了減少礦山通風時間和人員撤退時間，從而有更多時間裝礦，故一次爆破2個礦房，一次爆破量約為400 t，炸藥消耗量約為170 kg。

2.3.2 采場通風

為了保證分段鑿巖巷道具有正常風流，回采工作面從礦房中央向兩翼推進，風流從階段運輸巷道通過行人通風天井，進入分段鑿巖巷道，再從頂板上的回風小井排至上一階段運輸巷道。為使出礦時污風不影響鑿巖工作，在鑿巖過程中打完全部炮孔，分次爆破，一次爆破2排炮孔，用微差導爆管分段爆破。全礦采用集中抽出式通風系統(tǒng)，其優(yōu)點是進排風比較集中，風流的調節(jié)和控制設備等都安排在回風巷道內，便于管理。主扇安裝在地表，維護管理更加方便。礦山主扇風機型號選用K8/No.19軸流式通風機，配用電動機型號為Y315S8，功率為55 kW。

2.3.3 礦石運搬

采用扒礦機出礦，設備型號為ZWY60/15T0，功率為15 kW。平底式底部結構中的礦石靠自重溜進裝運巷道中，扒礦機不進入空場，在裝運巷道盡頭裝礦，由扒礦機將礦石扒至上、下盤主運輸巷道后，再裝入地下礦用汽車中，礦用汽車型號為DKC12，功率為102 kW，容積為5.0 m3，最后礦石經溜井放出或運出平硐。根據計算，其扒礦機同時工作數量為1臺，備用1臺，總共2臺。回采工作面運行礦用汽車1輛，由溜井口運輸轉運到平硐口的礦用汽車1輛，備用的礦用汽車1輛，總共3輛。

2.3.4 采空區(qū)處理

礦石品質中等，原有礦柱不作為永久礦柱，在礦房回采完后，需要回采礦柱。由于礦山開采年限不短，采空區(qū)暴露面積較大，不宜采用空場法處理采空區(qū)。礦山規(guī)模不大，采用充填法處理采空區(qū)，充填成本高，工程量大，工藝流程復雜效率低。最終經比較，采用崩落圍巖處理采空區(qū)。在礦柱和礦房內的礦石均放完后，由于圍巖穩(wěn)固，必須強制崩落圍巖，采用YQ100型鉆機鑿水平深孔或垂直深孔，集中爆破，崩落上盤巖石，崩落的巖石應滿足緩沖保護墊層需要，一般不小于15 m。由于礦巖比較穩(wěn)固，可以對于一些局部部位采取單體局部支護。

3 應用效果

通過優(yōu)化和改進采礦方法，經礦山實踐，取得良好效果。分段鑿巖階段礦房法和露天轉地下聯(lián)合開采的主要技術經濟指標對比見表1。由表1可知，該采礦方法的技術經濟效益明顯。

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4 結論

（1）新方案杜絕了露天采礦環(huán)境污染和廢石占地面積大的問題，并減少了礦石損失和貧化。與原采礦方法相比，礦石貧化率降低5個百分點，礦石損失率降低4個百分點。

（2）通過改進采礦方法和優(yōu)化采場結構參數取得了較好的經濟成果，采礦成本每噸降低17.8%。

（3）地下開采過程中采用ZWY60/15T0型扒礦機聯(lián)合DKC12地下礦用汽車回采方式，生產能力由原來312.5 t/d提升到400 t/d。