賴 偉，郭勤強(qiáng)，柳小勝，劉婉瑩

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，長(zhǎng)沙 410012；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 洛陽(yáng) 471023；3.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，長(zhǎng)沙 410012)

1 工程概況

某金礦床屬破碎帶蝕變巖型金礦，礦體產(chǎn)出嚴(yán)格受構(gòu)造控制，礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙內(nèi)高嶺土、方解石充填，近上盤礦巖蝕變加強(qiáng)，更為破碎松軟，礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。礦體局部有分支復(fù)合現(xiàn)象，在主礦體上盤有小型次生礦脈。礦體厚度為2～10 m，礦體傾角約20°，礦體品位約2.63 g/t。

礦山原采用淺孔留礦法和底盤階梯式漏斗留礦采礦法，由于礦體不穩(wěn)固，采場(chǎng)拉底擴(kuò)漏后，上采一部分后，采場(chǎng)剩余部分未采動(dòng)礦體自然崩落，但是礦體上盤圍巖也不穩(wěn)固，冒落無(wú)法控制，導(dǎo)致采礦貧化率和損失率均特別大，出礦品位≤1.5 g/t，并且安全問(wèn)題突出。

因此，礦山進(jìn)行了采礦方法優(yōu)化研究，通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外類似礦山采礦方法[1-8]，經(jīng)過(guò)技術(shù)方案制定和比選，確定采用上向進(jìn)路充填采礦法，通過(guò)開(kāi)展工業(yè)試驗(yàn)研究驗(yàn)證，該方法適應(yīng)礦山開(kāi)采技術(shù)條件。

2 上向進(jìn)路充填采礦法工業(yè)試驗(yàn)

2.1 礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)

礦塊工程布置見(jiàn)圖1，礦塊沿礦體走向布置，礦塊長(zhǎng)度為40 m，寬度為礦體厚度，中段高度40 m，采場(chǎng)之間不留間柱和底柱。當(dāng)?shù)V塊處于空?qǐng)龇ㄞD(zhuǎn)充填法過(guò)渡中段，留4～6 m頂柱，在下部進(jìn)路全部回采完成后，和上分段的底柱一起回收，采用小分段窄間距分段崩落法回采；當(dāng)?shù)V塊處于充填法中段之下時(shí)，留4～6 m頂柱，上部中段自下的第一、二分層回采時(shí)構(gòu)筑人工假底，頂柱在假頂保護(hù)下回采，所留頂柱分為兩個(gè)分層回采，采用上向窄進(jìn)路充填法回采。

圖1 采場(chǎng)工程布置Fig.1 Engineering layout of test stope

分段高度10 m；分層高度3～4 m；進(jìn)路寬度3～4 m，具體參數(shù)根據(jù)礦巖條件調(diào)整。

由于礦體直接頂板極不穩(wěn)固，當(dāng)?shù)V體水平厚度≥15 m時(shí)，為縮小單次揭露上盤圍巖面積，降低支護(hù)難度，提高回采安全性，垂直礦體走向布置進(jìn)路，進(jìn)路長(zhǎng)度為礦體厚度；當(dāng)?shù)V體水平厚度<15 m時(shí)，進(jìn)路沿走向布置。第1分段進(jìn)路沿走向布置，第2～4分段進(jìn)路垂直走向布置。

2.2 采準(zhǔn)切割工程布置

主要工程有：斜坡道、分段平巷、分層聯(lián)絡(luò)道、溜礦井及聯(lián)絡(luò)道、充填回風(fēng)井及聯(lián)絡(luò)道、分層切割巷。除分層切割巷外，其余工程均布置于礦體下盤，通過(guò)斜坡道聯(lián)絡(luò)分段巷道，再通過(guò)分層聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入礦體。

2.3 回采工藝

中段和分段自下而上回采，分層內(nèi)進(jìn)路采用隔一采一的兩步驟回采方式。如圖2所示，根據(jù)礦體穩(wěn)固性、進(jìn)路斷面大小以及緩傾斜礦體特性采用不同的回采方式。

圖2 回采工藝圖Fig.2 Diagram of mining technology

1)類巷道掘進(jìn)式回采工藝

當(dāng)?shù)V體穩(wěn)固性較差時(shí)，進(jìn)路回采采用類巷道掘進(jìn)回采工藝，全斷面一次回采。

鑿巖：采用淺孔落礦方式，鑿巖采用7655型鑿巖機(jī)，鉆鑿水平孔，炮孔深度2.2 m，炮孔直徑40 mm。進(jìn)路回采與巷道掘進(jìn)鑿巖方式類似，采用螺旋形掏槽，掏槽區(qū)布置兩個(gè)空眼，空眼超深200 mm，掏槽眼間距100～250 mm，輔助眼間距400～600 mm，周邊眼間距600～700 mm，炮眼眼底要求落在同一深度的平面上。為了減少超采和頂板支護(hù)工作量，進(jìn)路頂板和兩側(cè)采用光面爆破。

采用人工裝填乳化炸藥，拉槽區(qū)炮孔裝藥系數(shù)0.7～0.8，輔助眼裝藥系數(shù)0.6～0.7，周邊眼裝藥系數(shù)0.4～0.6。為了提高拉槽爆破質(zhì)量，在拉槽空眼底裝一條排渣藥，在拉槽眼爆破之后起爆。起爆采用數(shù)碼電子雷管，采用毫秒微差間隔，拉槽區(qū)先爆，輔助眼后爆，周邊眼最后爆破。

2)二步驟進(jìn)路分層交叉接頂壓頂回采工藝

當(dāng)?shù)V體穩(wěn)固性較好時(shí)，為提高回采效率和降低采礦成本，分層二步驟進(jìn)路在即將轉(zhuǎn)層時(shí)，充填不接頂，二步驟進(jìn)路預(yù)留0.5 m左右高的空區(qū)作為上一分層礦體爆破的自由面和補(bǔ)償空間。轉(zhuǎn)至上一分層后，立即進(jìn)行下分層二步驟進(jìn)路對(duì)應(yīng)的上分層進(jìn)路回采，回采采用壓頂爆破方式，回采完成后接頂充填。具體見(jiàn)長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司授權(quán)專利[9](授權(quán)號(hào)：ZL201110244788.7)。

3)先期導(dǎo)硐后期擴(kuò)壓回采工藝

當(dāng)進(jìn)路斷面大時(shí)，為了縮短最終頂板的暴露時(shí)間并降低爆破對(duì)頂板的損傷，先回采一個(gè)進(jìn)路全長(zhǎng)的小斷面進(jìn)路，斷面大小以巷道能自穩(wěn)、不支護(hù)為佳，然后再擴(kuò)幫壓頂至最終進(jìn)路斷面。先期導(dǎo)硐斷面2 m×2 m至2.5 m×2.5 m，終期斷面3 m×3 m至4 m×4 m。

4)進(jìn)路近上盤楔體礦回采工藝

由于礦體傾角緩，為降低貧化率，下層進(jìn)路回采時(shí)，壓頂回采上層進(jìn)路靠上盤的尖角，以高度≤5 m為限，壓頂高度≯2 m，壓頂采取后退式回采，步距2～4 m，采取強(qiáng)采強(qiáng)出強(qiáng)充的組織方式。

2.4 采場(chǎng)通風(fēng)

爆破作業(yè)后，先進(jìn)行通風(fēng)，等待時(shí)間≥30 min，在檢查確認(rèn)井下空氣質(zhì)量合格后，方準(zhǔn)作業(yè)人員進(jìn)入爆破作業(yè)地點(diǎn)。新鮮風(fēng)流通過(guò)分段平巷至分層聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入分層進(jìn)路，污風(fēng)通過(guò)充填回風(fēng)井從上分段的分段平巷返回至礦山回風(fēng)井。進(jìn)路回采屬于盲巷通風(fēng)，采用壓抽混合式通風(fēng)。

2.5 采場(chǎng)頂板管理與支護(hù)

排險(xiǎn)工進(jìn)入作業(yè)地點(diǎn)后，應(yīng)由外而內(nèi)進(jìn)行采場(chǎng)排險(xiǎn)；撬掉采場(chǎng)兩幫松石；大塊浮石如人工無(wú)法撬下，則采取爆破強(qiáng)制崩落。采場(chǎng)支護(hù)和頂板管理應(yīng)隨回采工作的推進(jìn)及時(shí)進(jìn)行，在采場(chǎng)回采的過(guò)程中，以噴漿和錨網(wǎng)支護(hù)為主要支護(hù)方式，特殊地段輔以支柱、支架、錨網(wǎng)噴聯(lián)合等支護(hù)方式。

2.6 采場(chǎng)出礦

采用1 m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦，鏟運(yùn)機(jī)搬運(yùn)礦石至溜礦井。

2.7 進(jìn)路充填

1)充填體強(qiáng)度結(jié)構(gòu)

一期進(jìn)路充填體的單軸抗壓強(qiáng)度要求≥1.0 MPa；二期進(jìn)路充填體的單軸抗壓強(qiáng)度要求≥0.6～0.8 MPa(能凝固)；為滿足上分層作業(yè)要求，提高充填接頂率，保證接頂效果，充填接頂時(shí)采用高強(qiáng)度充填體，頂部高強(qiáng)度充填高度0.5 m，進(jìn)路下層充填和接頂充填應(yīng)分次進(jìn)行，充填體的單軸抗壓強(qiáng)度要求≥1.5 MPa。

2)充填管道架設(shè)

進(jìn)路出礦結(jié)束、經(jīng)測(cè)量及驗(yàn)收合格后，架設(shè)充填用管道，DN125的PVC充填料漿輸送管1根，DN25的PVC排氣管1根(兼做接頂指示管)，DN25進(jìn)路充填料漿料位指示管1根，其中排氣管架設(shè)于進(jìn)路最高點(diǎn)，充填管架設(shè)于下部，保證排氣管高于充填管10 cm，指示管位于進(jìn)路分層充填結(jié)束和接頂充填開(kāi)始位置高度[10]。

3)充填擋墻構(gòu)筑

材料包括鋼管立柱和橫撐，Φ10 mm直徑圓鋼焊接的網(wǎng)度10 cm×10 cm鋼筋網(wǎng)片與300 g/m2土工布，16#鋼絲，雜木板及木楔。充填擋墻砌筑在采場(chǎng)進(jìn)路口，既要確保分層巷道的跨度不增加太大，又要確保擋墻的立柱固定在穩(wěn)固區(qū)域。位置確定后，先架設(shè)立柱和橫撐管架，間距500 mm；然后將鋼筋網(wǎng)片固定于管架上，網(wǎng)片布滿整個(gè)擋墻斷面；最后鋪設(shè)土工布，采用木楔將土工布固定于進(jìn)路幫壁，以防充填料漿泌水軟化擋墻周邊巖石，導(dǎo)致充填料漿泄露，土工布向進(jìn)路擋墻內(nèi)側(cè)鋪設(shè)的長(zhǎng)度要求≥1 m。擋墻砌筑完畢后，附近采場(chǎng)爆破作業(yè)時(shí)應(yīng)做好防護(hù)工作，以避免爆破沖擊波破壞擋墻。

4)充填

因進(jìn)路斷面相對(duì)較小，單進(jìn)路單次充填量較少，采用多條進(jìn)路交替充填的方式，延長(zhǎng)充填站單次作業(yè)時(shí)間。一次充填高度控制在1.0～1.5 m，待充填體凝固后方可繼續(xù)充填，以防充填擋墻受力過(guò)大。進(jìn)路接頂部分充填獨(dú)立進(jìn)行，宜在充填開(kāi)始時(shí)或中間進(jìn)行，嚴(yán)禁在充填結(jié)束時(shí)進(jìn)行。

3 工業(yè)試驗(yàn)效果

在礦山2-4線礦塊進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，礦塊礦量約20萬(wàn)t，地質(zhì)品位2.65 g/t。

進(jìn)路式充填采礦法能夠控制頂板暴露跨度和暴露時(shí)間，采取的二期進(jìn)路分層交叉接頂壓頂回采工藝和先期導(dǎo)硐后期擴(kuò)壓回采工藝，回采后采空區(qū)如圖3所示。有效地降低了爆破對(duì)進(jìn)路頂部巖體的損傷，進(jìn)路最終頂板暴露時(shí)間大幅縮短，降低了支護(hù)難度，提高了進(jìn)路回采安全性。采用壓頂回采工藝，大幅提高了回采落礦效率，其中部分進(jìn)路還試驗(yàn)了一次全長(zhǎng)挑頂作業(yè)方式，效率較壓頂方式更高，但是進(jìn)路終期頂板穩(wěn)定性控制效果差，穩(wěn)固性差的礦體不宜采用。

圖3 采空區(qū)Fig.3 Mining goaf

二步驟進(jìn)路回采時(shí)，周邊孔距離一步驟進(jìn)路充填體的孔距≥0.5 m時(shí)，崩落礦石大塊少，充填體側(cè)幫規(guī)整，基本不片落(圖4)，控制了因充填體爆破損傷混入造成的礦石貧化。

圖4 充填體側(cè)幫Fig.4 Side wall of backfill

土工布鋼骨架式柔性透水擋墻(圖5)，構(gòu)筑效率3工班/座，能夠耐受一次3 m高度充填料漿的壓力作用。充填過(guò)程中宜分段充填，并嚴(yán)密觀測(cè)擋墻的受力情況。在充填料漿終凝后，擋墻構(gòu)筑材料可全部回收利用。

圖5 充填擋墻Fig.5 Backfill retaining wall

根據(jù)已回采進(jìn)路統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：采掘比7.68 m/kt、40.64 m3/kt，進(jìn)路生產(chǎn)能力105 t/d，炸藥單耗0.30 kg/t，雷管單耗0.27發(fā)/t，采礦貧化率≤4.3%，采礦損失率≤3.7%，提高出礦品位近1 g/t，降低損失率30%以上。

4 結(jié)論

礦山從空?qǐng)龇▋?yōu)化為上向進(jìn)路充填采礦法，通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證，能夠適應(yīng)礦體形態(tài)多變和礦巖不穩(wěn)固等開(kāi)采技術(shù)條件。

相比原淺孔留礦法和底盤階梯式漏斗留礦法，上向進(jìn)路充填采礦法可大幅度降低礦石損失率和貧化率，提高資源綜合利用率，有效延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限，提高礦山綜合經(jīng)濟(jì)效益。