邱洋洋，王元民，由松江，劉吉興，趙紫康，彭 康

(1.嵩縣山金礦業(yè)有限公司; 2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院)

引 言

嵩縣山金礦業(yè)有限公司(下稱“嵩縣山金”)位于河南省嵩縣南部大章鄉(xiāng)，隸屬于山東黃金集團(tuán)有限公司。礦區(qū)內(nèi)金礦體賦存于M1構(gòu)造蝕變帶中，礦石類型主要為蝕變巖類和蝕變構(gòu)造角礫巖類。由于構(gòu)造蝕變帶內(nèi)構(gòu)造滑動面極為發(fā)育，礦體和圍巖破碎，穩(wěn)定性較差。根據(jù)嵩縣山金資源核查地質(zhì)報告，M1-Ⅰ金礦體和M1-Ⅱ金礦體為礦區(qū)內(nèi)主要開采礦體，其中，M1-Ⅰ金礦體長度可達(dá)800 m，斜深可達(dá)880 m，礦體形態(tài)呈大脈狀，無明顯的分支復(fù)合現(xiàn)象，形態(tài)比較規(guī)則。

現(xiàn)階段嵩縣山金主要開采礦段為九仗溝礦區(qū)，其礦體傾向西北，傾角70°左右，礦體厚度變化較穩(wěn)定，水平厚度約8 m，屬于典型的急傾斜中厚礦體。目前，礦區(qū)針對此類礦體的開采方法仍然以淺孔留礦采礦法為主，但在實際生產(chǎn)過程中，淺孔留礦采礦法逐漸暴露出生產(chǎn)效率低，采礦損失貧化嚴(yán)重，作業(yè)安全性較差等嚴(yán)峻問題[1-3]。充填采礦法作為一種現(xiàn)代化采礦方案，不僅可以大幅提升作業(yè)面安全性，還具有靈活性大、采礦損失貧化小、能有效維護(hù)圍巖、防止地表塌陷等諸多優(yōu)點[4-7]。隨著充填采礦法工藝及設(shè)備日益成熟，在黃金等貴金屬礦石開采中應(yīng)用越來越廣泛[8-13]。基于此，嵩縣山金針對目前淺孔留礦采礦法所面臨的采礦難題，亟需開展更加適用于礦區(qū)內(nèi)急傾斜中厚礦體的采礦方案，以達(dá)到提升礦山整體經(jīng)濟(jì)效益的目的。

1 采礦方法選擇

1.1 選擇原則

1)生產(chǎn)安全。必須保證工人在開采各環(huán)節(jié)的作業(yè)安全，并且在安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，確保良好的通風(fēng)質(zhì)量和足夠的作業(yè)空間。

2)采礦強(qiáng)度和生產(chǎn)效率高。在保證生產(chǎn)安全的前提下，盡可能選擇單中段生產(chǎn)能力滿足礦區(qū)要求的采礦方法，避免多中段生產(chǎn)造成的管理復(fù)雜、中段之間風(fēng)流難以控制等問題。

3)采礦損失率和礦石貧化率低。采準(zhǔn)工程布置盡可能靈活性大，要求對礦體適應(yīng)性強(qiáng)，盡可能提高采礦回采率和入選礦石質(zhì)量，延長礦山服務(wù)年限。

4)經(jīng)濟(jì)效益好。綜合考慮采礦回采率與成本之間的關(guān)系，不拘泥于單位礦石開采成本，力求總效益最大化；要積極采用新工藝、新設(shè)備，但主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要留有靈活應(yīng)變的余地；要充分利用礦石中有用成分，盡可能提高伴生元素的回收率。

5)遵守相關(guān)法律、法規(guī)要求。采礦方法選擇必須遵守有關(guān)礦山安全、環(huán)境保護(hù)、礦產(chǎn)資源保護(hù)等方面的有關(guān)規(guī)定。

1.2 采礦方法比較

根據(jù)嵩縣山金九仗溝礦區(qū)內(nèi)急傾斜中厚礦體的開采技術(shù)特點，以及采礦方法的選擇原則，結(jié)合國內(nèi)外針對此類礦體的開采經(jīng)驗，預(yù)選出4種可行性高，適用于嵩縣山金開采技術(shù)特點的采礦方案，并且針對各類采礦方法的優(yōu)缺點進(jìn)行了詳細(xì)評述。

1)方案1：分段鑿巖階段出礦嗣后充填采礦法。該方案采礦方法見圖1，其采場布置簡單，僅需沿走向交替布置一步礦房和二步礦房，回采作業(yè)容易，管理難度小，工序簡單，工藝成熟，方便實現(xiàn)大型機(jī)械化作業(yè)，施工效率高，生產(chǎn)能力大，采礦直接成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，但是充填時需高強(qiáng)度充填體，尤其是回采一步礦房時，一定程度上增大了采礦綜合成本。但是減少了脈外采準(zhǔn)工程量，能更好地使采準(zhǔn)與回采工作的接續(xù)，可進(jìn)一步提高采礦效率。

圖1 分段鑿巖階段出礦嗣后充填采礦法標(biāo)準(zhǔn)方案示意圖

2)方案2：脈外斜坡道上向進(jìn)路充填采礦法。該方案采礦方法見圖2，其適用于礦巖中等穩(wěn)固至不穩(wěn)固、礦石品位高、經(jīng)濟(jì)價值大的礦體。礦體厚度從薄到極厚、傾角從緩傾斜到急傾斜均可采用。進(jìn)路法開采的頂板跨度小，回采作業(yè)安全性高。進(jìn)路充填和分層充填的工藝基本相同，實際上就是將分層劃分為多條進(jìn)路進(jìn)行回采?；夭蓵r，采礦回采率高、礦石貧化率低，但回采充填作業(yè)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，并且要求進(jìn)路充填接頂。采用高效的鑿巖臺車和鏟運(yùn)機(jī)出礦可一定程度上提高采場綜合生產(chǎn)能力。使用脈外無軌采準(zhǔn)系統(tǒng)后，對于薄及中厚以下礦體，由于每分層都需要掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)巷道和分層巷道，采準(zhǔn)工程量較大。此外，進(jìn)路法的一個顯著缺點是：由于進(jìn)路法類似于獨(dú)頭巷道掘進(jìn)，通風(fēng)效果較差。

圖2 脈外斜坡道上向進(jìn)路充填采礦法標(biāo)準(zhǔn)方案示意圖

3)方案3：分區(qū)開采上向水平分層充填采礦法。該方案采礦方法見圖3，其適用于圍巖中等穩(wěn)固或不穩(wěn)固、礦石品位高、經(jīng)濟(jì)價值大的礦體。礦體厚度從薄到極厚、傾角從緩傾斜到急傾斜均可采用。該方法突出優(yōu)點是采礦損失貧化低，而且應(yīng)用大功率無軌自行設(shè)備后，已屬于一種高效率的采礦方法，適用范圍廣，適應(yīng)能力強(qiáng)。該方法的顯著缺點為通風(fēng)效果差，原因是每層掘進(jìn)的采場聯(lián)絡(luò)巷需從脈外人行設(shè)備天井獨(dú)頭掘進(jìn)至礦體，從而在巷道施工時通風(fēng)效果較差。

圖3 分區(qū)開采上向水平分層充填采礦法標(biāo)準(zhǔn)方案示意圖

4)方案4：脈外天井雙采聯(lián)上向水平分層充填采礦法。該方案采礦方法見圖4，其適用于礦巖中等穩(wěn)固至不穩(wěn)固、礦石品位高、經(jīng)濟(jì)價值大的礦體。礦體厚度從中厚到極厚、傾角從緩傾斜到急傾斜均可采用。該方法突出優(yōu)點是采礦損失貧化低，適用范圍廣，采場服務(wù)范圍大，適應(yīng)能力強(qiáng)，采用鏟運(yùn)機(jī)出礦增加了采場生產(chǎn)能力，提高了采場的機(jī)械化水平，但也具有通風(fēng)效果差的缺點。

圖4 脈外天井雙采聯(lián)上向水平分層充填采礦法標(biāo)準(zhǔn)方案示意圖

綜上所述，4種采礦方法各有優(yōu)缺點，其優(yōu)缺點對比見表1。

表1 各采礦方案優(yōu)缺點對比

1.3 采礦方法確定

應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)法和未確知測度理論對嵩縣山金九仗溝礦區(qū)急傾斜中厚礦體的初選方案進(jìn)行了優(yōu)選，根據(jù)未確知測度模型評價結(jié)果的優(yōu)越性，方案4為最佳開采方案。脈外天井雙采聯(lián)上向水平分層充填采礦法生產(chǎn)效率高，采礦損失貧化低，施工效率高，生產(chǎn)能力大，采礦直接成本低，經(jīng)濟(jì)效果好，作業(yè)安全，能夠滿足急傾斜中厚礦體開采強(qiáng)度和安全要求，即選定脈外天井雙采聯(lián)上向水平分層充填采礦法作為嵩縣山金九仗溝礦區(qū)急傾斜中厚礦體的最優(yōu)采礦方案。

2 脈外天井雙采聯(lián)上向水平分層充填采礦法

2.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

沿走向布置礦房，礦房長為100 m，寬為礦體厚度，階段高度為40 m，頂柱3～5 m，不設(shè)間柱連續(xù)回采，待礦房開采充填后再采用進(jìn)路法回采頂柱。

2.2 采準(zhǔn)切割工程布置

采場采用下盤脈外分段平巷分段出礦和溜井集中出礦的脈外無軌采準(zhǔn)方式。平行礦體下盤邊界布置分段運(yùn)輸平巷，各分段運(yùn)輸平巷通過聯(lián)絡(luò)道與主斜坡道相通。采場分層聯(lián)絡(luò)道將分段運(yùn)輸平巷與采場相連，溜井聯(lián)絡(luò)巷與中段集中出礦溜井相連，從而構(gòu)成采場下盤脈外無軌采準(zhǔn)系統(tǒng)。

從圖4可以看出，采場下部不留礦石底柱，直接從中段底板開始回采，回采后在底板上構(gòu)筑鋼筋混凝土假底，上部留3～5 m的頂柱，待中段回采結(jié)束后統(tǒng)一回采。采準(zhǔn)工程主要包括溜井聯(lián)絡(luò)道、溜井及采場聯(lián)巷等。采準(zhǔn)切割工程量見表2。

表2 采準(zhǔn)切割工程量統(tǒng)計結(jié)果

2.3 回采工藝

1)回采順序?；夭蓵r自下而上分層回采，沿走向從一側(cè)向另一側(cè)回采。每分層回采結(jié)束后進(jìn)行充填，并為下一分層預(yù)留1.5～2.0 m的控頂距。待整個中段回采結(jié)束后視情況通過上向進(jìn)路法回收頂柱。

2)采場鑿巖爆破。采場鑿巖時選擇氣腿式鑿巖機(jī)進(jìn)行鑿巖。采場爆破時要嚴(yán)格控制采場形狀，盡量使用光面爆破控制采場邊界，提高頂板及兩幫的穩(wěn)定性。采用乳化炸藥，人工裝藥。藥卷直徑一般采用32 mm，周邊孔設(shè)計采用小直徑藥卷，長度均為200 mm。起爆采用非電微差導(dǎo)爆管起爆，各段雷管的起爆時間間隔50 ms。

3)采場通風(fēng)。通風(fēng)方式與獨(dú)頭掘進(jìn)巷道相近，通風(fēng)時需使用局扇加強(qiáng)通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由斜坡道進(jìn)入中段或分段平巷，再從中段或分段平巷通過分層聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場，采用局扇通風(fēng)，清洗工作面的污風(fēng)通過風(fēng)機(jī)抽排到中段運(yùn)輸巷道，進(jìn)入回風(fēng)井，排出地表。

4)采場支護(hù)。爆破通風(fēng)后需要進(jìn)行浮石檢查和撬毛作業(yè)。檢撬作業(yè)從采場口開始，由外向里，最后進(jìn)行工作面的檢撬、撬毛，撬毛工作結(jié)束后才可進(jìn)入采場檢查頂?shù)装灏踩闆r及落礦情況，并進(jìn)行采場支護(hù)。采場支護(hù)以管縫式錨桿為主。支護(hù)網(wǎng)度視采場穩(wěn)定性而定，采場穩(wěn)定時可適當(dāng)增加錨桿網(wǎng)度。

5)采場出礦。礦房內(nèi)的礦石由采場內(nèi)的鏟運(yùn)機(jī)經(jīng)各分層內(nèi)的采場聯(lián)巷運(yùn)搬至脈外溜井中，由振動放礦機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至礦車上，再經(jīng)過礦車運(yùn)輸至各中段溜井口，將其倒入主溜井，統(tǒng)一提升至地表。

6)采場充填。充填工作主要是采場充填擋墻的搭建及濾水，充填擋墻的強(qiáng)度要滿足采場充填的要求，確保充填質(zhì)量，充填結(jié)束后至少養(yǎng)護(hù)3 d后方可回收板墻，安排下一分層進(jìn)行回采。

充填作業(yè)中充填管路經(jīng)各分層采場聯(lián)巷進(jìn)入采場進(jìn)行充填，充填時為降低充填成本可先將一部分廢石回填至采場，然后再進(jìn)行膠結(jié)充填(各分層充填體的頂層0.5 m均采用C30混凝土進(jìn)行充填)。

3 工業(yè)試驗及經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)礦山討論決定，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，最終選定嵩縣山金九仗溝礦區(qū)15中段4150529采場作為急傾斜中厚破碎礦體的試驗采場，工業(yè)試驗共采出礦石量23 750 t，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。試驗采場不同采礦方法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表3。

表3 試驗采場不同采礦方法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

經(jīng)分析統(tǒng)計，試驗采場產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益主要來自3方面：一是采場生產(chǎn)能力提高帶來的經(jīng)濟(jì)效益；二是開采成本降低帶來的經(jīng)濟(jì)效益；三是采礦貧化損失降低帶來的經(jīng)濟(jì)效益。其中，因采場生產(chǎn)能力提高帶來的經(jīng)濟(jì)效益為44.27萬元，因降低礦石貧化率創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益為61.05萬元，因降低采礦損失率創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益為56.30萬元，對比早期的淺孔留礦采礦法，采用脈外天井雙采聯(lián)上向水平分層充填采礦法經(jīng)濟(jì)效益能增加68.05元/t。

4 結(jié) 語

嵩縣山金九仗溝礦區(qū)礦體和圍巖條件較差，經(jīng)過詳細(xì)分析該區(qū)地質(zhì)和開采技術(shù)條件，結(jié)合類似礦山開采經(jīng)驗，通過多種采礦方案優(yōu)缺點的對比分析，確定了脈外天井雙采聯(lián)上向水平分層充填采礦法作為該礦山急傾斜中厚礦體的最佳開采方案。該方案在嵩縣山金九仗溝礦區(qū)15中段4150529試驗采場1年內(nèi)共采出礦石量23 750 t，相較于礦山早期淺孔留礦采礦法，經(jīng)濟(jì)效益增加了68.05元/t，效果十分顯著。該采礦方案可對類似急傾斜中厚礦體安全、高效、低貧損開采提供一定的參考。