方明星，胡 林，曾桂華

（1.湖南新龍礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 邵陽422927；2.湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 岳陽414507；3.湖南黃金天岳礦業(yè)有限公司，湖南 岳陽414507）

華家灣金礦位于湖南省平江縣，位居揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)南緣，江南地軸中部，處于揚(yáng)子板塊與華南板塊的會(huì)聚碰撞帶上。礦區(qū)范圍共有較大礦脈帶13條，目前主要開采1、3、202、301號(hào)脈，礦石類型為含金蝕變破碎板巖型、含金石英脈型。公司設(shè)計(jì)年產(chǎn)礦石量48萬t，設(shè)計(jì)采礦回收率為85%，入選品位大于等于2.0g／t，選廠日處理能力1200t。目前井下開拓方式為平硐加斜井，使用的采礦方法是上向水平分層干式充填采礦法。雖然其采礦工藝相對(duì)比較成熟，沿用時(shí)間較長，該采礦法一次崩落礦石量小，且搬運(yùn)過程受采場(chǎng)空間限制，運(yùn)輸設(shè)備僅靠人工或小型機(jī)械設(shè)備，生產(chǎn)效率和能力都比較低，作業(yè)強(qiáng)度較大。

為解決這些問題，開展了采礦方法優(yōu)化研究，在－350中段71線將原采礦方法變更為機(jī)械化預(yù)控頂上向雙層嗣后充填采礦方法［1］，盡可能提高采場(chǎng)生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)單個(gè)切巷多個(gè)礦面開采，從而達(dá)到提產(chǎn)提效、縮短回采周期、降低勞動(dòng)強(qiáng)度等目的。

1 開采技術(shù)條件

華家灣金礦主采礦脈為3＃礦，脈帶的主要含金破碎帶，全長3300m，分布穩(wěn)定，東西走向，礦體南傾，傾角從西至東有變化，西段為50°～63°，中段為38°～52°，東段為59°～72°。破碎帶厚度0～44m，普遍有含金石英脈及網(wǎng)脈含金石英脈充填，形成由破碎板巖夾網(wǎng)狀含金石英脈所組成的礦脈帶。礦脈帶形態(tài)、地表多呈單一的脈狀，向深部可見分叉、復(fù)合現(xiàn)象。礦脈帶與圍巖界線清楚，沿?cái)鄬禹數(shù)装逡话阌泻?～10cm的斷層泥。

該礦井下采礦方法為上向水平分層干式充填采礦法，手持風(fēng)鉆搭配小型輪式耙砂機(jī)，進(jìn)行小規(guī)模開采。因發(fā)展及配合井下機(jī)械化開采研究，完成了井下尾砂充填系統(tǒng)建設(shè)，引進(jìn)了鑿巖臺(tái)車、鏟運(yùn)機(jī)、側(cè)卸式箕斗等設(shè)備，進(jìn)行機(jī)械化采掘等各項(xiàng)試驗(yàn)工作。

2 開采現(xiàn)狀

華家灣金礦采用兩翼對(duì)角式平硐加盲斜井開拓系統(tǒng)，以＋180m平硐為主開拓運(yùn)輸平巷，＋180m中段以上采用平硐開拓，＋180m中段以下采用盲斜井開拓，中段高度為40m，現(xiàn)有1＃～9＃九條斜井，控制最深標(biāo)高為－470m。

目前正在開采中段從－20中段至－430中段，各中段礦石通過電機(jī)車運(yùn)輸至集中溜井，通過6＃斜井和3?；肪?，集中提升至＋180m卸載點(diǎn)，再經(jīng)＋180m運(yùn)輸平巷運(yùn)至地面礦倉，進(jìn)入選廠。

3 采礦方法優(yōu)化

根據(jù)礦體中等穩(wěn)固、上盤圍巖不穩(wěn)固、下盤圍巖穩(wěn)固，傾角55°～70°，厚度達(dá)1.6～4.0m的開采技術(shù)條件，結(jié)合井下條件，在－350中段71線試驗(yàn)高效機(jī)械化－預(yù)控頂上向雙層嗣后充填采礦方法。

3.1 機(jī)械化設(shè)備選型

通過對(duì)采礦設(shè)備的研究，確定了鑿巖設(shè)備為DF10B－1BD單臂履帶式液壓鑿巖鉆車，適用斷面≥2.5m×2.5m，鑿孔直徑35～54mm，釬桿長3m，孔深2.7m。出砂設(shè)備為YJD－1型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)，斗容1m3，額定載重量2t，卸載高度1050mm，鏟斗最大舉升高度3250mm，最小轉(zhuǎn)彎半徑4260mm。

3.2 采礦方法設(shè)計(jì)

高效機(jī)械化－預(yù)控頂上向雙層嗣后充填采礦方法在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，單個(gè)進(jìn)路式沿脈可分上、下兩層同時(shí)進(jìn)行回采，在上層進(jìn)路式沿脈巷道，利用錨網(wǎng)索支護(hù)將巷道頂部礦體和圍巖進(jìn)行錨固控制后，下層可同時(shí)跟進(jìn)回采［2］。具體如圖1所示。

圖1 采礦方法示意圖

3.2.1 礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)

該礦－350中段礦體下盤較穩(wěn)固，礦脈和上盤圍巖較破碎，穩(wěn)固性較差，礦脈節(jié)理發(fā)育，礦體走向長度約100m，平均品位4.5g／t，中段控制標(biāo)高為－350～－310m，礦脈平均厚度4m，中間存在有夾石，礦體傾角55°～65°。

3.2.2 采準(zhǔn)切割工程

1.采準(zhǔn)。－350中段71線穿脈東西兩邊50m劃分1個(gè)采場(chǎng)，采場(chǎng)長度100m。從穿脈掘進(jìn)坡道為30°的斜坡道至第三層沿脈標(biāo)高，掘進(jìn)采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道至礦體。距沿脈10m的穿脈處掘進(jìn)一條放礦溜井至采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道，形成設(shè)備、行人和放礦通道。從采場(chǎng)沿脈50m處掘進(jìn)充填和通風(fēng)上山連通上中段。

2.切割和預(yù)控頂。預(yù)先掘進(jìn)上層沿脈切割10 m左右，沿進(jìn)路式對(duì)巷道頂棚進(jìn)行支護(hù)，下層沿脈切割進(jìn)行回采，單邊進(jìn)路形成兩個(gè)礦面。上一層沿脈進(jìn)行掘進(jìn)或放頂時(shí)，支護(hù)工站在礦堆平臺(tái)上，對(duì)頂部進(jìn)行錨索錨網(wǎng)支護(hù)，預(yù)先控制頂板確保頂棚圍巖穩(wěn)固［3］。采準(zhǔn)切割工程量見表1，采切比10.4m／kt。

表1 采準(zhǔn)切割工程量

3.2.3 回采工藝

1.回采。礦塊從拉底層開始向上分雙層回采、分層充填，經(jīng)爆破、出砂、支護(hù)后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)班次作業(yè)，當(dāng)完成雙層進(jìn)路式回采后，進(jìn)行充填后，待充填完成后向上起層。同時(shí)期間相應(yīng)的采準(zhǔn)工程須同時(shí)跟進(jìn)，確保采場(chǎng)后續(xù)可連續(xù)不間斷的回采。

2.鑿巖與爆破。采用DF10B－1BD單臂履帶式液壓鑿巖鉆車進(jìn)行鑿孔，上層沿脈無自由面須布置掏槽眼、輔助眼、周邊眼；下層沿脈已形成自由面，只需根據(jù)巖層情況，成矩形均勻布孔，孔距保持在0.8～1.2m左右。鑿巖臺(tái)車鑿孔直徑35～54mm，釬桿長度可使用2.5m或3.0m釬桿，炮孔平行布置，單班可完成上下兩層雙面爆破作業(yè)。

3.落礦。采用淺孔落礦，在完成鑿眼后，用乳化炸藥和電子雷管進(jìn)行起爆完成落礦，落礦高度在2.5～2.8m，單層落礦量在45t左右，雙層落礦在90 t，按東西走向兩個(gè)進(jìn)路，可形成180t／d生產(chǎn)能力。

4.出礦。出礦設(shè)備為YJD－1型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)，鏟斗容積為1m3，從采場(chǎng)鏟礦后，通過采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道將礦石放入溜井，出礦先出上層沿脈，再出下層沿脈。

5.支護(hù)。待出礦完后，將對(duì)上層沿脈巷道進(jìn)行支護(hù)，為確?？仨斝Ч?，支護(hù)方式為全斷面錨索錨網(wǎng)支護(hù)。支護(hù)用材采用：左旋直螺紋錨桿Φ18mm／1800mm；錨網(wǎng)Φ6mm／1200mm／4000mm；SKP18－1／720礦用錨索，直徑為18mm，長度為5m，抗拉強(qiáng)度1720MPa；及K2360快速樹脂錨固劑。錨桿排距間距控制在0.8～1.2m，錨桿外露不超過10cm，單個(gè)錨桿孔樹脂用量為一卷［4］；錨索支護(hù)排距間距為3.0 m×3.0m，外露不超過20cm，單個(gè)錨索眼填裝樹脂用量為兩卷。若局部巖層過于破碎，出現(xiàn)來壓較大，則對(duì)局部視情況增加支護(hù)強(qiáng)度。

3.2.4 充填工藝

待采場(chǎng)完成雙層沿脈回采后，對(duì)整個(gè)采空區(qū)進(jìn)行充填。充填工藝使用尾砂膏體充填，充填站位置位于華家灣金礦3＃井地面工業(yè)廣場(chǎng)，地面標(biāo)高為215 m，充填能力為80m3／h。

根據(jù)充填采空區(qū)不同強(qiáng)度要求，調(diào)整灰砂比，通過泵送加壓經(jīng)管道輸送至采空區(qū)進(jìn)行充填作業(yè)［5］。充填回采采空區(qū)時(shí)，強(qiáng)度要求在1MPa左右。為最大限度降低充填成本，與某高校進(jìn)行校企合作，對(duì)充填膠凝材料進(jìn)行了研究，采用了膠固粉為主要膠凝材料，添加劑C作為輔助外加劑。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際充填情況，灰砂比選擇在1∶14，充填完凝固3d后膏體抗壓強(qiáng)度可接近1MPa，即可滿足要求，不同灰砂比的尾砂充填體強(qiáng)度見表2。

表2 不同灰砂比對(duì)應(yīng)的尾砂充填體抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)

進(jìn)行尾砂膏體充填前，與待充區(qū)直接相連的聯(lián)絡(luò)道必須砌筑擋墻。擋墻采用空心磚砌筑，擋墻厚度約80cm（若采用紅磚擋墻砌筑時(shí)，厚約60cm）。擋墻表面用C20砼噴砼支護(hù)（支護(hù)厚度為d＝50 mm），擋墻砌筑須堅(jiān)固可靠，噴砼須嚴(yán)實(shí)，要求無縫隙，要求對(duì)擋墻周圍1m范圍處噴砼以防漏水、漏漿。擋墻上另設(shè)2～3個(gè)用濾布包裹的Φ100mm舊鋼管，用于初期充填時(shí)擋墻輔助脫水［6］。

3.2.5 通風(fēng)管理

采場(chǎng)通風(fēng)回路為新鮮風(fēng)經(jīng)－350中段底板平巷、穿脈、設(shè)備斜坡道進(jìn)入采場(chǎng)，污風(fēng)經(jīng)采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道、充填通風(fēng)上山回流至－310中段，并進(jìn)入回風(fēng)井排至地面。采場(chǎng)回采面為局部機(jī)械通風(fēng)，使用的通風(fēng)設(shè)備為對(duì)旋式雙軸流式風(fēng)機(jī)作為壓入式風(fēng)機(jī)，搭配Φ300 mm風(fēng)筒布，雙電機(jī)（單電機(jī)功率7.5kW），抽出式風(fēng)機(jī)為5.5kW 軸流式風(fēng)機(jī)。

4 試驗(yàn)推廣效果

4.1 鑿巖機(jī)與鑿巖臺(tái)車技術(shù)指標(biāo)比較

YT28型鑿巖機(jī)等采掘工具效率低，本次采礦方法選擇了DF10B－1BD單臂履帶式液壓鑿巖鉆車和YJD－1型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)。效率對(duì)比見表3。該鑿巖臺(tái)車與YT28型鑿巖機(jī)相比，鑿孔速度提高了2.28倍、單班進(jìn)尺提高了25%，出礦量增加了40%。

表3 鑿巖臺(tái)車與鑿巖機(jī)效率對(duì)比

4.2 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

單個(gè)采場(chǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表4，從表4可知，機(jī)械化－預(yù)控頂上向雙層嗣后充填采礦法和上向水平分層干式充填采礦方法在經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了比較。在采切比和貧化率兩項(xiàng)指標(biāo)比傳統(tǒng)采礦方法略高，但采場(chǎng)日度和月度生產(chǎn)能力提高200%，工班效率提高280%，同時(shí)貧化率和損失率相接近，火工產(chǎn)品消耗相當(dāng)。

表4 單個(gè)采場(chǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

同時(shí)，機(jī)械化－預(yù)控頂上向雙層嗣后充填采礦法與傳統(tǒng)上向水平分層干式充填采礦法相比，具有以下特點(diǎn)：（1）采場(chǎng)日生產(chǎn)能力和月生產(chǎn)能力分別提高272%和300%，工班效率提高273%；（2）火工產(chǎn)品噸礦消耗量基本接近；（3）損失率相同，但是貧化率增大了4%；（4）使用尾砂膠結(jié)充填，縮短了充填周期，降低了人工充填勞動(dòng)強(qiáng)度；（5）由于機(jī)械化設(shè)備有頂棚護(hù)頂，人員在作業(yè)區(qū)提高了本質(zhì)安全。

4.3 存在的問題

機(jī)械化－預(yù)控頂上向雙層嗣后充填采礦法在試驗(yàn)過程中也遇到了一些問題：（1）雙層進(jìn)路式采礦，增大回采巷道暴露空間，雖然采取了預(yù)控頂，但是兩幫的側(cè)壓力很大，在回采過程中因設(shè)備損壞等因素導(dǎo)致回采時(shí)間過長，出現(xiàn)了上盤圍巖變現(xiàn)嚴(yán)重，甚至有片幫的現(xiàn)象；（2）尾砂充填對(duì)于封堵的要求較高，試驗(yàn)了很多種方法，仍然沒有很好的辦法解決漏漿的現(xiàn)場(chǎng)；（3）充填過程中前、后洗管的用水較多，尾砂膏體泌水量較高，排水難度大，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上未能通盤考慮；（4）由于華家灣深部通風(fēng)系統(tǒng)不完善，采場(chǎng)溫度較高，機(jī)械化設(shè)備在高溫下作業(yè)散熱不好，故障率較高，影響正常采礦作業(yè)；（5）機(jī)械化操作人員需進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)備設(shè)施操作培訓(xùn)，維護(hù)保養(yǎng)。

5 結(jié) 語

－350中段71勘探線采場(chǎng)采用機(jī)械化－預(yù)控頂上向雙層嗣后充填采礦法進(jìn)行回采，累計(jì)采出礦石25000t，礦石平均出礦品位達(dá)到3.1g／t，取得了很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，單個(gè)采區(qū)綜合生產(chǎn)能力為180 t／d，噸礦直接成本為81元／t。機(jī)械化－預(yù)控頂上向雙層嗣后充填采礦法不僅大幅提高了采場(chǎng)生產(chǎn)能力和效率，還降低了生產(chǎn)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，保障了華家灣金礦井下生產(chǎn)需求，對(duì)公司井下機(jī)械化推廣和深部礦體開采具有一定的借鑒意義。