多中段群空区下缓倾斜厚大矿体分区高效回采实践

盛 佳 陈 蓓 李向东 周益龙 王爱民 江飞飞

(1. 长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙410012;2. 国家金属采矿工程技术研究中心，湖南 长沙410012;3. 崇礼紫金矿业有限责任公司，河北 张家口076350)

缓倾斜厚大矿体属于难采矿体类型，其原因一是因为矿体倾角不够陡，无法在采场内实现重力放矿，致使出矿工艺复杂，二是矿体合理的回采方案难以确定，要实现高效经济开采的难度很大。厚大矿体大都划分为两步骤或多步骤分区开采，其合理的回采方案将直接影响到多步骤采场回采的安全性。同时，施工工程的有效嵌套衔接也影响回采成本的经济性。因此，研究缓倾斜厚大矿体的合理分区回采方案，是实现该类矿床整体高效经济安全回采的关键所在，也是矿山持续稳定发展的前提条件。

1 矿山开采技术条件及采矿方法简介

1.1 开采技术条件

某大型岩金矿床受断裂构造和蚀变节理裂隙带控制，主要由1 号和70 号脉群组成。其中70 号脉群由7 条矿脉构成，多为缓倾斜至倾斜的厚大矿体，分布在7 线以南1 号脉群的上盘，矿脉均赋存在硅钾化二长岩蚀变带内，蚀变带总体展布方向0° ～350°，西倾或南西倾，倾角20° ～45°，蚀变带宽达130 ～300 m。矿体连续完整，稳定性良好;顶底板围岩稳定性较好，抗风化能力较强，属于坚硬半坚硬矿体。工程地质勘探类型简单，水文地质条件中等。

1.2 采矿方法及开采现状

矿区 主 要 的 中 段 为1466、1427、1390、1344、1304、1264、1224 和1184 中段，据初步统计，1304 中段以上空区体积达130 万m3。1304 中段采用空场法回采后形成了群空区，有少量的矿柱支撑矿体的顶板，空区相互连通，造成上盘围岩持续冒落。1264 中段拟采用两步骤空场回采嗣后崩落方案。为了更好地回收地下资源，保护矿山地表环境，1224 中段以下将采用全尾砂胶结充填。因此，1264 中段是矿山2 500 t/d 改扩建过渡性回采中段，亦是空场法转为充填法的过渡中段。1264 中段与1224 中段一步骤对应的采场，原在中段留有3 m 厚的矿柱，上下采场回采后部分矿柱塌落，空区相互连通。1264 中段17线以北由于是矿区的工业广场、办公区和生活区，地表不允许移动和崩落，故17 线以北不采用强制崩落顶板处理空区;23 线以南由于零星矿脉分枝复合严重，采用空场法或充填采矿法进行回采。本次研究主要在15 线以南，大盘区采场沿走向100 m，采场垂直矿体布置，盘区内共7 个采场，分别为3231、23N22、21S13、21N2、19S33、19S18、19S3，一步骤10 m 宽4 个采场3231、21S13、19S33、19S3 采场已采用中深孔回采，空区空顶时间达几年甚至十来年。复杂群空区下3 个20 m 宽的23N22、21N2、19S18 矿柱采场组成1个试验盘区。由于盘区采场矿体厚大，平均水平厚度在120 m 左右，为满足采矿生产能力需求，将矿柱采场划分成两个区域回采，两区域中间由隔离矿柱分开，下盘矿体采用分段空场侧向崩矿嗣后放顶方案，上盘三角矿体采用分段空场正向崩矿法方案。

2 大盘区采场分区高效回采方案

大盘区采场分区高效开采主要包括下盘矿柱采场及上盘三角矿柱采场回采，方案选择中遵循安全、高效、经济开采的原则。

2.1 下盘矿柱采场回采方案

针对一步骤采空区未处理条件下二步骤采场回采，研发了盘区分段空场侧向崩矿嗣后放顶方案。在确定了回采方案的前提下，如何实现二步骤采场的高效率、低成本、安全开采，关键在于选择合理的盘区采场回采方案。针对二步骤采场回采方案，提出“连续回采连续放顶处理空区(方案一)”和“隔一采一间隔放顶处理空区(方案二)”2 种方案。

(1)方案一。从南向北逐一回采23N22、21N2、19S18 采场，回采23N22 采场后，强制崩落3231 采场空区顶板岩石充填空区。采场回采超前1 个放顶采场，使崩落的废石不会落到回采采场的矿石堆上，有利于降抵矿石贫损指标;盘区内只有1 个采场进行回采作业，生产能力较小。其回采方案示意见图1。

图1 连续回采连续放顶空区处理方案Fig.1 Goaf management scheme of continuously mining and caving

(2)方案二。同时回采23N22、19S18 采场，21N2作为盘区矿柱采场后回采，空场回采出完大部分矿石后，强制崩落21N2 矿柱采场南北两翼空区顶板，再回采21N2 矿柱采场，21N2 采场回采是在两侧都崩落顶板废石下进行的，在覆盖岩下进行出矿;盘区内同时有2 个采场进行回采作业，生产能力较大。其回采方案示意见图2。

图2 隔一采一间隔放顶空区处理方案Fig.2 Goaf management scheme of one every the other one caving

通过2 种回采方式的受力、塑性破坏区域、顶板位移分析，结合满足生产能力的需要，最终确定采用隔一采一间隔放顶处理空区方案，首先回采23N22、19S18 采场，中间的21N2 采场作为盘区的矿柱采场，分析比较在此不作详述。

2.2 上盘三角矿柱采场回采方案

下盘矿体采用分段空场侧向崩矿，崩落顶板充填空区后，为保证崩落的废石不落入三角矿体采场，因此中间留有倾斜的隔离矿柱，保证2 个区域的相对独立。三角矿体采用分段空场正向崩矿法，下盘矿柱和上盘三角矿柱采场回采顺序均为从上向下回采。首先回采19S18、23N22 采场第4 分段，在底部结构和第3 分段出矿进路出完矿后，回采19S18、23N22 采场第3 分段，然后依次向下回采，回采完试验采场23N22、19S18 后，强制放顶崩落顶板废石。崩落顶板充填空区，崩落废石落在试验采场底板上，并且对一部分装矿进路进行封堵，防止冲击波破坏设备和巷道工程及引发安全事故。

3 厚大矿体分区高效采场回采实践

结合矿区厚大矿体分区高效回采方案，遵循工程布置及回采相互兼顾的原则，开展试验采场采准工程施工、回采爆破出矿工艺实践。

3.1 下盘矿柱采场回采实践

盘区斜坡道从1264 中段23 线位置开口，分段巷从斜坡道开口在矿体下盘沿矿体走向方向开凿，分段巷道离矿体的下盘边界30 m 左右，分段高度10 m，中段高度40 m，为了回收1304 中段底柱，1304 中段底柱作为盘区采场第4 分段进行回收。为保护1264中段环形汽车运输巷，盘区采场中段底柱定为10 m高，并且为1224 中段改用充填采矿法留有足够的高度进行调节，1224 中段充填法采场向上回采到1264中段的底柱，应留有2 ～3 m 高的隔离层，保证上部中段崩落法和下部中段充填法采场的衍接。每一个采场垂直矿体走向布置1 条装矿进路，巷道规格2.7 m×2.7 m。二步骤采场从装矿进路顺着采场的中心线开凿1 条凿岩联络巷到矿体边界或采场边界，凿岩联络巷可兼作探矿巷控制矿体的顶板边界。在矿体的底板边界沿矿体走向开凿1 条中深孔凿岩巷，然后以第1 条凿岩巷为起点，每隔20 m 开凿1 条凿岩巷。根据矿体的厚度布置凿岩巷的条数，凿岩巷两端都要开到两侧空区为止，凿岩巷和凿岩联络巷规格都是2.7 m×2.7 m，保证铲运机能行走。在矿体的下盘与分段平巷一定的距离布置盘区溜矿井，溜矿井的倾角为60°，并与1304 中段的巷道贯通，在1264 中段与汽车运输巷用联络巷连通。在1264 中段对应的采场也布置装矿进路与原主巷连通，形成出矿通道。在试验采场1264 中段底部结构布置的受矿堑沟漏斗，与装矿平巷联通。

试验采场两侧为原一步采场空区，以两侧空区为自由面进行双向爆破，爆破炸药采用粉状膨化硝胺炸药，采用孔底起爆方式，孔底起爆弹内装入单发澳瑞凯毫秒差雷管。中深孔装药完后，进行组网连线，每10 发雷管与分导爆索绑扎连接，然后分导爆索与主导爆索连接。导爆索与导爆索正向连接，即爆轰波的传播方向的角度大于90°。主导爆索连在起爆雷管上，采用电子击发起爆器起爆。澳瑞凯雷管每段雷管延时25 ms，且延时精度高，可实现排内分段和排内多段逐孔起爆破技术，扇形中深孔中间3 个孔为同段雷管，其余孔增加1 段，中间3 孔先爆，起爆后在排内实现2 个自由面，改善爆破效果。多段逐孔爆破技术，利用雷管延时准确，中间孔为本排第1 段，两侧孔逐孔增加1 段，后排孔相对应的孔增加1 段，这样在排内布置多段雷管，排内各孔逐孔爆破，见图3、图4。经过多次试验中深孔爆破块度均匀，爆破后大块率低，铲装效率高。

图3 排内分段爆破示意Fig.3 Schematic diagram of subordinate blasting within rows

图4 排内多段逐孔爆破示意Fig.4 Schematic diagram of multiple segments and hole-by-hole initiating

盘区试验采场每一个分段有7 条装矿进路，每爆破一分段的矿体，都有3 个以上的装矿点，爆破本分段可以在下一分段的装矿进路出矿，可实现多点出矿。采场铲运机装入矿用卡车运至主溜井。

盘区试验采场两侧是空区，一步骤采场空区均与上中段的回风巷连通，采场新风从斜坡道进入各分段平巷，再进入各采场的出矿平巷进入回采工作面，工作面的污风进入两侧采场的空区经上中段的回风巷流出。

3.2 上盘三角矿柱采场回采实践

布置上盘三角矿柱采场21S13、21N2 采准工程，从21N2 的试验采场的凿岩联络巷延伸至采场上盘边界，从矿体上盘开1 条巷道到19S13 采场，再沿21S13 采场中心线掘进凿岩巷到空区边界，23N22 的采准工程是从1264 中段的上盘探矿巷开上山到各分段再掘进分段凿岩巷。底部结构以1264 中段21、23线的穿脉运输巷作为出矿巷向各采场布置装矿巷和受矿漏斗，相邻受矿漏斗的间距为12 m 左右，受矿漏斗形成是在出矿巷的靠端部布置漏斗颈作为受矿漏斗的切割井，在漏斗颈附近的出矿巷钻凿扇形中深孔，以斗颈为自由面分次微差爆破形成受矿漏斗，构成三角矿体采场的出矿底部结构。三角矿体采用正向崩矿后退式回采各分段，于各分段采场边界附近沿矿体开凿切割横巷，在凿岩巷与切割横巷交叉点向上开凿切割天井，以切割天井为自由面再崩落形成切割立槽。

回采第3 分段，施工人员及设备从21N2 采场的凿岩巷经放顶巷到达工作面进行作业，后退式回采作业。回采第2 分段，施工人员从1264 中段放顶巷道经23N22 采场的行人上山到达第1 分段，再经第1 分段与第2 分段联络天井到达采场第2 分段工作面进行后退式回采作业。回采到行人井附近后，采用一次性起爆结束第2 分段回采。回采第1 分段，施工人员从1264 中段放顶巷道经行人上山到达第1 分段工作面进行施工作业，正向崩矿后退式回采。

三角矿体采场回采，采场两侧都是一步骤的采空区，多分段同时作业，试验采场和三角矿柱采场都可能同时作业，因此在进行爆破作业过程中，严禁在相邻中段及分段和各采场出矿进路进行解炮作业。由于采用空场法回采矿体，采场面积过大，二步骤采场、矿柱采场都存在应力大，回采过程中注意巷道的片帮、变形情况，不应冒险作业。底部结构出矿过程应均匀出矿，采场要留有一定的矿石垫层，保证大面积的顶板崩落，人员和设备的安全。

4 主要技术经济指标

厚大矿体分区高效试验盘区采场共采出矿石541 263 t，创造工业总产值55 074.6 万元，利税37 754.2万元，净利润28 315.6 万元;下盘矿柱采场回采损失率为5%，贫化率为8.2%。盘区试验采场主要技术经济指标见表1。

表1 盘区试验采场主要技术经济指标Table 1 Main techno-economic indexes of experiment stope at panel area

5 结 论

(1)结合缓倾斜厚大矿体两步骤分段空场嗣后充填方案，针对多中段群空区下一步骤采空区未处理条件下二步骤采场回采，创新提出了二步骤采场预留隔离矿柱上下盘分区高效回采方案。

(2)通过方案优选，确定二步骤采场采用隔一采一间隔放顶处理空区方案，下盘矿体采用分段空场侧向崩矿嗣后放顶方案，上盘三角矿体采用分段空场正向崩矿法方案。开展了大盘区采场分区现场工业试验，实现了多中段群空区下缓倾斜厚大矿体的高效经济安全开采，为类似条件矿山开采提供了重要的技术支撑。

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