分段崩落阶段矿房嗣后充填采矿法在不规则厚大矿体的应用

胡婷婷

(1.中南大学资源与安全工程学院；2.湖南有色金属研究院)

·采矿工程·

分段崩落阶段矿房嗣后充填采矿法在不规则厚大矿体的应用

胡婷婷1,2

(1.中南大学资源与安全工程学院；2.湖南有色金属研究院)

根据某低品位不规则厚大钨矿体开采技术条件，通过对比分析多种采矿方法，采用中深孔分段崩落阶段矿房嗣后充填采矿法开采，工业试验结果表明，采场生产能力为518 t/d，损失率为14.7%，贫化率为10.9%，采切比为3.82 m/kt，采场生产能力显著提高，损失率、贫化率及采切比明显降低，技术经济指标良好，社会和经济效益显著，分段崩落阶段矿房嗣后充填采矿法适合不规则厚大矿体开采，为类似矿山提供了借鉴。

不规则厚大矿体 中深孔分段崩落阶段矿房嗣后充填采矿法 生产能力 损失率 贫化率 采切比

国内某钨矿已经生产几十年，先前是小规模开采，扩产后达到148.5万t/a，服务年限约25 a。由于矿区范围和矿体走向长度较大，产状变化剧烈，开采技术条件变化较大，矿山采用同一采矿方法开采显然不合理。目前矿山对于急倾斜薄矿体，采用浅孔留矿法，具有效率高、作业安全等特点；但对于不规则低品位厚大矿体，留矿法等采矿方法存在采场矿石搬运困难、损失贫化率大、安全条件差、生产效率低等问题[1-3]。厚大矿体是矿山扩能改造投产后的首采地段，采矿方法是否合理对矿山今后的生产十分关键。目前钨精矿产品价格比矿山扩能设计时进一步走低，矿山生产成本压力大，在目前的市场行情和开采技术条件下，通过采矿方法的研究和优化，有效控制和降低生产成本，保证企业利润，是必须重点研究的课题[4-5]。

1 开采技术条件

不规则低品位厚大矿体主要指该矿山南下采区Ⅱ11矿体，属于接触交代矽卡岩型白钨矿体，产于花岗岩顶部与灰岩之间的正接触带中，矿体中间有围岩灰岩侵入，矿区未见大断层，岩石稳固，形态单一，水文地质条件好；矿体走向近似南北，倾向东，倾角为10°～90°；矿体空间赋存形态变化大，呈透镜状、不规则薄板状等产出，矿体厚度相差悬殊。

本次采矿方法研究的试验采场选择南下采区160～250 m标高，13～14勘探线，Y=38 394 000～38 394 200 m的Ⅱ11矿体，矿体厚度变化大，平均厚23 m，平均倾角为58°；160～200 m标高矿体连续厚大，内嵌有部分夹石，厚度基本都大于20 m；200～250 m标高矿体演变为3个分支，分支中少部分矿体厚度只有十几米，其余大部分都大于20 m。矿体顶底板岩石多为矽卡岩、花岗岩、大理岩和灰岩，矿岩坚硬稳固，密度为3.16 t/m3，f=8～10，松散系数为1.5～1.6，自然安息角为45°；岩石密度为2.6～2.8 t/m3，f=8～12，松散系数为1.5～1.7，自然安息角为45°。试采区段矿体三维地质模型见图1。

图1 试采区段矿体三维地质模型

2 采矿方法选择

该钨矿首采区为不规则低品位倾斜至急倾斜厚大矿体，矿岩稳固性好，根据赋存特点、开采技术条件和国家技术经济政策的要求，从矿山当前技术管理水平出发，宜采用保证采出矿石品位、投资省、工艺简单、作业环节少、管理方便的采矿方法。

由于该矿民采情况比较严重，采空区比较多，地表不允许塌陷等因素，考虑到保证矿石品位，排除崩落法，可行的采矿方法主要有空场法和空场类嗣后充填采矿法，由于采出原矿价值不高，在当前的技术经济情况下，为降低采矿成本，矿区又有堆存尾矿的条件，采取先空场、嗣后充填的方法，实现降低贫化损失、提高回收率、保护地表的目的。根据国内外类似条件矿山的开采经验，结合本矿山生产能力的要求，对比分析多种采矿方法，层层筛选，确定采用中深孔分段崩落阶段矿房嗣后充填采矿法比较适合本矿不规则的矿体产状，其技术经济较有代表性[6-7]。

3 中深孔分段崩落阶段矿房嗣后充填采矿法应用

3.1 采场布置和结构参数

沿矿体走向100 m划分盘区，盘区之间留设15 m 宽矿柱。每个盘区内垂直矿体走向划分矿房和矿房间柱，矿房长40 m(随矿体厚度调整)，宽20 m，矿房间柱宽10 m，顶柱厚10 m。采用堑沟底部结构，铲运机出矿。中段高90 m(160～250 m中段)，划分170，185，200，215，230 m共5个阶段，其中 170 m 为无轨集中出矿分段，160 m为有轨集中运输中段。为了便于出矿，沿矿体走向每隔100 m布置一条溜矿井。中深孔分段崩落阶段矿房嗣后充填采矿法示意见图2。

图2 中深孔分段崩落阶段矿房嗣后充填采矿法示意

3.2 采准切割

采准工程主要有分段平巷、出矿进路、出矿平巷、分段凿岩巷道、分段凿岩巷联络道、溜井联络道、矿石溜井等；切割工程主要有堑沟平巷、切割横巷、切割天井等。

在矿房底部布置拉底巷道，在此巷道内钻凿上向扇形中深孔，爆破后形成集矿堑沟；分段平巷布置在矿体下盘脉外，从分段平巷每隔10～12 m以45°向矿房内掘进出矿进路，与集矿堑沟连通，构成矿石外运通道。在每个采场的端部距回采边界2.5～3 m 处掘进一条切割通风天井和一条切割横巷，为保障采场与上下分段间形成贯通风流，切割通风天井与上分段凿岩巷和上中段巷道贯通，在切割横巷内钻凿上向平行中深孔，以切割天井为自由面爆破形成切割槽[8]。

3.3 回采工艺

一步骤分段空场开采矿房，嗣后全尾砂胶结充填矿房，待胶结体达到一定强度后，二步骤分段空场开采矿柱，嗣后充填，矿柱底部10 m采用全尾砂胶结充填，以便下阶段回采顶底柱，其余空区采用全尾砂和废石非胶结充填，以降低充填成本。矿房回采从切割槽开始，向矿房另一端回采；分段间自上而下回采，上分段超前下分段2～3排炮孔形成阶梯状工作面[9-10]。

3.3.1 凿 岩

采用YGZ-90型凿岩机配圆盘支架在分段凿岩巷道内钻凿上向扇形中深孔，孔径为60～65 mm，每个采场配一台YSP-45型凿岩机辅助钻凿个别边孔。打上向炮眼是中深孔分段崩落阶段矿房采矿法使用较普遍的一种凿岩方式，为降低大块率，可控制打眼方式、炮孔的参数和装药量。回采前，将切割天井拉开形成切割槽，拉槽中深孔凿岩参数为排距1～1.2 m，孔底距2 m。回采中深孔凿岩参数为排距1.2～1.5 m，孔底距1.8～3 m。因矿岩稳固性好，靠近顶板的中深孔应超深0.5 m。

3.3.2 爆 破

炮孔打完后，以切割槽为初始自由面侧向单分段分次爆破或多分段同时爆破，每次爆破3～5排炮孔。采用BQF-100装药器装填粉状铵油炸药，非电导爆管雷管微差起爆，同排同段，各排分段，采用导爆管并联网络。

3.3.3 采场通风

出矿时，采场新鲜风流从斜坡道经分段平巷及各装矿进路到达出矿工作面；凿岩时，采场新鲜风流从斜坡道经各分段平巷及分段凿岩巷道到达凿岩工作面。清洗工作面后的污风通过切割回风天井汇入上一个分段的回风平巷，然后经回风井抽出地表。为改善采场工作面通风效果，凿岩时和爆破后采场内采用局扇加强通风。

3.3.4 支 护

分段凿岩巷、出矿底部结构、人行井一般情况下不需支护，对于不稳固地段采用锚杆或喷锚网支护，喷射混凝土厚100 mm，混凝土强度等级为C20，锚杆间排距为800 mm×800 mm，金属网规格为1.8 m×1.8 m。

3.3.5 出 矿

采用CY-2型2.0 m3柴油铲运机出矿。崩落下的矿石集中在170 m分段堑沟，采用铲运机从出矿进路运至采场溜井，溜至160 m中段装车。

3.3.6 充填工艺

矿房和矿柱回采、出矿结束后对采空区进行嗣后充填。充填前先封闭通往采场的巷道，在采场底部进路中构筑充填泄水挡墙，充填滤水管从上到下铺设，利用切割回风天井和上中段出矿进路作为充填通道。

矿房采空区采用全尾砂胶结充填，胶结材料水泥标号为C32.5，充填料浆浓度控制在68%～72%，空区底部采用1∶4灰砂比，充填高度为10 m；中下部采用1∶6灰砂比，充填高度为7 m；采场上部采用1∶8灰砂比，充填至上阶段。矿柱采空区底部采用全尾砂胶结充填，灰砂比为1∶4，充填高度为10 m；上部采用废石+尾砂非胶结充填。

4 试采效果

试采采场的主要技术经济指标统计见表1。可知，单个采场的生产能力可达到518 t/d，只要4个采场同时回采就能满足该工区2 000 t/d生产能力的要求。采用中深孔分段崩落阶段矿房嗣后充填采矿法有效地降低了贫化率、损失率、炸药单耗、千吨采切比和采矿成本，增加了采矿工效，提高了经济效益。试采结果较理想，达到了预期的指标。

表1 试验采场主要技术经济指标

5 结 论

国内某钨矿保有资源储量7 000多万t，不规则低品位厚大矿体占了很大比重，根据该矿体开采技术条件，采用分段崩落阶段矿房嗣后充填采矿法开采，分两步骤回采，一步骤回采矿房，嗣后全尾砂胶结充填，二步骤回采矿柱，非胶结充填。与原有的浅孔留矿法相比，该采矿法机械化程度高，作业条件安全，管理方便，回采强度大，可大幅提高生产能力，降低采矿成本。通过工业试验，得到了良好的技术经济指标。分段崩落阶段矿房嗣后充填采矿法在不规则低品位厚大矿体的成功应用为技术条件类似的矿山提供了参考依据。

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Application of Sublevel Caving Block Chamber Afterward Filling Mining Method in Irregular Large and Thick Ore-body

Hu Tingting1,2

(1.School of Resources and Safety Engineering, Central South University;2.Hunan Research Institute for Nonferrous Metals)

According to the mining technical conditions of the irregular large and thick tungsten ore-bodies with low grade of a tungsten mine, the medium-length hole sublevel caving block chamber afterward filling mining method is adopted by conducting analysis and comparison of several mining methods. The industrial test results show that the production capacity of stope is 518 t/d, loss rate is 14.7%, the dilution rate is 10.9%, the stripping ratio is 3.82 m/kt, the production capacity of the stope is improved significantly, the loss rate and dilution rate is lowered significantly, the economical index is good, the economic benefit and social benefit are both remarkable. The above study results in this paper further show that the sublevel caving block chamber afterward filling mining method is suitable to the mining of irregular large and thick ore-body, which can provide some reference for the similar metal mines.

Irregular large and thick ore-body, Medium-length hole sublevel caving block chamber afterward filling mining method, Production capacity, Loss rate, Dilution rate, Stripping ratio

2016-10-20)

胡婷婷(1986—)，女，工程师，410100 湖南省长沙市芙蓉区张公岭亚大路99号。