预控顶分段充填采矿法在某金矿中的应用

于成相　侯　祥　雷番飞

(长春黄金设计院)



预控顶分段充填采矿法在某金矿中的应用

于成相侯祥雷番飞

(长春黄金设计院)

以某金矿缓倾中厚及厚大不稳固矿体为工程背景，针对原有机械化盘区上向水平分层充填法二步采场回采时易产生的围岩破坏问题，开展了预控顶分段充填采矿法的现场试验。详细论述了该方案特征、采准、切割及回采工艺，预控顶技术保证了采场作业的安全，中深孔落矿实现了矿体高效开采。

缓倾斜中厚及厚大矿体上向水平分层充填预控顶中深孔落矿

某金矿目前主采矿体以细脉状金矿石，网脉状和团块浸染状金矿石为辅。主要矿物成份以黄铁矿，另有少量的黄铜矿、方铅矿、闪锌矿；矿石品位中等偏高，平均品位3.5g/t；矿体倾角较缓，平均40°，但厚度大，最大水平厚度达到200m以上，赋存深度超过500m；矿体上盘矿岩界线明显，节理分布较为发育，很不稳固，f=4～6，开采中常常出现上盘围岩垮落失稳现象；矿体下盘矿岩边界无法用肉眼辨别，需要化验确定，围岩稳固性差， f=6～8；矿体矿化极不均匀，高品位矿体常常赋存于节理裂隙较发育地带，因此爆破开采过程中矿体极易形成粉矿，造成较大的贫化损失；矿体地质水文条件简单。

该类矿体地质条件较为复杂，具有多重开采困难及不利因素，开采价值偏高的缓倾斜中厚及厚大不稳固矿床，一直是国内外开采的难题[1-5]。为此，本文主要在评述原有采矿方法不足的基础上，开展新型采矿方法的研究。

1　原采矿方法

该金矿原主要采用机械化盘区上向分层尾砂(胶结)充填法[6]，如图1所示。一步采场和二步采场交错布置。总体回采原则为先回采中(分)段中部采场，然后向两翼顺次回采，使整个中段采场分布构成上向拱形，以提高中段整体稳固性。

1.1采场结构参数

矿体厚度不大时，矿房沿矿体走向布置；矿体厚度较厚时，矿房垂直矿体走向布置，矿房长度为矿体水平厚度，矿房分两步回采，一步采场与二步采场矿房宽度分别为8m和7m。每个中段分为5个分段，分段高度10m，每次回采高度3.3～3.4m。回采后在底板上施工钢筋混凝土假底，顶柱厚度3.0～6.0m，待中段各采场回采结束后再进行集中回采。

图1　机械化盘区上向水平分层充填法

1.2采准工程布置

(1)下盘脉外分段平巷为5.05m×3.55m的1/4三心拱，转弯半径8m。分段平巷布置在下盘脉外，距离矿体下盘边界约40m，以满足铲运机爬坡需求。

(2)采场联络巷为3.6m×3.15m的1/3三心拱，转弯半径8m，联通分段平巷与矿体。采场联络巷中心线与采场中心线相重合。

(3)充填回风天井为2m×2m的1/3三心拱。每个采场布置一条充填回风天井，从下中段向上掘至上中段，与上中段上盘回风巷贯通。充填回风天井倾角均为43°左右。

1.3回采工艺

采用以凿岩台车为主、7655气腿式凿岩机为辅的凿岩方式，从矿体下盘向上盘水平推进(不包括进路法)。落矿眼采用梅花形布孔、排间距为0.6～0.7m、孔间距为0.7～0.9m，顶板控爆眼排间距不得大于0.5m，孔间距不大于0.7m。采用2#岩石乳化炸药，非电导爆雷管微差起爆。落矿眼与控爆眼均采用间隔装药，每孔有两个同段导爆雷管。

1.4存在问题

该方法的优点是采切、回采工程布置灵活、由于不留间柱，矿石损失率与贫化率较低，同时有利于地压管理。但由于主采矿体厚大且矿体倾角较缓，随着一步采场地进行，二步矿柱回采安全问题显现，出现局部应力集中与破坏现象；二步采场回采时两侧低强度充填体有可能不足以支承二步矿柱上覆应力而发生充填体破坏情况。同时，为进一步加大深部中段矿体回采强度[7]，需要对原有二步采场的采矿方法进行革新，探寻适合的采矿方法，提高深部中段生产能力。

2　新型采矿方法概述

2.1预控顶分段充填采矿法

根据矿床开采技术条件并结合原有采矿方法的缺陷，制定出预控顶分段充填采矿法并进行现场试验，如图2所示。其工艺是：在试验采场某一中段掘进中深孔凿岩出矿巷(3.2m×3.1m)，同时在上分段掘进预控顶巷道(3.2m×3.2m)，而后扩帮，顶板用树脂锚杆+钢带+喷射混凝土联合支护，在矿体上盘掘进切割天井(2.2m×2.2m)，沿天井全断面揭露上盘，用树脂锚杆+钢带+喷射混凝土联合支护上盘岩层，预控顶工程全部完成。在凿岩出矿巷道钻凿上向中深孔，从上盘向下盘后退式崩矿，每次崩矿2～3排，崩落的矿石经下部分段联络巷道用铲运机运出，嗣后一次充填采空区。采场长度约110m，宽为7m，分段高度为10m。

图2　预控顶分段充填采矿法

2.2回采顺序

试验采场以上盘切割槽为自由面，中深孔落矿，自上盘向下盘后退式回采。上盘矿体开采后，根据采场两侧充填体暴露情况及采场稳定状况，对二步矿柱采用中深孔落矿嗣后充填法开采，如果采场稳定性良好，继续用中深孔回采下盘矿体；如果采场稳定性差，封闭采场，对上盘采空区嗣后充填，而后用同样的方法开采下盘矿体。

2.3采场预控顶支护技术

采用树脂锚杆+钢带+喷射混凝土+立柱联合支护，采场上盘围岩采用树脂锚杆+悬挂钢丝网+喷射混凝土联合支护。

2.3.1树脂锚杆

锚杆呈梅花形布置，锚杆长度2.5m，间距1.5m。统一使用25MnSi螺纹钢锚杆，直径均为20mm，螺纹必须采用滚丝；锚杆托盘采用8mm厚铁板制作，托盘为(长×宽×厚)100mm×100mm×8mm；树脂锚固剂型号为K2535和Z2360，树脂卷长350～600mm，直径28mm。

树脂锚杆施工方法：采用MQT-130气动锚杆钻机钻凿锚杆孔，锚杆孔径32mm，孔长2.4m，钻孔偏差不超过±0.3m；安装时孔内先放入1卷K2535型树脂锚固剂，再放入1卷Z2360型树脂锚固剂，用锚杆杆体将锚固剂轻轻顶入孔底后再转动钻机，不断搅拌药卷，搅拌时间为(30±5)s；待锚固剂搅拌好15min后，安装钢带与托板。

2.3.2喷射混凝土支护

采用树脂锚杆支护并挂网后，喷射50mm厚的混凝土。喷射混凝土技术要求：水泥与砂石质量比为(1∶4)～(1∶4.5)，水灰比为0.4～0.45，碎石用量为砂石总质量的30%～40%；水泥为不低于325#的普通硅酸盐水泥，砂子为坚硬干净的中砂或粗砂，碎石为粒径不大于15mm的坚硬卵石或碎石；喷射前应清洗岩面，喷射作业中应严格控制水灰比；第一层喷射厚度2～3cm，下一层的喷射应在前一层混凝土终凝后进行，当间隔时间超过2h，应先喷水湿润混凝土表面，总喷射厚度4～5cm，回弹率不应大于25%，设计混凝土最低强度不低于15MPa。

2.3.3液压支柱

在预控顶施工过程中及施工完成时，采用液压立柱对预控顶板进行临时支护。采用型号为DW35-200/100外注式液压支柱，最大支承长度3 500mm，最大承载力20t。液压支柱距采场边帮0.5m，间距3m，安装时须“穿鞋戴帽”，顶底分别放置木板或钢垫板，并保证受力均匀，防止支柱产生滑移。

2.3.4钢带及钢筋网

用直径10mm的A3钢筋切割焊接而成。钢带宽65mm，长度分别为1 500，2 900，4 200mm3种规格，由2根平行钢筋每隔200mm用同径钢筋焊接制成。安装树脂锚杆的同时悬挂钢筋网，金属网采用直径8mm的铁丝，编织网格为100mm×100mm，单张金属网大小为2 600mm×1 400mm。

2.4回采工艺

(1)凿岩。采用KQD70中深孔潜孔钻机凿岩，钻头直径为65mm，炮孔直径70mm，中深孔拉槽炮孔排距为1.0m，间距为1.5m；落矿炮孔排距为1.4m，间距为2.1m；采场四周采用预裂爆破，预裂孔布置采场边界，炮孔间距为0.7m；与预裂孔相邻的落矿孔为缓冲孔，缓冲孔与预裂孔间距拉槽时为0.8m；落矿孔超深0.5m，预裂孔超深0.8m。由于矿体两侧是充填体，在凿岩过程中要认真记录中深孔穿过充填体情况，目的是为了更好的进行爆破装药设计。中深孔凿岩结束后，要进行验收，若发现钻孔最小抵抗线与设计不符或有新的地质构造时，应重新调整药量及装药结构。

(2)爆破。使用改性铵油炸药或2#岩石乳化炸药爆破，人工装药，每次爆破6～8排，从矿体上盘开始后退式开采。采用非电毫秒差导爆管，复式起爆系统起爆。

(3)出矿。采用TORO-301D柴油铲运机出矿，铲运机将矿石装入坑内卡车经斜坡道运至中段溜井。

(4)充填。整个分段回采结束后，在出矿巷道砌筑充填挡墙进行采场充填。充填前必须用混凝土浇筑人工假底。假底作为下中段回采构筑人工假顶，钢筋混凝土假底厚度为0.6m。钢筋网有主、副之分，主筋直径为14mm，网度为1m×1m，副筋直径为10～12mm，网度为0.3m×0.3m，交叉点用细铁丝固定。钢筋网距底板0.1～0.2m，混凝土配比为水泥∶中粗砂∶碎石=1∶3∶5，即每立方米混凝土加水、水泥、砂子、石子分别为200，250，750，1 250kg。混凝土假底完成后采用分级尾砂充填，灰砂比为1∶4。

3　结　论

经过现场试验，采用预控顶分段充填采矿法采场生产能力能够达到506.9t/d，采矿工效121t/工班，采场贫化率及损失率为5%，采切比为11.65m/kt，取得了良好的应用效果。实践证明，预控顶支护技术可行、经济合理，能够保证采场的安全稳定，避免了二步采场回采时矿体的破坏，采用中深孔落矿实现了该矿体的安全高效开采，对类似缓倾斜中厚及厚大不稳固矿体的开采，具有一定的指导意义。

[1]王燕，袁永忠，王芳，等.缓倾斜薄矿体采矿方法试验研究[J].黄金，2013，34(4)：36-40.

[2]尹升华，吴爱祥.缓倾斜中厚矿体采矿方法现状及发展趋势[J].金属矿山，2007(12)：10-13.

[3]崔曙忠.某铁矿中厚及以上缓倾斜矿体采矿方法研究[J].金属矿山，2012(8)：21-24.

[4]孙宏生.浅孔留矿法在缓倾斜中厚矿体中的应用[J].金属矿山，2006(9)：29-33.

[5]万记龙,张洪波,许彦会.沂南金矿分步放顶阶段长壁控爆连续采矿法试验研究[J].有色矿冶，2014,30(3)：12-14.

[6]徐开民．新城金矿深部采场支护参数及开采顺序优化研究[D].青岛：山东科技大学，2011.

[7]徐东，胡忠强.中深孔采矿法在新城金矿的研究与应用[J].黄金科学技术，2010，18(5):72-75.

2016-03-09)

于成相(1987—)，男，助理工程师，130012 吉林省长春市南湖大路4726号。