无底柱分段崩落法在狭长缓化矿体开采工艺中的研究应用

王旭东，任国芳

（酒钢集团宏兴股份公司镜铁山矿，甘肃 嘉峪关 735100）

1 无底柱分段崩落法的基本特征

无底柱分段崩落法广泛应用于金属矿山该技术的特点是：一是劳动生产率高，矿石生产率高；二是对工作面要求低，对巷道作业和巷道作业人员的安全性要求高。由于放矿部分位于道路尽头，堵塞较少，哪怕出现了堵塞的现象，也能够及时对其进行处理；三是开采方便，无底柱分段崩落法所选择的开采工艺相对较为简易，能够在回采巷道之中实现分段凿岩、放矿的目的，使采场结构大大简化，使用非常方便；四是巷道中小型回采对矿体变化适应性强，可选择不同品位的夹石矿体，五是可实现巷道中小型回采，采矿方法和结构简单，无需矿柱。这种采矿方法的缺点是：一是单端巷道开采时通风条件差；二是矿体边界区域不规则，然而随着开采的进行，矿石置于覆岩条件下，崩塌矿石在多个废石接触面下放出，易发生矿石贫化。

2 桦树沟矿开采工艺特点

进行回采的过程之中，在穿脉巷中凿出一个扇形中深孔，沿着沿脉巷的走向进行退采，直至到达沿脉巷周围再调转方向重新进行退采操作。

在进行平巷掘进时，采用Boomer282型号的掘进台车，开凿中深孔的岩石主要选择了SimbaH1354型号的深孔台车，铲装、搬运矿石采用LH409E型号的电动铲运机。生产工艺环节分为：开拓工程、采准工程、深孔工程、切割工程、深孔爆破、回采出矿、运输拉矿、粗中破碎、保温罐储存。

3 工程概述

酒钢镜铁山桦树沟铁矿位于酒泉市南西40°方向约72km处。桦树沟矿区保有地质储量2.8亿t，其中14线以西采区2.2亿t，14线以东采区约0.6亿t。矿层在复式向斜中重复出现形成了7条矿体，即FeI～FeVII号矿体。东区分布（14线以东）I-II及III-IV矿体；西区（14线以西）分布有西I、西Ⅱ矿体，V矿体（12线以西，为西I矿体西延部分），Ⅵ-VII矿体。桦树沟矿区在设计和开采过程中，逐渐形成了东、中、西三个区段。

4 狭长薄矿体回采要点

镜铁山矿桦树沟井下III-IV矿体、VI-VII矿体已闭坑。目前桦树沟矿区开采I-II矿体、II中矿体、西II矿体、V矿体。但在开采的过程之中，I-II矿体逐步向南倾斜，且呈现出变缓这一趋势，呈似层状产出，倾角一般65°，局部46°。沿矿体走向的厚度一般在2m至101m这一范围之间，且矿体边界相对而言不够规则。同时西区部分矿体有着不规整的赋存形态，对其进行开采也无法获得理想的形态。加之矿体厚度都和20m相差不大，都可以称作是狭长薄矿体。

由于桦树沟矿区I-II矿体为急倾斜厚大型矿体，当其局部变缓后，矿体边界的三角矿体也类似于狭长薄矿体，这就导致了回采相对困难，该区域矿石回采衔接出现了新的回采难题。所以必须要按照桦树沟矿区的具体回采工艺特点，对狭长薄矿体制定合理的回采方案。具体开采要点有以下几个方面：

4.1 不规则缓倾斜矿体采矿工艺

桦树沟矿区分段高度15m，目前回采分段的凿岩进路间距多为12m，相比于国内外相似开采技术条件矿山，其进路间距相对较小，在深部2655m水平以下已调整为18m，巷道为三心拱断面，宽度4.2m，高度3.8m。井下狭长薄矿体具备较小的矿体规模以及较大的形态变化，当前并未明确合理的开采方式，导致对其进行工业化开采具备较高的难度，传统工艺中主要是通过平巷方式来进行探矿，这会让矿石开采具备较大的贫化率与损失率，成本支出也相对较高。

针对狭长薄矿体近似三角矿体区域回采工艺，巷道优化布置为沿矿体走向布置，利用中深孔控矿技术，通过上下水平的中深孔在该区域矿体中科学合理布置，确保回采工艺有序衔接。该区域采矿方案具体实施工艺流程为：

（1）结合矿体地质情况，完成上下水平矿岩界限的绘制，确定该局域矿体模型，利用中深孔控矿技术，优化中深孔爆破设计，通过对爆破进行控制来让矿岩得到有效的剥离，进而生成相应的矿石覆盖层，这样便能够全面提升矿石回采率以及资源利用率，降低采矿成本。

（2）针对桦树沟矿区I-II矿体2655m水平的回采现状，主要研究三角矿体区域，矿体宽度设计参数为15m，矿体倾角为45°，结合设备性能回采巷道设计参数为4.2m×3.8m，巷道沿走向布置在矿体中间位置。见图1。

图1 沿矿体走向布置巷道、中深孔爆破设计示意图

（3）镜铁山矿桦树沟矿区Ⅰ-II矿体是急倾斜厚大矿体，采用无底柱分段崩落法，在2655m高度之下，矿体的倾角会逐渐变缓，让上下水平的矿岩边界形成约20m的错位。对狭长薄矿体区域进行退采进路巷道设置，能够取得以下几个方面的成效：第一，对传统的无底柱分段崩落法工艺进行了改良与优化，给矿体边界部分采矿难度较高的区域提供了行之有效的技术方式，为推动工业化开采进程奠定了坚实的基础。第二，在镜铁山桦树沟矿区缓倾斜矿体的三角区域采取了中深孔控矿技术，这一方式主要是通过矿岩界限和爆破的深度融合来达成对采矿效果的有效控制，能够在I-II矿体2655m进行水平试验，相对而言效率较高，成本支出较低。第三，按照矿体的走向来完成巷道的设置，通过控制放顶技术能够有效剥离矿岩，进而生成相应的矿石垫层与覆盖层，这也让无底柱分段崩落法的贫化放矿技术内容得以丰富。

4.2 狭长薄矿体采矿工艺技术

无底柱分段崩落法是一种高效率、高机械化、高生产能力、低成本和作业安全的采矿方法。结合镜铁山矿桦树沟矿区I-II矿体狭长薄矿体工艺研究应用的实际情况，将厚度在20m～30m的矿体定义为狭长薄矿体，矿体经勘查达到勘探级别后，在开采过程中仍有一定的控制盲区，需要实时地进行生产探矿，增加控制精度。

针对井下狭长薄矿体，主要是按照矿体走向来完成回采进路巷道的布置，探矿平巷布置在矿体中间，在沿矿体走向方向垂直布置中深孔以控制矿岩边界。

按照工程地质条件，每隔5个进路间距完成一条和走向相垂直的探矿进路的设置，以此来对矿体倾斜方向的矿岩边界进行确认。探矿平巷的断面和采准巷道断面差距不大，做为后续采矿回路。

为保证沿矿体走向布置回采进路巷道正常回采，中深孔设计必须考虑矿石的充分回收，设计中应减少脊部损失和端部损失，因此中深孔控矿技术是狭长薄矿体工艺研究的重点。类比桦树沟矿区I-II矿体厚大型矿体变缓不一样，矿体厚度在20m～30m范围内的狭长薄矿体由于矿体小，不规则，中深孔控矿技术主要采用提高中深孔控制精度，放低边孔角的方式进行中深孔控矿设计。

桦树沟矿区采取了无底柱分段崩落法，在不改变大的采矿工艺技术的情况下，充分利用运输、通风、人员设备通道等系统，针对部分区域狭长薄矿体的采矿工艺做了优化研究，在控矿技术上取得工业化试验的成功，完成了此类矿体采矿控矿工艺上可行性研究应用，也丰富了无底柱分段崩落法的采矿工艺，降低了采矿成本和矿石贫化率。

5 当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

通过在桦树沟矿I-II矿体2655m水平矿体边界不规则区域开展工业化试验，一是该区域回采率稳定在85%以上，相比传统工艺该区域回采率提高了近28%左右；二是该区域贫化率降低，围岩混入减少约9%左右；三是该区域采准工程掘进量节约了57%，还节约了备采矿源的准备时间。

针对桦树沟矿区狭长薄矿体的研究应用，创新和丰富了无底柱分段崩落法采矿工艺，针对矿体边界区域的难采矿体，尤其是近似狭长薄矿体的回采工艺，提供了科学合理的技术方法，为工业化开采夯实了技术理论基础。

6 结语

本文对无底柱分段崩落法在狭长缓化矿体中的应用进行了系统研究，得出了以下结论。

（1）第一次提出了退采进路巷道的全新布置方法，对传统的采矿工艺进行了改良与优化，能够适用于狭长薄矿体、不规则小矿体以及规模较大的缓倾斜矿体之中，有着较为光明的推广与应用前景。

（2）采用巷道探矿和中深孔控矿技术解决了狭长薄矿体回采工艺技术难题，为该种类似矿体的回采提供技术保障。