緩傾斜中厚礦體采礦方法設計分析

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摘要:針對某礦區緩傾斜中厚礦體賦存特征，結合開采技術條件，通過2種采礦方法的技術經濟比較，確定適宜于該礦體的采礦方法為平底結構分段空場嗣后充填法，并詳細介紹礦塊結構參數和采場回采工藝，為減少脈外采準工程量、便于無軌設備在采場內通行，出礦上山采用偽傾斜布置，大部分采切工程均脈內布置。該方法與底盤塹溝分段空場嗣后充填法相比，采切比降低三分之二左右，貧化率降低二分之一左右，經濟效益顯著，對相似礦體的開采具有一定的借鑒和指導意義。

關鍵詞:緩傾斜中厚礦體;平底結構分段空場嗣后充填法;采切比;貧化率

我國金屬與非金屬礦山中緩傾斜中厚礦體(傾角為5°～30°、厚5～15m)占有相當大的比重，開采該類礦體存在礦石不能借助自重運移、頂板管理困難和采切成本較高等技術難題［1-7］。目前，國內緩傾斜中厚礦體主要采用房柱法、含下盤底部結構的分段空場法、分段崩落法和充填法等;在國外隨著大型頂板安全檢查車、撬毛車、錨桿安裝設備等的推廣應用和充填技術的不斷發展，該類礦體一般采用房柱嗣后充填采礦法。西北某礦山位于昆侖山脈山前洪沖積平原區，礦區主礦體為緩傾斜中厚礦體。礦區礦體位于當地侵蝕基準面以下，含礦層頂板為厚大的、富水性強的松散巖類孔隙潛水含水層。礦山采用地下開采方式，結合該礦體的具體賦存條件對采礦方法進行了探討。

1礦體開采技術條件

1．1礦體特征。礦山主礦體呈似層狀，形態相對規整，埋深超過300m。礦體傾角較緩，一般為11°～22°，局部為4°～6°;厚5．72～15．90m，平均為8．92m。礦體規模較大，控制長度為900m，控制斜深最大為402m，最小為78m。1．2工程地質條件礦區工程地質巖組可劃分為堅硬巖類巖性組(巖體中等完整至完整)、半堅硬巖類巖性組(巖體中等完整至完整)和松散軟弱巖類巖性組(第四紀沖洪積層)。礦體頂、底板圍巖堅硬巖類巖性組約占8438.46%，半堅硬巖類巖性組約占53．85%，少數為軟弱巖類巖組。1．3水文地質條件。礦區位于昆侖山脈山前沖洪積平原區，區內地勢較為平坦，地表河流及大氣降水為區域地下水的補給源。礦區含水層主要為第四紀沖洪積層，成分為砂類充填的卵礫石，部分為漂石，其次為基巖裂隙含水巖組。沖洪積含水層滲透系數為1．04m/d，抽水試驗單孔出水量均大于5000m3/d，屬極富水-富水含水層;基巖裂隙含水層滲透系數為0．21m/d，抽水試驗單孔出水量小于100m3/d，水量較貧乏。礦區全部礦體位于當地侵蝕基準面以下，礦體上部依次為基巖裂隙含水巖組(平均厚度僅幾十米)和第四紀沖洪積含水層。礦區至東側河流的最近距離僅2．0km，礦體上部含水層補給充沛，水文地質條件復雜。

2采礦方法的選擇

本礦床開采不允許頂板冒落，因此，不應采用崩落采礦法。國內對緩傾斜薄到中厚礦體開采方法一般采用空場法。由于礦體均位于當地侵蝕基準面以下，上部為大厚度且富水性強-極強的松散巖類孔隙潛水含水層，為保證作業面開采安全和提高資源利用率，推薦采用空場類嗣后充填采礦法。根據礦床的開采技術條件，可能采用的采礦方法有底盤塹溝分段空場嗣后充填法、平底結構分段空場嗣后充填法。2．1底盤塹溝分段空場嗣后充填法。除布置在礦體上盤的充填工程外，其余采準工程均布置在礦體下盤。采準工程包括穿脈運輸巷道、采場溜井、溜井聯絡道、采區通風斜井、分段沿脈干線、分段出礦進路、集礦塹溝巷道等，因此，脈外采準工程量較高，采切比較大;同時由于需在礦體下盤布置集礦塹溝巷，當傾角較緩時，損失貧化也隨之增加。采用該方法時，鑿巖爆破均在集礦塹溝巷道內完成，采場崩落礦石由鏟運機經分段出礦進路、分段沿脈干線倒入采場溜井，因此，其作業安全條件較好。采礦方法見圖1。2．2平底結構分段空場嗣后充填法。該方法適用于礦體傾角小于20°、礦體及圍巖穩固性較好的情況。采準工程包括穿脈運輸巷、采場溜井、出礦上山、分段鑿巖出礦巷道、回風上山以及布置在礦體上盤的充填工程，其采準工程量相對較少，采切比相對較小。由于礦體傾角較緩，因此，出礦上山可偽傾斜布置，大部分采準工程均布置在脈內。采用該方法時，鑿巖爆破均在分段鑿巖出礦巷道內完成，采場崩落礦石由遙控鏟運機在空區暴露面下完成鏟裝，然后經分段鑿巖出礦巷、出礦上山倒入采場溜井。該法對礦巖穩定性、安全管理設備等提出了更高的要求［8］。采礦方法見圖2。2種采礦方法的技術經濟指標對比見表1。考慮到該礦山礦體及圍巖穩固性較好，經綜合分析比較，最終推薦選擇平底結構分段空場嗣后充填法。

3平底結構分段空場嗣后充填法設計

3．1采場布置及構成要素。中段高度為50m，沿走向80～100m布置一個礦塊，每2個礦塊劃分為一個盤區。礦塊間連續間柱寬12～15m，在盤區中央連續間柱內偽傾斜布置出礦上山，與各分段條帶內分段鑿巖出礦巷聯通，一般坡度控制在15%左右，形成采場人員、材料及設備的通道。在盤區兩側連續間柱內偽傾斜布置回風上山，與出礦上山基本平行布置，回風上山與上中段運輸平巷連通，形成采場完整的通風風路。采準工程包括穿脈運輸巷、分段鑿巖出礦巷、出礦上山、礦石溜井、回風上山以及礦體上盤的充填上山、充填聯絡道和充填鉆孔。3．2回采工藝及設備選擇。礦塊內沿礦體走向劃分為多個分段條帶，采用間隔回采方式。當一步驟條帶回采完成，且充填完成養護、強度滿足要求后，才可進行二步驟條帶回采。根據礦巖穩固程度，調整分段條帶寬度，一般取15m左右。沿分段鑿巖出礦巷向出礦上山一端后退式回采，在分段鑿巖出礦巷內采用液壓鑿巖臺車鑿上向中深孔，分次爆破出礦。崩落礦石由遙控鏟運機(3m3)鏟裝后，經分段鑿巖出礦巷、出礦上山倒入采場溜井，下放至裝礦水平。3．3采場充填。分段條帶開采完成后，及時進行充填。充填管通過充填上山、充填聯絡道和充填鉆孔進入采場。采用全尾砂膠結充填，其步驟為封閉采場所有通道;在封閉隔墻前向采場內引2～4條采場泄水塑料管，并引出采場之外;一步驟充填體強度應在2～3MPa以上，二步驟充填體強度應達到1MPa左右。3．4采場通風。新鮮風流由穿脈運輸巷、出礦上山、分段鑿巖平巷進入采場工作面。沖刷采場后，污風經過分段鑿巖平巷、回風上山排入上中段運輸平巷。為了改善采場工作面通風條件，采用JK58-1No4型局扇輔助通風。3．5頂板維護和空區處理。為保證回采作業的安全，并避免礦房回采結束后發生大面積冒落，礦塊間連續礦柱僅回收50%，其余均留作永久性礦柱支撐頂板。遙控鏟運機出礦前，采用撬毛臺車進行控頂;分段條帶回采完成后，及時充填空區，減少頂板暴露時間。

4結語

(1)當礦體傾角小于20°時，如采用含底部結構的分段空場嗣后充填采礦方法，盡管提高了采礦作業安全性，但脈外采切工程量較大，礦石貧化率也比較高。結合礦體的具體賦存條件，經比較分析，選擇平底結構的分段空場嗣后充填采礦方法。(2)充分利用礦體傾角較緩的特點，為減少脈外采準工程量、便于無軌設備在采場內通行，將出礦上山偽傾斜布置，使得大部分采準工程均可布置在脈內，大大減少了脈外采準工程量。(3)采用平底結構出礦，不需要在采場底部形成塹溝等底部結構，降低了礦石的損失貧化。(4)鑿巖爆破均在分段鑿巖出礦巷道內完成，采場崩落礦石需由遙控鏟運機在空區暴露面下完成鏟裝，因此，該法需選擇大型頂板安全管理設備。(5)平底結構分段空場嗣后充填法雖增加了部分設備投資，但降低了礦塊采切比和礦石貧化率，與底盤塹溝分段空場嗣后充填法相比，采切比降低三分之二左右，礦石貧化率降低二分之一左右。該方法在緩傾斜中厚礦體應用，提高礦山的經濟效益，對相似礦體的開采具有一定的借鑒和指導意義。

參考文獻

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作者:嚴佳龍 單位:長沙智能制造研究總院有限公司