缓倾斜中厚矿体采矿方法设计分析

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摘要:针对某矿区缓倾斜中厚矿体赋存特征，结合开采技术条件，通过2种采矿方法的技术经济比较，确定适宜于该矿体的采矿方法为平底结构分段空场嗣后充填法，并详细介绍矿块结构参数和采场回采工艺，为减少脉外采准工程量、便于无轨设备在采场内通行，出矿上山采用伪倾斜布置，大部分采切工程均脉内布置。该方法与底盘堑沟分段空场嗣后充填法相比，采切比降低三分之二左右，贫化率降低二分之一左右，经济效益显著，对相似矿体的开采具有一定的借鉴和指导意义。

关键词:缓倾斜中厚矿体;平底结构分段空场嗣后充填法;采切比;贫化率

我国金属与非金属矿山中缓倾斜中厚矿体(倾角为5°～30°、厚5～15m)占有相当大的比重，开采该类矿体存在矿石不能借助自重运移、顶板管理困难和采切成本较高等技术难题［1-7］。目前，国内缓倾斜中厚矿体主要采用房柱法、含下盘底部结构的分段空场法、分段崩落法和充填法等;在国外随着大型顶板安全检查车、撬毛车、锚杆安装设备等的推广应用和充填技术的不断发展，该类矿体一般采用房柱嗣后充填采矿法。西北某矿山位于昆仑山脉山前洪冲积平原区，矿区主矿体为缓倾斜中厚矿体。矿区矿体位于当地侵蚀基准面以下，含矿层顶板为厚大的、富水性强的松散岩类孔隙潜水含水层。矿山采用地下开采方式，结合该矿体的具体赋存条件对采矿方法进行了探讨。

1矿体开采技术条件

1．1矿体特征。矿山主矿体呈似层状，形态相对规整，埋深超过300m。矿体倾角较缓，一般为11°～22°，局部为4°～6°;厚5．72～15．90m，平均为8．92m。矿体规模较大，控制长度为900m，控制斜深最大为402m，最小为78m。1．2工程地质条件矿区工程地质岩组可划分为坚硬岩类岩性组(岩体中等完整至完整)、半坚硬岩类岩性组(岩体中等完整至完整)和松散软弱岩类岩性组(第四纪冲洪积层)。矿体顶、底板围岩坚硬岩类岩性组约占8438.46%，半坚硬岩类岩性组约占53．85%，少数为软弱岩类岩组。1．3水文地质条件。矿区位于昆仑山脉山前冲洪积平原区，区内地势较为平坦，地表河流及大气降水为区域地下水的补给源。矿区含水层主要为第四纪冲洪积层，成分为砂类充填的卵砾石，部分为漂石，其次为基岩裂隙含水岩组。冲洪积含水层渗透系数为1．04m/d，抽水试验单孔出水量均大于5000m3/d，属极富水-富水含水层;基岩裂隙含水层渗透系数为0．21m/d，抽水试验单孔出水量小于100m3/d，水量较贫乏。矿区全部矿体位于当地侵蚀基准面以下，矿体上部依次为基岩裂隙含水岩组(平均厚度仅几十米)和第四纪冲洪积含水层。矿区至东侧河流的最近距离仅2．0km，矿体上部含水层补给充沛，水文地质条件复杂。

2采矿方法的选择

本矿床开采不允许顶板冒落，因此，不应采用崩落采矿法。国内对缓倾斜薄到中厚矿体开采方法一般采用空场法。由于矿体均位于当地侵蚀基准面以下，上部为大厚度且富水性强-极强的松散岩类孔隙潜水含水层，为保证作业面开采安全和提高资源利用率，推荐采用空场类嗣后充填采矿法。根据矿床的开采技术条件，可能采用的采矿方法有底盘堑沟分段空场嗣后充填法、平底结构分段空场嗣后充填法。2．1底盘堑沟分段空场嗣后充填法。除布置在矿体上盘的充填工程外，其余采准工程均布置在矿体下盘。采准工程包括穿脉运输巷道、采场溜井、溜井联络道、采区通风斜井、分段沿脉干线、分段出矿进路、集矿堑沟巷道等，因此，脉外采准工程量较高，采切比较大;同时由于需在矿体下盘布置集矿堑沟巷，当倾角较缓时，损失贫化也随之增加。采用该方法时，凿岩爆破均在集矿堑沟巷道内完成，采场崩落矿石由铲运机经分段出矿进路、分段沿脉干线倒入采场溜井，因此，其作业安全条件较好。采矿方法见图1。2．2平底结构分段空场嗣后充填法。该方法适用于矿体倾角小于20°、矿体及围岩稳固性较好的情况。采准工程包括穿脉运输巷、采场溜井、出矿上山、分段凿岩出矿巷道、回风上山以及布置在矿体上盘的充填工程，其采准工程量相对较少，采切比相对较小。由于矿体倾角较缓，因此，出矿上山可伪倾斜布置，大部分采准工程均布置在脉内。采用该方法时，凿岩爆破均在分段凿岩出矿巷道内完成，采场崩落矿石由遥控铲运机在空区暴露面下完成铲装，然后经分段凿岩出矿巷、出矿上山倒入采场溜井。该法对矿岩稳定性、安全管理设备等提出了更高的要求［8］。采矿方法见图2。2种采矿方法的技术经济指标对比见表1。考虑到该矿山矿体及围岩稳固性较好，经综合分析比较，最终推荐选择平底结构分段空场嗣后充填法。

3平底结构分段空场嗣后充填法设计

3．1采场布置及构成要素。中段高度为50m，沿走向80～100m布置一个矿块，每2个矿块划分为一个盘区。矿块间连续间柱宽12～15m，在盘区中央连续间柱内伪倾斜布置出矿上山，与各分段条带内分段凿岩出矿巷联通，一般坡度控制在15%左右，形成采场人员、材料及设备的通道。在盘区两侧连续间柱内伪倾斜布置回风上山，与出矿上山基本平行布置，回风上山与上中段运输平巷连通，形成采场完整的通风风路。采准工程包括穿脉运输巷、分段凿岩出矿巷、出矿上山、矿石溜井、回风上山以及矿体上盘的充填上山、充填联络道和充填钻孔。3．2回采工艺及设备选择。矿块内沿矿体走向划分为多个分段条带，采用间隔回采方式。当一步骤条带回采完成，且充填完成养护、强度满足要求后，才可进行二步骤条带回采。根据矿岩稳固程度，调整分段条带宽度，一般取15m左右。沿分段凿岩出矿巷向出矿上山一端后退式回采，在分段凿岩出矿巷内采用液压凿岩台车凿上向中深孔，分次爆破出矿。崩落矿石由遥控铲运机(3m3)铲装后，经分段凿岩出矿巷、出矿上山倒入采场溜井，下放至装矿水平。3．3采场充填。分段条带开采完成后，及时进行充填。充填管通过充填上山、充填联络道和充填钻孔进入采场。采用全尾砂胶结充填，其步骤为封闭采场所有通道;在封闭隔墙前向采场内引2～4条采场泄水塑料管，并引出采场之外;一步骤充填体强度应在2～3MPa以上，二步骤充填体强度应达到1MPa左右。3．4采场通风。新鲜风流由穿脉运输巷、出矿上山、分段凿岩平巷进入采场工作面。冲刷采场后，污风经过分段凿岩平巷、回风上山排入上中段运输平巷。为了改善采场工作面通风条件，采用JK58-1No4型局扇辅助通风。3．5顶板维护和空区处理。为保证回采作业的安全，并避免矿房回采结束后发生大面积冒落，矿块间连续矿柱仅回收50%，其余均留作永久性矿柱支撑顶板。遥控铲运机出矿前，采用撬毛台车进行控顶;分段条带回采完成后，及时充填空区，减少顶板暴露时间。

4结语

(1)当矿体倾角小于20°时，如采用含底部结构的分段空场嗣后充填采矿方法，尽管提高了采矿作业安全性，但脉外采切工程量较大，矿石贫化率也比较高。结合矿体的具体赋存条件，经比较分析，选择平底结构的分段空场嗣后充填采矿方法。(2)充分利用矿体倾角较缓的特点，为减少脉外采准工程量、便于无轨设备在采场内通行，将出矿上山伪倾斜布置，使得大部分采准工程均可布置在脉内，大大减少了脉外采准工程量。(3)采用平底结构出矿，不需要在采场底部形成堑沟等底部结构，降低了矿石的损失贫化。(4)凿岩爆破均在分段凿岩出矿巷道内完成，采场崩落矿石需由遥控铲运机在空区暴露面下完成铲装，因此，该法需选择大型顶板安全管理设备。(5)平底结构分段空场嗣后充填法虽增加了部分设备投资，但降低了矿块采切比和矿石贫化率，与底盘堑沟分段空场嗣后充填法相比，采切比降低三分之二左右，矿石贫化率降低二分之一左右。该方法在缓倾斜中厚矿体应用，提高矿山的经济效益，对相似矿体的开采具有一定的借鉴和指导意义。

参考文献

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［7］赵长政，王贻明，徐恒，等．某锡矿缓倾斜中厚矿体的分段空场嗣后充填采矿法［J］．金属矿山，2017(7):20-24．

［8］岳振辉．缓倾斜中厚矿体机械化采矿技术研究［J］．机械管理与开发，2017(9):150-151．

作者:严佳龙 单位:长沙智能制造研究总院有限公司