缓倾斜中厚矿体安全高效采矿方法工艺技术应用.pdf

ISSN 1671-2900 采矿技术 第 20 卷 第 3 期 2020 年 5 月 CN 43-1347/TD Mining Technology，Vol.20，No.3 May 2020 缓倾斜中厚矿体安全高效采矿方法工艺技术应用 张胜光 1, 2. 3，廖文景1, 2, 3 1.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012； 2.湖南铭生安全科技有限责任公司， 湖南 长沙 410012； 3.金属非金属矿山安全技术国家重点实验室， 湖南 长沙 410012 摘 要花垣县猪圈坪铅锌矿为一多矿体复合构成的矿床，矿体倾角较缓，厚度中等。矿 山一直采用房柱法开采，贫化损失大且安全风险高。通过采矿方法改造，设计研究了两 步骤中深孔房柱式嗣后尾砂胶结充填采矿法开采，现场实施取得了较好的技术经济指 标，回采率由 50提高至 89，贫化率由 20降低至 10，企业年利润提高了 2000 万， 取得了良好的经济效益和安全效益。 关键词缓倾斜中厚矿体;两步骤采场;中深孔落矿;嗣后胶结充填 花垣县猪圈坪铅锌矿体为一中厚缓倾斜矿体， 矿体产于寒武系下统清虚洞组第三亚段层藻灰岩 鲕粒灰岩、含藻砂屑灰岩及砂屑灰岩中，矿床顶底 板及矿岩岩质属坚硬岩石类型，稳定性好。矿体平 均厚度为 10 m，平均倾角为 10，水平延伸长度为 300 m，倾斜延伸长度为 200 m。矿山前期一直采用 浅孔房柱法开采，回收率只有 5060，贫化率 为 20以上，生产作业人员一直在高危空区内进行 开采作业，安全风险很高，企业也一直维持在盈亏 平衡边缘运营。通过此次的采矿方法研造，重新设 计了采准工程、凿岩爆破方式和出矿工艺，优化了 采场的技术经济指标，克服了人员在空区内的高风 险作业，实现了企业的安全经济效益双提升。 1 采矿方法设计原则 矿山企业位于湖南省湘西州花垣县少数民族 聚集区，地处中高山区，地形切割较深，地表水系 不多，猪圈坪铅锌矿海拔最高 841.439 m，附近海 拔最低 295 m，相对高差 300500 m。整合后猪圈 坪铅锌矿资源储量计算最低标高为 193 m，最高标 高为 585 m，主要工业矿体以上为较好植被，考虑 地方政策、历史原因和保护地表环境的需要，地表 不允许陷落，矿体资源可采储量为 230 万 t，设计 采用地下开采，设计生产能力为 30 万 t/a，矿山采 用斜坡道开拓，浅孔房柱法开采，铲车和汽车联合 出矿运输。 根据我国现行的行业产业发展规划与政策，综 合全面分析猪圈坪矿山开采技术特点、地方人文产 业环境、企业生产经验模式，其采矿方法设计必须 遵循以下原则 （1）必须严格遵规守法，牢固树立安全生产 第一的原则； （2）必须充分考虑采矿方法与各项开采技术 条件和生产技术条件的安全、经济的适合匹配性； （3）必须考虑采矿方法工艺简单、技术成熟 可靠和适应性强的设计应用原则； （4）必须考虑采用经济合理、低贫损、低成 本的采矿方法设计应用原则； （5）必须消除空区安全隐患，地表不允许塌 陷的设计应用原则； （6）必须考虑充分利用现状工程、人员技术 力量和生产设备，避免重复投资而造成浪费的 原则。 通过分析采矿方法技术设计应用的原则，设计 首先考虑采用充填采矿法进行开采。为提高企业经 济效益，此次设计考虑采用尾砂胶结充填采矿法和 废石充填采矿法进行对比分析。通过对其两种方法 的安全性、现状适应性条件、资源回收利用程度、 实施的可操作性、总体经济效益 5 个方面进行分析 评价，最终设计推荐应用两步骤中深孔房柱式嗣后 尾砂胶结充填采矿法进行开采。 采 矿 技 术 2020,203 2 2 两步骤中深孔房柱式嗣后尾砂胶结充填 采矿法 2.1 方案特点 该方法主要是回采缓倾斜矿体，矿体厚度大于 8 m，倾角为 010甚至更大的矿体。该方案首先 将矿体垂直走向（或沿走向）划分为矿房和矿柱， 一个矿体划分为平行的多个矿房和矿柱。首先回收 一步骤矿房，在矿房底部布置凿岩道，进行上向扇 形中深孔凿岩，端部后退式崩矿，铲车端部后退式 出矿，空区内剩余部分残矿采用遥控铲车回收。该 一步骤矿房回采结束后，封堵空区底部通道，采用 高强度的尾砂胶结充填体从上部顶板充填回风平 巷和充填小井内下料充填空区。平行的一步骤矿房 可以多个同时进行，待充填接顶和充填体养护强度 达到要求后再采用同样方法回采矿柱，第二步骤矿 柱回采后则可以采用尾砂非胶结充填。采矿方法技 术方案如图 1 所示。 图 1 两步骤中深孔房柱式嗣后尾砂胶结充填采矿法 2.2 矿块布置参数 矿块垂直矿体走向（或沿走向）布置，划分为 两步骤矿房和矿柱，矿房长度为矿体中段内的延伸 长度，依据矿体的产状划分一般设计为 5060 m， 矿房设计宽度为 12 m，矿柱设计宽度为 15 m，高 度为矿体的垂直厚度。部分矿体需要留设顶底柱， 顶底柱厚度分别设计要求为 910 m。 2.3 采准切割 采切工程主要包括上下沿脉运输巷道（中段 运输巷道） ，采场联络道，中深孔凿岩巷道（出矿 巷道） ，充填回风井（切割天井延伸） ，上部充填回 风平巷，切割横巷，切割天井延伸充填井，充填 回风平巷。首先在分段水平位置脉内布置沿脉运输 巷道，从沿脉运输巷道内布置采场联络道至采场边 界，在采场中央位置布置中深孔凿岩道（兼出矿巷 道）至采场上部边界，通过上部通风联络巷道贯通 上分段沿脉运输平巷，在采场上部边界布置切割横 巷和切割天井，切割天井向上延伸 3 m 构成充填小 井，充填小井联通上部水平的充填回风平巷即构 成采场的全套采准切割工程。采准切割工程量详见 表 1。 2.4 回采工艺 采场回采工艺主要由凿岩爆破、装（出）矿、 通风、充填等环节组成。 （1）凿岩爆破。设计采用传统的上下扇形中 深孔凿岩爆破，采用 YGZ-90 钻机进行凿岩，设计 凿岩深度为 515 m，局部达到 20 m，孔径 6570 mm，炮孔排距 1.51.8 m，孔底距 1.82.0 m，一个 采场从上端至下端一次性施工完毕。局部中深孔难 以施工的地方采用 YT28 气腿式浅孔凿岩机进行补 张胜光，等缓倾斜中厚矿体安全高效采矿方法工艺技术应用 3 表 1 采准切割工程量 巷道断面 巷道长度 序号 名 称 规格/mm 断面积/m2 单长/m 数量/条 总长/m 工程量/ m3 1 沿脉运输巷道 3.23.5 10.6 12 2 24 254.4 2 凿岩巷道 2.82.85 7.5 50 1 50 375 3 采场联络道 3.23.5 10.6 3 2 6 63.6 4 充填回风巷 2.02.0 4.0 12 1 12 48 5 充填回风井 2.02.0 4.0 3 1 3 12 6 切割横巷 3.23.5 10.6 12 1 12 127.2 7 切割天井 2.02.0 4.0 8 1 8 32 总计 115 912.2 充钻孔，浅孔孔径为 3540 mm，孔深为 23 m，排 距为 0.8 m，孔距为 1 m。 爆破工作则首先在采场端部利用已经布置好 的切割横巷和切割天井， 组合爆破形成约23 m宽、 高度为矿体垂直厚度的切割槽。以切割槽为自由面 进行中深孔侧向爆破崩落矿石。爆破主要采用 BQF-100 型装药器在孔内压入粉状铵油炸药，孔内 采用双导爆管雷管起爆，每次爆破 23 排炮孔。浅 孔爆破直接采用人工装入卷状铵油炸药（或乳化炸 药）进行单独爆破或与中深孔组合爆破。爆破顺序 则是在采场上端切割槽位置开始逐步往下后退式 逐段爆破。 （2）出矿。爆破崩落的矿石利用原中深孔凿 岩巷道出矿，要求出矿人员不能进入前端空区，出 矿设备主要是利用现有的铲车设备。在凿岩巷道端 部利用铲车铲装矿石，铲出矿石装入汽车内，直接 运至地表矿仓或选厂。空区内每次爆破的矿石要求 铲出大部分，剩余部分留存在空区内的矿石，则在 爆破步距推进 20 m 左右时，采用遥控铲车（或铲 运机）进行残矿回收。 （3）采场通风。新鲜风流从矿房下侧的沿脉 运输巷道和采场联络道输送到采场工作面中，清洗 工作面后浑浊的风流经采场上端的充填回风井和 充填回风平巷排出地表。为保证采场工作面通风条 件良好，应根据现场实际情况加以局扇辅助通风。 （4）充填。矿房内矿石回采完毕后，首先在 采场上下两端的采场联络道口构筑充填挡墙进行 密闭，充填挡墙可采用混凝土墙、砖墙或木板墙， 封闭墙必须具有较好的滤水功能。而后沿上端充填 回风平巷和充填回风井内架设联通充填管道进入 原采场空区顶部，进行尾砂下料胶结充填该第一步 骤矿房空区。充填工艺要求分层分次充填，一次充 填高度约为 1 m， 最后必须确保有 90以上接顶率， 设计要求尾砂充填料浆灰砂比平均约为 16，待第 一步骤充填体强度和接顶率达到要求后方可回采 第二步骤采场。 2.5 主要技术经济指标分析 采用两步骤中深孔房柱式嗣后尾砂胶结充填 采矿法开采时，对比其材料消耗、生产成本构成进 行了现场收集和一一核定，总结其各项计算结果， 采矿车间直接成本费用见表 2。 表 2 两步骤中深孔房柱式嗣后尾砂胶结充填采矿法 采矿车间直接成本 成本项目 成本/元∙t−1 采切、回采、充填作业成本 77 采准切割 14.4 回采作业综合成本 35.4 充填 22.2 其他 5.0 采矿车间制造成本 15.0 合计 94.0 注不含管理和税费。 设计单个采场地质矿量为 1.99 万 t，出矿量为 1.77 万 t，取得的各项具体技术经济指标以及与原 采矿技术经济指标对比情况见表 3。 表 3 采矿方法改造前后采矿技术经济指标对比 经济指标 采场生产 能力/t∙d−1 整体 损失率/ 采场 贫化率/ 千吨采切 比/m∙kt−1 每米炮孔崩 矿量/t∙m−1 凿岩台效/ m∙台班−1 出矿台效/ t∙台班−1 采效工效/ t∙工班−1 回采直接成 本/元∙t−1 采矿车间成 本/元∙t−1 企业年总利 润/万元 新采矿方法 200 11 10 6.5 89 4050 200 80 35.4 94 6300 原采矿方法 80 50 20 5.8 23 1020 50 20 32.4 86 4230 （下转第 7 页） 赵兴东，等后退式落矿干式充填采矿法在三道桥铅锌矿的实践 7 填采场，不需要运送至地面处理，节省废石提升运 输费用，同时废石充填对于改善地压，控制围岩冒 落和地表下沉具有良好作用。 （3）垂直中深孔后退式落矿干式充填采矿法 在三道桥铅锌矿实践证明，中深孔对于开采急倾斜 36 m 厚矿体是可行的，这对于未来如何更好地开 采薄矿体，具有较好的借鉴意义和推广价值。 参考文献 [1] 严成涛.中深孔高分段空场法开采急倾斜薄矿体[J].金属矿山, 2009S1196-198. 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[6] 郭燕忠.缓倾斜薄矿体采矿方法对比分析[J].现代矿业,2016,326 27-28. 收稿日期2019-09-25 作者简介张胜光1987，男，湖南益阳人，工程师，主 要 从 事 矿 山 技 术 设 计 研 究 和 安 全 论 证 工 作 ， Email 378830630。