黄家贤，宋 甫，危流永，张 宝，周益龙

(1.广西桂华成有限责任公司， 广西 贺州市 542800；2. 长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)

珊瑚黑钨矿浅孔留矿法优化研究

黄家贤1，宋 甫1，危流永1，张 宝2，周益龙2

(1.广西桂华成有限责任公司， 广西 贺州市 542800；2. 长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)

通过对珊瑚黑钨矿浅孔留矿法开采中存在问题的分析，找出应对措施对现有浅孔留矿法进行优化改进。针对采切效率低下、底部放矿结构维护费用高的问题，提出采用用穿脉运输电耙道底部出矿结构代替沿脉运输砼漏斗底部出矿结构。对于矿脉开采损失贫化大、采场整体稳定性和作业安全性差的问题，设计采用人工间柱替代采场预留的间柱，减少采场矿石损失，同时增加人工间柱数量，减少向上开采过程中和大规模放矿时由于暴露面积过大发生顶底板冒落造成的矿石贫化，并改善作业安全条件。优化改进后的浅孔留矿法应用效果好，对同类矿脉开采有借鉴意义。

浅孔留矿法；底部结构；损失率；贫化率

0 引 言

钨是一种高熔点、高硬度的金属，是现代工业不可替代的原材料，广泛用于机械加工、矿山工具、石油钻井、兵器工业和航天航空领域。据2009年美国地质调查局的估计，中国钨储量180万t，所占世界总储量(约300万t)的份额达60%。若按2013年全年13万t的钨产量计算，全球钨资源将在23 a内开釆完毕。因此，许多国家长期将钨作为稀缺资源进行战略储备。

虽然我国是世界上最大的钨矿资源储量国和生产国(约占全球产量的80%)，但从钨矿资源禀赋条件来看，白钨资源占70%(矿石品位小于0.4%或矿石组份复杂、或外部条件差不易开发利用的占85%)，黑钨资源约占30%。同时，目前80%以上的钨精矿产量是用黑钨矿生产的。由于过度开采，优质黑钨矿资源消耗很快，2010年黑钨基础储量比2001年减少51.01%，占总基础储量比重由30.05%下降到18.75%。从开采现状以及钨业长远战略发展来看，我国钨资源前景不容乐观，钨资源优势正在逐渐减弱，资源安全形势严峻，黑钨矿资源急需进行保护性开采，特别是优质黑钨资源。

珊瑚黑钨矿为广西桂华成有限责任公司的主体矿山，以钨、锡资源为主，为国内质量最好的黑钨生产企业之一。珊瑚黑钨矿脉为钨锡石英脉矿床，矿床顶底板岩性为灰岩、砂岩和页岩。在平面上，多条矿脉相距较近(水平距离1～10 m)且大致平行分布，形似“珊瑚”。矿脉群赋存标高175～-200 m，走向15°～40°，倾向南东，倾角在65°～89°。矿脉厚度绝大多数在0.1～2.0 m，平均0.42 m，为急倾斜极薄、薄矿体。截止2013年，珊瑚黑钨矿保有钨锡资源储量800万t，其中，钨(WO3)品位1.18%，锡(Sn)品位0.35%。矿脉和围岩界线清晰，矿石与围岩中等稳固-稳固，受云母层影响时，顶底板易发生跨落。水文地质条件中等-复杂。珊瑚黑钨矿开拓方式为平硐+主副竖井+主副斜井。矿山设计采、选规模为1000 t/d(33.0万t/a)，主要采用浅孔留矿法进行回采，局部破碎矿脉采用削壁充填法回采。

1 现有浅孔留矿法存在的问题

1.1 现有浅孔留矿法简介

(1) 采场结构参数。采场沿矿脉走向布置，采用人工浇筑砼漏斗放矿，沿脉运输巷道内电机车运输。采场长50 m，中段高度50 m，采场宽1.2 m，采场间柱宽4 m，顶柱高3 m，底柱高3 m。浅孔留矿法见图1。

(2) 采准及切割。首先在采场中间施工通风井，两翼顺路架设人行通风井。然后，在沿脉运输巷每隔5～7 m施工斗颈并人工浇筑砼漏斗。最后在底柱上进行拉底，形成拉底层，准备向上回采。

(3) 回采工艺。采用自下而上分层回采，分层高度2 m。在每一个分层中进行凿岩、爆破落矿、通风、局部放矿、松石处理及平场。采用YSP-45或YT-24型凿岩机钻凿浅孔，装岩石乳化炸药，非电导爆管起爆爆破落矿。炮眼按“之”字型布置，炮孔排距0.6 m，孔距1 m，孔深2 m。每次落矿后，仅放出约1/3的矿石，其余矿石暂留采场，作为继续向上回采的工作平台，保持2 m继续回采空间高度。然后，处理松石、平整工作场地，进入下个作业循环，直到当采场回采至顶柱。最后，进行大量放矿。

图1 浅孔留矿法

(4) 地压控制。约3 m厚底柱、3 m厚的顶柱和人工间柱配合以控制地压。

(5) 主要技术经济指标。采场生产能力为50 t/d；损失率为25%；贫化率为60%。

1.2 现有浅孔留矿法开采问题分析

目前，珊瑚黑钨矿浅孔留矿法回采矿脉时遇到4方面的问题：

(1) 采场底部放矿结构掘进效率低，底部结构维护成本高。由于采用沿脉运输人工砼漏斗出矿底部结构，在开采矿脉厚度大(或者品位高)或巷道构造弱面发育情况下，采场3 m厚的底柱便无法预留，需要施工人工底柱代替，同时增加砼支护以改善漏斗放矿沿脉运输的安全(见图2)。由此一方面造成底柱矿石铲装作业量增加、掘进效率降低以及相关安全投入增加；另一方面增加了人工底柱施工费用，以及巷道和漏斗维护费用，进一步降低了采切效率。

(2) 采场向上开采过程中的作业安全问题。珊瑚黑钨矿平行矿脉较多，在临近采场开采结束形成采空区后，相邻范围(约4～8 m)矿脉的开采过程中易发生大面积冒落、坍陷，危及采场工人。在一些受云母层影响严重，顶底板极易发生大面积跨落，安全隐患大。

图2 浅孔留矿法砼漏斗出矿结构横剖图

(3) 采场向上开采过程中的矿石损失贫化大。矿石损失主要是采场预留的间柱和顶底柱损失，损失率为18%。矿石贫化主要有两个方面，是为了保证1.2 m作业宽度必须采下的围岩造成的贫化，贫化率约40%，二是受构造弱面控制，空区暴露面积大，采场上采过程中发生大面积顶底板围岩冒落造成贫化，贫化率为20%。

(4) 采场向上开采结束，进行大放矿时，由于顶底板围岩大片跨落造成的矿石严重贫化或采场矿石因大块“卡死”被报废造成采下矿石永久损失问题。

2 浅孔留矿法优化改进

2.1 浅孔留矿法优化改进思路

通过分析珊瑚黑钨矿现有浅孔留矿法设计中存在的问题，结合前期对该矿工程地质调查和开采技术条件，有针对性地对现有浅孔留矿法进行如下优化改进：

(1) 为提高采场底部放矿结构掘进效率，降低底部结构维护成本，采用穿脉运输电耙道底部出矿结构代替沿脉运输漏斗底部出矿结构(见图3)。由电耙道代替沿脉运输巷、脉外漏斗代替砼漏斗，提高了巷道的掘进效率，降低了掘进费用、巷道维护费(支护等)及相关安全措施费用，不影响采场放矿能力。

(2) 通过架设人工间柱(见图4)，减小了空区暴露面积，提高采场整体稳定性和作业安全性，减少向上开采过程中留存部分废石在采场作为人工间柱和大规模放矿时顶底板冒落造成的矿石贫化。同时，以人工间柱替换采场间柱，减少采场矿石损失。另外，增加了人工间柱数量的采场在回采结束后，采空区稳定性更好，多层矿脉回采的安全性得到整体改善，底柱回收也容易很多。

图3 浅孔留矿法电耙道底部出矿结构横剖图

2.2 浅孔留矿法优化改进方案

珊瑚黑钨矿浅孔留矿法优化改进方案是通过采用电耙道底部出矿结构和增加人工间柱来应对目前采场生产存在的一系列问题。因为人工间柱——废石充填格上方需要采用削壁充填法进行开采，可以说该优化改进方案是综合了削壁充填法与浅孔留矿法工艺特点的一种采矿方法。

(1) 采场结构参数。采场沿矿体走向布置，采用穿脉运输和电耙道底部结构出矿方式。采场长100 m，高50 m，宽1.2 m。底柱2.5 m，不留顶柱和间柱。沿走向将采场按划分为4个独立的废石充填格(即人工间柱，长度5～7 m)和矿石格(见图4)。

(2)采准切割。首先在采场中间掘进人行通风井。然后在穿脉施工沿脉电耙道。最后，在矿石格下面的电耙道每隔5～7 m施工漏斗，经扩漏形成拉底层。随着开采进行，在采场两端架设顺路人行通风井。

(3) 回采工艺。回采工作从拉底巷道开始自下而上分层回采。在矿石格上的回采作业与珊瑚黑钨矿浅孔留矿法一样，此处不再赘述。

但在废石格上的回采作业须采用削壁充填法回采工艺次序，设计为先采矿后削壁充填废石格，形成人工间柱。由于围岩的碎胀系数为1.5，所以采矿与削壁充填的宽度比例关系基本是1∶2。为减少矿石损失，在处理的松石和平整好的废石充填体上铺上彩条布，然后把长1.5～2.0 m的胶垫铺设在上面，要求胶垫之间有20 cm以上的搭接，必要时根据落矿时炮眼方向辅设过梁胶垫。落在废石充填格上部的矿石人工运搬至两侧矿石格，均通过下部的放矿漏斗放出。每次落矿后，通过下部的漏斗放出部分矿石，其余矿石暂时留在采场内，以保证作业面有2 m高的作业空间，待采场最上一分层落矿完成后大量出矿。

图4 浅孔留矿法优化改进方案

(4) 地压控制。2.5 m厚底柱和4条人工间柱配合以控制地压。

(5) 主要技术经济指标。采场生产能力为60 t/d；损失率为10%；贫化率为40%。

2.3 浅孔留矿法优化改进前后技术经济指标对比

珊瑚黑钨矿浅孔留矿法优化改进前后主要技术经济指标对比见表1。

表1 珊瑚黑钨矿浅孔留矿法优化前后技术经济及优缺点

不难发现，经优化改进后的浅孔留矿法方案较现有方案在采切效率有较为明显的提升，主要因为改用电耙出渣提升机械化水平，大大提高了作业效率，并降低了采切工程掘进费用。由于电耙道断面尺寸小，放矿漏斗布置在脉外下盘，保护了底柱的完整性，底部出矿结构的稳定性好，降低了维护费用，仅在局部可采用喷砼处理即可满足生产。另外，通过采用人工间柱替换采场间柱的方式，减少采场间柱矿石损失。同时，增加了数量的采场人工间柱提高采场整体稳定性和作业安全性，减少向上开采过程中(留存在采场的废石)和大规模放矿时顶底板冒落造成的矿石贫化。

3 结 论

浅孔留矿法在珊瑚黑钨矿已推广应用多年，积累了丰富的经验，为矿山生产带来不错的效益，但是该方法在开采矿脉仍存在一些设计局限，需要进行优化改进，以更好的服务矿山生产和发展。

通过对珊瑚黑钨矿目前矿脉开采中存在的主要问题的细致分析，逐一找出相应的应对措施，对现有浅孔留矿法进行优化改进，主要有以下两方面：

(1) 对于采场底部放矿结构掘进效率低下，底部结构维护费用高等存在问题，设计用穿脉运输电耙道底部出矿结构代替沿脉运输漏斗底部出矿结构，掘进效率提升200%，巷道掘进费用降低约20%，巷道维护费降低70%，效果良好。

(2) 对于矿脉开采损失贫化大、采场整体稳定性和作业安全性差等存在问题，设计采用“人工间柱”替代采场预留的间柱，减少采场矿石损失。同时，增加采场“人工间柱”数量，减少向上开采过程中(留存部分废石在采场作为“人工间柱”)和大规模放矿时顶底板冒落造成的矿石贫化。另外，数量较多的“人工间柱”采空区稳定提供了保障，后期采空区处理也较为方便，多层矿脉回采也安全性得到整体改善。

[1]张 宝.赛什塘铜矿采矿方法优化研究[J].矿业工程，2011，9 (2):18-20.

[2]杨 殿.地下矿山设计原理 [M].长沙：中南工业大学出版社，1995.

[3]危流永，张 宝，宋 甫,等.珊瑚钨矿急倾斜极薄矿脉群联合开采方案优选 [J].采矿技术，2014，14(4):1-4.

[4]夏建波，梁 诚，刘亚力.花石头矿区分采充填与留矿联合采矿法应用[J].昆明冶金高等专科学校学报，2007，23(1):25-27.

[5]张伶年，尹彦波.急倾斜极薄矿脉采矿方法优选研究 [J].采矿技术，2010，10(3):29-30.

[6]黄志才.浅孔留矿法在茶山锑钨矿开采中的应用[J].采矿技术，2008，8(4):13-14.

[7]卢伟国，徐克刚，王 洋，等.削壁充填留矿采矿法试验研究与应用[J].黄金，2003，23(11):24-26.

[8]朱定福. 削壁留矿法开采急倾斜极薄矿脉[J].科技传播，2011(22):142-143.

2014-08-13)

黄家贤(1963-)，男，广西玉林人，采矿工程师，本科，主要从事矿山生产管理工作,Email:zhangbao850812@126.com。