杜 鑫，王春龙

(山东黄金集团玲珑金矿，山东 招远 265419)

1 前言

玲珑金矿矿田位于胶东西北部，处于华夏构造系第二隆起区北部[1]。破碎的钾化花岗岩和绢英岩为矿区矿体上下盘围岩的主要成分，围岩和矿体稳固性均为较稳固[2]，开采矿石密度2.8t/m3，围岩密度为2.6t/m3。矿石大部分赋存于含铁的石英岩中，其次赋存于含金的黄铁绢英岩中[3]。矿体的平均品位1.62g/t，平均厚度为1.24m。目前，矿山采矿方法以平底结构的浅孔留矿法为主，在矿山的开采中主要存在损失率高、采场不稳定等安全技术问题。为得到更好经济效益和保证良好的作业条件，拟对现有的浅孔留矿采矿方法进行优化设计。为此在对当前浅孔留矿法存在的安全和技术经济问题进行评估分析后，提出技术可行、经济上更优的浅孔留矿嗣后充填采矿方法。

2 矿山开采现状及存在的问题

2.1 现行留矿法简述

浅孔留矿采矿方法因其采场结构和采矿工艺简单，采矿成本低，通风条件好，管理方便，并且采场矿石生产能力较大的优点广泛应用于中型小型矿山[4～5]。浅孔留矿法开采一般使用普通采掘工具，国产化采矿设备，设备使用方便并且耗材较低。目前，根据矿体的赋存状况和矿山的生产技术条件，玲珑金矿急倾斜薄矿体开采采用平底结构的浅孔留矿法，采矿方法见图1。先对出矿穿脉施工，再掘进切割巷和脉内顺路。凿岩均采用YSP- 45型上向凿岩机，炮孔排列为“之”字型，炮眼深度、间距、抵抗线依次为1.8、1.0、 0.8m，炮眼的上盘围岩距离为0.3m，距离下盘围岩为0.2m，“之”字形炮眼布置见图2，引爆炸药采用导爆管和电子引爆机远程引爆，并采用微差起爆，采用串并联混联网络[1]。每次浅孔爆破落矿后，放出矿石量为留存矿石的1/3。每分层自层中央向两翼回采，爆破后依次进行通风、除尘、撬顶、平场。控制采幅为1.1m，采下矿石不得大于350mm块度。如采场上部围岩破碎，则沿顺路保留2m宽度间柱。底部结构为装岩机出矿的平底结构，采场不留间柱、顶柱及底柱。

1—沿脉运输巷； 2—穿脉平巷； 3—顺路天井； 4—底柱； 5—间柱； 6—采下矿石； 7—炮孔图1 浅孔留矿法示意图

图2 “之”字型炮眼布置示意图

2.2 存在问题

由于近年来急倾斜薄矿体开采技术的不断发展和矿山地压管理的需要，浅孔留矿法的应用需要简化，不断提高作业机械化程度，进一步降低矿石损失贫化率和提高采场矿石生产能力[6～7]。在玲珑金矿的开采过程中，随着矿体赋存倾角增大，矿体上下盘的稳定性和损失率问题受到更多重视。以下几个问题比较突出。

(1)存在安全隐患。在回采的过程中，由于上盘围岩稳定性的降低导致上盘顶板出现大块围岩滑落，增加了采场矿石贫化率的同时对采场内的作业人员造成较大的安全隐患。

(2)放矿引起顶板塌落。失去留存矿石的支撑，使得上盘顶板失稳进而引起塌落，顶板塌落的大块围岩可能夹滞在采场，此时施工必须停止。人员无法进入、矿石无法放矿。

(3)回采困难。回采不留间柱和顶底柱，在实际实施过程中有很大的困难。大面积的不留顶底柱和间柱会引起采场上下盘稳定性降低，导致后采矿房回采稳定性差，施工困难。

3 采场底部结构优化设计

3.1 优化原则

(1)类框架结构的运用。对玲珑金矿采空区状况进行评估后，提出了采空区处理构想：采用创新的技术或工艺，对于连续矿体开采形成的采空区，运用人工假底的方式将上下中段开采所形成的连续空区在垂直方向按矿房高度将其隔离[8]。隔离后的采空区增加了稳定性，在减少损失率的同时，也为后续矿房开采和充填空区做准备。

(2)回采须考虑采空区的处理[9]。未处理的采空区会带来危害，如地表塌陷、地质资源损失、增加矿石贫化率等，可能危及巷道安全并恶化通风效果。所以，回采施工必须考虑空区的治理，优化后的采矿方法应该有助于增大矿房的生产能力，有效提高出矿质量，并满足采空区综合处理的采矿方案。

3.2 底部结构优化设计

在浅孔留矿法开采中，矿房的底部结构是采场的重要组成部分。矿房底部结构的形式会直接影响矿山的采切量、矿房出矿效率及工人作业环境[10]。绝大多数地下矿山在采用浅孔留矿法开采矿房时，采用的底部结构一般为普通漏斗结构和平底结构两种形式。根据玲珑金矿开采实际，为增加回采率，结合采矿方法优化原则，在现有留矿法的基础上使用类框架结构设计铺设人工假底，以满足回采安全性及后续充填工作的要求。

人工假底的设计施工分两部分组成，包括人工假底准备工作和施工工作。采场底部采准工程施工完毕，先进行切巷挑矿至设计高度，再布置采场下一茬炮孔。人工假底施工按照自下向上的顺序依次进行。首先在切巷铺设200mm的矿石垫层并在碎石垫层上铺设塑料薄膜。再在塑料布上铺设11kg铁道、φ12钢筋和30mm圆钢垫层，见图3和图4。上述工作结束后测试钢筋结构的稳定性，在钢筋结构上施工1m的混凝土垫层(C20)，同时施工各出矿穿及出矿穿间的混凝土斜坡，并保证碎石块度不大于50mm×50mm[2]，在混凝土假底砌筑结束养护7d后回采。人工底柱剖面如图5所示。

图3 人工假底平面图(单位：mm)

1—φ12钢筋； 2—11kg铁道； 3—30mm圆钢图4 钢筋网敷设图(单位：mm)

图5 人工底柱剖面图(单位：mm)

4 采矿方法优化设计

4.1 浅孔留矿嗣后充填采矿法

统计结果表明，在全国地下岩金矿山中浅孔留矿法开采急倾斜薄矿体占比40%左右[11～12]。结合现在矿山地压管理的要求[13～14]，嗣后充填广泛应用于采空区的处理中，浅孔留矿嗣后充填采矿法大量应用到各金矿床的开采中[8]。玲珑金矿浅孔留矿嗣后充填采矿法开采以- 130中段595597矿房为例，经上下中段沿脉、穿脉控制，已基本探明了矿体的赋存状态和矿化特征，该矿体主要为石英黄铁矿及绢英岩。矿化比较连续，品位较不均匀，矿体北倾，倾角在88°左右。平均品位为3.49g/t,矿体平均厚度为1.24m。提交矿量为6 494t，金属量22.66kg。矿体上下盘为破碎钾化花岗岩。经过采矿方法优化后浅孔留矿嗣后充填采矿法如图6所示。

图6 浅孔留矿嗣后充填采矿法设计图

根据急倾斜薄矿体赋存状况及玲珑金矿急倾斜薄矿体生产技术条件，在对矿房底部结构按照设计原则及技术条件优化设计后，得到更加适用于目前开采技术经济条件的浅孔留矿采矿嗣后充填采矿法，底部结构为铲运机出矿的平底出矿底部结构及人工假底结构，保证底部结构的稳定性的同时增加了矿房和采区的稳定性，解决了上部围岩不稳定大块顶板塌落的问题，嗣后充填进一步优化了地压管理。优化后的采矿方法减少了贫化率，并一定程度上增加了生产效率。设计西顺路脉外顺路，东顺路为原597599矿房西顺路，均通过联络穿与采场贯通。

4.2 采矿通风与安全

工作人员在进入工作面前，开动局扇通风并使工作面风流满足作业要求，要求局扇状态良好。该采场采用混合式通风方式，局扇型号FDN04/5.5kW，压入风筒、抽出风筒分别选用φ300、φ350mm的阻燃风筒。局扇开启时，压入式风筒距轨道面0.3m，抽出式风筒距轨道面0.9m，吊挂高度需满足风筒距轨道面要求，局扇与风筒保持平直，压入和抽出风筒应上下平行布置，不得交错。抽出局扇接力通风时，接力局扇与风筒出口距离不超过0.1m。新鲜风流清洗完采场工作面后，污风由东顺路巷道抽出局扇排至- 90回风巷。

①安全规程遵循《金属非金属矿山安全规程》(GB16423-2006)执行，采场共两个安全出口并保证安全出口的通畅，定时清理障碍；②向上钻孔分层采用横撑、木板架设工作平台。横撑间距不大于1.5m，横撑上铺设木板，木板必须铺严，长度与两边撑相搭且长出边撑不小于0.1m，铺板厚度不少于两层，木板边缘距边帮不大于0.2m，木板之间用扒锔扒牢；③横撑撑窝应打在稳固的岩石上，禁止挖在浮石或松石上，窝深0.05m以上，硬度系数低的地点窝深要增加；④采场爆破及处理浮石时，应及时撤掉相对应位置工作台台板，以防损坏，损坏的台板及横撑应及时恢复，保证工作平台及顺路强度，确认安全方准作业；⑤发现有冒顶预兆，须立即停止施工作业并进行处理；大冒顶危险征兆时，立即撤离工作区域；⑥采场防坠措施必须到位，钢丝绳吊挂孔间距不大于5m，钢丝绳吊挂平直、牢固，作业时须系安全带并佩戴安全帽保障工作人员的安全；⑦爆破后待采场安全后方准许进行回采作业，回采前须先处理顶板和两帮的浮石；⑧凿岩作业人员须戴好防尘口罩，使用YSP- 45凿岩机湿式作业，爆破时和装卸矿岩时进行喷雾洒水除尘操作，降低工作面的尘量保障良好的通风效果，污风通过局扇排出工作面；⑨依照支护设计对采场及掘进巷道进行支护。采场内采用横撑对上下盘进行支护。脉外顺路不大于1.0m。横撑直径小头不小于0.16m。

4.3 采空区及矿柱的处理

浅孔留矿嗣后充填采场不设顶底柱，但留间柱，间柱保留后不进行回收。在保障回采率的同时保障采场结构稳定性，防止上盘围岩塌落。由于上部中段对应矿房已施工人工假底，采场采至距上部中段3m时，先在中间上掘一观察井，确认现场情况后，由中间向两翼后退式将矿房与上部中段采透。采场结束，验收合格后即可进行大量出矿。

4.4 技术经济指标

通过对试验采场进行现场标定，采用人工假底结构的采场各项经济指标得到大幅改善。由不留顶底柱、间柱的采矿方法优化设计为留间柱、构筑人工假底的浅孔留矿法。增强了采区的稳定性，留下的间柱和构筑的人工底柱构成的框架体系保证了采场的稳定性，减少了上盘围岩大块滑落的情况。其次，不采间柱使得生产效率有一定程度的增加。增设人工底柱在一定程度上减少了损失率，并有利于采空区的充填，降低了空区垮塌的概率。矿山在实施此留矿法的过程中取得了良好的经济效益，其基本经济指标如表1所示。

5 结语

针对玲珑金矿急倾斜薄矿体浅孔留矿法开采采场不稳定以及顶底柱、间柱回采困难的问题，在原有留矿法的基础上采用人工底柱、不留间柱的浅孔留矿嗣后充填采矿法。采矿方法优化后取得了良好的安全和经济效益。改进后的浅孔留矿嗣后充填采矿法解决了当前采矿方法存在的问题，并适应玲珑金矿目前的矿体赋存环境，是一种安全、高效的采矿方法。

表1 经济技术指标