李冬萍 张浩强

（1.中国有色矿业集团有限公司，北京 100029；2.中色国矿帕鲁特有限责任公司，塔吉克斯坦 瓦赫达 735400）

分段空场采矿法是在金属矿山中应用较多的一种高效率中深孔采矿方法，此方法主要用于中厚及中厚以上矿体的开采，具有开采强度大、劳动生产率高、通风条件好、管理简单等突出优点[1-2]。其中分段高度主要受凿岩设备、装药技术等因素制约，随着近年来凿岩设备日趋大型化，分段空场法的分段高度也在逐渐提高[3-5]。如綦晓磊等[6]研究了高分段采矿在会宝岭铁矿中的应用，其分段高度为20 m；褚洪涛等[7]在柿竹园矿进行了高分段采矿技术的试验研究，其最大分段高度达22 m。近年来嗣后膏体充填技术也在金属矿山得到了迅速发展[8-9]。膏体充填可以将地表废弃物充填到井下采空区，减少地表尾矿库堆存面积，同时有效控制地压，为采场回采创造有利条件。针对破碎的金矿体可以考虑采用分段空场嗣后膏体充填方法提高回采率，降低贫化率，需要根据具体开采条件开展相关技术研究。

某金矿位于塔吉克斯坦国家首都杜尚别东北部约107 km处，隶属瓦赫达特地区。矿山设计规模为66万t/a，2 000 t/d，采用东西风井+斜坡道的联合开拓方案，采矿方法主要采用崩落法和分段空场嗣后充填法。矿区地质受背斜和断层构造作用，围岩以绿泥石绢云母石英片岩为主，岩体稳定差，采空区片帮冒顶频发，矿岩稳固程度与矿房结构尺寸不相适应。同时，采切工程量大、工程布置复杂、采矿效率低等问题尤为突出。为了进一步降低采切比，提高井下采矿生产效率，降低矿山开采成本，亟需对现有的采矿方法进行优化。

1 矿体开采条件

该矿山是热液交代型金矿床，水文地质勘探类型为二类，以裂隙含水层充水为主，勘探复杂类型为中等偏复杂类型。矿体赋存标高2 461～1 750 m，东西走向，垂直延伸，矿体埋藏于地表以下约300 m。矿体范围内构造发育，且多有不规则的岩脉，Pakrut断层从1号主矿体中穿过，对于采矿工程的布置影响较大。井下主要的生产矿体有1号矿体和3号矿体。其中1号矿体为主矿体，矿石平均品位为2.2 g/t，主矿体总体倾角70°～80°，水平厚度6～30 m，西部北西走向，向东转为近东西走向，走向延长约420 m。3号矿体分支严重，形态变化大，厚度不均，大都在1～12 m之间。

现已形成5个中段的开拓工程，其中上部区域的2个中段（2 336 m、2 292 m）靠近地表，设计采用崩落法开采，下部区域的3个中段（2 230 m、2 170 m、2 110 m）设计采用分段空场嗣后膏体充填法两步骤开采。2 230 m中段和2 110 m中段布置4个分段，每个分段高度为12～13 m。

2 采场结构及工程布置

2.1 采场结构参数

以2 170 m中段1号矿体作为研究对象，试验矿块在4号勘探线以西和13号勘探线区域，经过试验得到岩石物理力学参数见表1。

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根据岩石物理力学性质分析及模拟开采结论，采用高分段中深孔空场嗣后充填采矿工艺，每个分段高度由12 m提高到21 m，底部结构高度定为13 m，顶柱留设5 m，把原设计4个分段减少到2个分段。采用“隔一采一”的间隔回采方式，由于2 170 m中段矿体厚度不均，总体呈现两边区域厚大（15～25 m），中间区域细窄（3～12 m）的纺锤状，因此分以下2种情况进行矿块布置：两边厚大区域按照垂直矿体走向划分采场，中间细窄区域按照沿矿体走向划分采场。采场高度为55 m，顶柱留设5 m，每个分段高度定为21 m，底部结构高度为13 m，垂直矿体走向的采场宽度为12.5 m，采场长度为矿体厚度，切割井布置在矿体下盘；沿矿体走向的采场宽度为矿体厚度，长度为25～30 m。典型的垂直矿体走向布置的采场采矿方法如图1所示。

2.2 巷道布置方式

井下采场采用无轨运输方式，每个采场根据采场大小设计2～3条出矿进路，巷道的具体设计规格如下：

分段平巷：分段平巷主要满足矿井通风、矿卡与装载机行驶、设备运输、行人等条件，设计断面为3.5 m×3.3 m。

凿岩进路、堑沟：采用的KQJ100b（D）钻机进行中深孔作业，要求的最低高度为3.3 m，因此设计断面为3.4 m×3.3 m。

出矿进路、出矿联络道：出矿巷的主要作用是满足装载机及铲运机的装矿需求，设计断面为3.4 m×3.2 m。

切割平巷、切割井：由于采用高分段进行拉槽，考虑到拉槽工序对整个采场爆破至关重要，而且拉槽的夹制性比较大，设计切割井断面为3 m×1.5 m；切割平巷满足拉槽垂直中深孔需要，设计3.7 m×3.3 m。

3 高分段中深孔爆破

由于底部结构采用低分段，上部2个分段采用了高分段凿岩，中深孔的施工采用2种不同的凿岩钻机，对于高分段选用KQJ100b（D）钻机，其孔径为96 mm，对于低分段的底部结构选用YGZ90钻机，其孔径为76 mm。

2种规格的钻机所对应的最小抵抗线计算公式：W=（20～30）d，其中d为孔径，因此这里取W100钻=2.5 m，W90钻=2.0 m。孔底距计算公式：a=mW，m=1.0～1.5。根据现场实践经验，这里分为2种情况较为合适，一种是孔深较长的孔（一般超过7～8 m），其孔底距a100钻=3.0 m，a90钻=2.4 m；另一种是孔深较小的孔底距，即边孔，由于边孔爆破时夹制性较大，这里取a100钻=2.0 m，a90钻=1.8 m。最终设计的中深孔凿岩参数及凿岩爆破参数见表2。

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采场爆破总体采用自上而下，自里向外的回采顺序，在爆破过程中上分段一般超前下分段2～3排，基本保证采空区呈阶梯状台阶。在底部结构进行集中出矿，铲运机倒至矿石溜井，最终通过矿卡运至地表。

4 空场嗣后膏体充填

井下采场分为两步骤采矿，一步骤开采矿房，出矿结束后，采用高强度胶结充填，待充填体达到一定强度后，二步骤开采矿柱，出矿后采用全尾砂微胶结充填。采场的切割井与充填井相联通，充填联络道联通充填井，充填井位于采场最顶部，从而最大程度上保障充填体接顶，更好地保证采场安全。

充填之前，在各个出矿进路口和分段进路口砌筑挡墙，挡墙的具体施工方案见图2。

通过砌筑此新型复合充填挡墙对采空区的充填料浆进行封堵，既能有效对充填料浆的侧向压力进行承载，使得充填料浆在凝结过程中处于稳定状态，又可对槽钢进行多次回收利用，达到循环利用的目的，同时具有施工效率高、单位成本低、材料来源广、安全性强、灵活性好的优点。

5 工程应用效果

目前在2 170 m中段已完成充填的采场主要有405#、409#、408#3个采场，经统计，其各项技术指标均优于低分段采场，具体情况如下：

（1）在试验采场405#、409#、408#的平均千吨采切比为4.48 m/kt，对比2 230 m中段、2 110 m中段的采场，其千吨采切比为6.76 m/kt，降低幅度达33.73%，大大降低了采切成本。

（2）经统计3个试验采场的炸药单耗，在高分段区域中，其炸药单耗为0.41 kg/t，每米崩矿量达12 t/m；在低分段区域中，其炸药单耗为0.46 kg/t，每米崩矿量达7.1 t/m；比原有低分段采场的炸药单耗降低了8.70%。

（3）按照单个采场每天爆破2排来进行计算时，高分段区域的单次爆破矿石量可以达到2 500 t，单采场出矿能力可以达到700～1 400 t/d，按照2 000 t/d的井下出矿计划，仅需准备2～3个采场就能满足日常生产要求。

（4）3个试验采场平均损失率为6.8%，贫化率仅为7.7%。相比之前的平均贫化率18.5%，大幅下降了10.8个百分点。采空区暴露时间较长，采场垮塌、围岩片帮、顶板局部冒顶等现象大幅减少。

6 结论

（1）破碎矿体需要研究矿岩稳固程度与矿房结构尺寸的关系，对有代表性岩石及矿体进行物理力学性质测定，分析岩体稳定性，优化矿块结构参数。同时优化现有工程布置、采掘工艺，合理调整爆破参数和充填工艺，才能实现安全高效开采。

（2）通过2年的研究和实践，提出了适用于破碎矿体的中深孔高分段采矿嗣后充填技术，由原设计4个分段减少到2个分段，降低了爆破、出矿等工序管理的复杂程度，提高了生产效率，缓解了采场衔接紧张的不利局面。

（3）通过将高分段采矿法与膏体充填相结合，可以高效回收采场矿柱，同时充填体可有效控制采空区的地压，为相邻采场的回采创造安全条件。该技术提高了井下采矿效率，降低了采矿成本，实现了安全高效开采，为类似矿山提供了很好的技术示范。