郝学冉 叶振华

（1.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室）

钼、镍是重要的战略金属，广泛应用于国民经济和国防军工等领域。随着我国经济的快速发展，对钼、镍等矿产资源的需求量加大。我国的钼镍矿主要分布在贵州遵义、湖南西北、湖北都昌、云南曲靖和浙江富阳等地区。特别是贵州地区的钼镍资源量储量大，品位高，具有巨大的经济价值。但由于该地区的矿体倾角普遍较缓、矿体极薄，开采难度大。因此，选择合适的采矿方法，对提高当地钼镍矿生产能力，提高回收率具有重要意义。国内缓倾斜极薄矿体的开采主要采用全面法、充填法或其综合方案，存在的问题主要是劳动强度大、损失贫化大、矿房生产能力小等问题。本研究结合矿山实例，提出采用上向水平削壁充填法，能在一定程度上解决上述问题，值得类似缓倾斜极薄矿体开采的借鉴。

1 开采技术条件

贵州某钼镍矿为同生沉积多金属矿床，位于牛蹄塘组底部，矿体呈层状产出，其产状与地层的产状一致，为单矿层，与围岩界线明显。矿区内沿走向延伸约1 600 m，沿倾向延伸约300 m，矿体倾向为32°～95°，倾角为13°～35°，平均倾角为25°，矿层厚度为0.06～0.16 m，平均厚0.10 m。矿层平均密度为3.23 t/m3。Mo平均品位为5.82%，Ni平均品位为4.08%。

含矿地层上覆围岩主要为碎屑岩类岩石，碎屑岩类岩石主要为粉砂质泥岩和炭质泥岩。该类岩体抗压强度低，饱水后强度降低，当失去原岩应力平衡状态后，以离层或沿滑动面滑脱失稳为主要表现形式。含矿地层为碎屑岩，以泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、矿层、炭质泥岩为主，该类岩体力学强度低，遇水易软化，塑性强，岩石完整性较差，岩体稳定性差，巷道掘至该层段时，易产生顶部塌陷及底鼓、片帮等现象。含矿地层的下伏地层为灯影组，岩石大部分属块状结构，中—厚层状，结构面较层状结构岩体少，属较硬岩组，岩体致密坚硬，稳定性好。

矿层的直接顶板为高炭质页岩。取样测试表明，天然单轴抗压强度为5.1～61.5 MPa，为半坚硬岩组类；矿层顶板稳定性较差，且遇水产生泥化，为不稳定的顶板。底板为碳质泥岩、白云岩，碳质泥岩一般厚为1 m，较薄区为白云岩底板，白云岩取样测试结果，天然单轴抗压强度为18.9～117.1 MPa，为坚硬岩组类，由于碳质泥岩较薄，下部的白云岩稳定性强，矿层底板稳定性较好。

2 采矿方法选择

2.1 开采技术特点

本矿为缓倾斜、极薄矿体，上盘围岩稳固性差，参照类似生产矿山，该赋存条件的矿体多为难采矿体，主要原因有以下几点。

（1）采矿作业要在采场内直接顶板下进行，作业环境差、安全程度低。

（2）矿体倾角缓，矿石不能借助重力沿采场底板自溜放矿，制约采场生产能力。

（3）由于矿体厚度小，采准巷道相对要多，回采的千吨采切比大，增加了采矿成本。

（4）矿山的地表不允许塌陷，选择合适的采空区处理方法也是该矿面临的问题。

2.2 采矿方法初步选择

根据矿岩稳固性，倾斜、缓倾斜薄、极薄矿体可能采用的采矿方法［1］见表1。

本矿矿石和上盘围岩不稳固，底板稳固。依据影响采矿方法选择的主要因素分析结果，对照表1，可选择的采矿方法有崩落法、充填法，通过加强采场支护，也可采用空场法。因环境保护的需要，地表不允许塌陷，只能采用充填法、空场法中的全面法，同时，全面法开采需嗣后充填采空区。因矿体的空间形态比较清楚，产状稳定，为单层矿，根据地下金属矿山的开采经验，最好采用单一采矿方法［2-3］。

2.3 采矿方法的确定

全面采矿法属空场采矿法的一种，适宜开采缓倾斜、薄和中厚矿体，单层回采。在矿块中留规则的或不规则的矿柱。矿石回采多采用浅孔落矿，电耙搬运。该法主要缺点：①本矿顶板不稳固，钼镍属贵重金属，为尽量回收资源，需用混凝土预制块或液压支柱等代替矿柱，工作量增大；②矿区采空区地表不允许塌陷，若采用全面采矿法，采空区要尾砂充填，要建立充填系统，不仅前期投资大，采矿成本高也较高。

削壁充填采矿法是将矿岩分爆分采，先将下盘围岩采下，就地充填采空区，维护采场顶板，再用松动爆破爆下矿石，由电耙或铲运机将矿石运出采场。削壁充填采矿法在国内缓倾斜极薄矿脉通过长期运用，得到不断发展，主要改变是作业方式由人工作业进步到机械化作业。目前常用的削壁充填采矿法有扇形向上式充填采矿法、倾斜分层充填采矿法、长臂式削壁充填采矿法、水平分层削壁采矿法等。为提高机械化水平，确定采用上向水平削壁充填法。优点是：①根据本矿底板稳定性较好的特点，采用下盘脉外斜坡道，灵活性大，安全可靠；②采取技术措施可以改善生产环境和作业条件，保证安全生产；③回采时能控制采幅高度，可以减少矿石贫化和损失；④采场内可以应用低矮式的采矿设备，提高矿块生产能力。

经研究总结矿山过去全面法生产技术指标，并经过上向水平削壁充填法采场实验，上述2种采矿方法的技术经济指标见表2。

经过比较，对生产规模不大的矿山，不宜选用嗣后充填的全面采矿法。上向水平削壁充填采矿法的主要经济技术指标占优，因此推荐选择该采矿方法。

3 回采工艺

3.1 适用条件

顶板、矿体不稳固而底板稳固的极薄矿体，倾角为10°～35°，标准采场倾角取25°，矿体厚度取0.10 m。

3.2 采场布置与结构参数

采场沿矿体走向方布置，矿块长度为50 m，阶段高度为20 m，矿块斜长约49 m，分段高度为7.5 m。不留底柱，留2.5 m顶柱，矿块间设2 m隔离矿柱。采矿方法图见图1。采用上向水平削壁充填，下盘采区斜坡道连接采场分层联络道，铲运机出矿。

3.3 采准与切割

采区运输为下盘斜坡道形式，采准切割包括采区斜坡道、分段联络道、分层联络道、回风天井等。在下盘从中段运输巷向上开掘采区斜坡道，按约14%坡度掘进，从斜坡道开掘2条分层联络道通向矿体。在矿块中央从中段运输巷掘分段联络道；沿矿体下盘，在矿块中央掘进回风天井。从分段联络道掘切割平巷，作为削壁爆破时的自由面。

3.4 矿房回采工艺

选用YT28型凿岩机进行凿岩，炮孔直径为40 mm。削壁炮孔沿走向布置，削壁孔与走向成40°～45°，孔深1.6 m，最小抵抗线0.8 m，排距0.6 m，孔距0.7 m，每排3个孔，每次凿3排孔。落矿孔与走向垂直，间距1.2 m，孔深1.2 m。落矿孔和削壁孔钻凿依次完成［4］。

采场内回采顺序采用自下而上推进，水平回采分层高1.2～1.5 m，宽1.0～1.1 m。在回采分层中，由采场中央沿走向向两翼推进，直至采场边界。先运用抛掷爆破削壁下盘围岩充填采空区，再采用松动爆破进行落矿。落矿后，视顶板稳定状态采用锚固或金属支架进行护顶，便可出矿。矿石由EHST-0.5型微型铲运机从工作面铲装，经联络道运送到中段运输巷装卸点。落矿用乳化炸药炸药，电子雷管起爆［5］。

3.5 通风

新鲜风流由阶段巷道，经分段联络道进入采场工作面，清洗工作面后，再由回风天井汇入上中段平巷；或由阶段巷道，经采区斜坡道、分层联络道进入，进入采场工作面，清洗工作面后，再由回风天井汇入上中段平巷。

3.6 充填

采空区进行充填处理，采用削壁充填法，属干式充填法的一种，该方法能有效控制地压，适用于开采本矿缓倾斜极薄的矿脉。削壁的厚度和宽度应满足铲运机工作空间的要求，根据铲运机的型号，削壁厚度为1.2～1.5 m，削壁宽度为1.0 m，因矿体厚度极薄，考虑围岩崩落后的松散系数，约30%的围岩需运出采场。

矿房采场回采后，矿柱不回收。

4 应用效果

根据工业试验及生产应用，采用上向水平分层削壁充填采矿法回采是成功的。在缓倾斜极薄矿体开采中采用小型铲运机运输和辅助充填，应用抛掷爆破技术，保证了作业安全。小型铲运机机动灵活，提高了采场生产能力，降低了工人劳动强度。矿岩分次爆破、定向抛掷爆破充填，完成了废石运搬和充填接顶，削壁时围岩抛掷，效率可达到80%～90%［6］。

缓倾斜极薄矿体采用全面法开采时矿岩混采，会造成很大的贫化和损失，有类似矿山贫化率高达50%，损失率高达40%，不仅影响矿山经济效益，而且造成国家矿产资源的浪费。该矿山生产规模年采选2万t/a，采用上向水平分层削壁充填采矿法比全面采矿法提高回收率8%，贫化率降低15%，按照选冶指标，每年可多产钼酸铵230 t，虽然年采矿成本增加140万元，但矿山税前年利润提高约780万元，经济效益明显改善［7］。

5 结语

钼镍矿分布广泛，赋存形态以缓倾斜极薄矿脉为主，因其具有较高的经济价值，找到合理的采矿方法有重要意义。根据某钼镍矿的开采条件，选择了上向水平削壁充填采矿法，该法的特点：①通过废石充填处理采可空区，控制空顶距，加强顶板支护，保证了顶板不稳固缓倾斜极薄矿体的开采作业安全；②采用矿岩分爆分采，减少了废石汇入矿石中，提高了出矿品位；③通过使用低矮式铲运机，提高了矿块生产能力，降低了开采成本。该采矿方法可用于该地区分布广泛的钼镍矿开采，对加快当地的钼镍资源开发具有积极意义。