小巷大柱分采法在镰子沟金矿Ⅱ-2号矿体的优化研究

2022-12-18吴祥辉周国伟周金隆朱满怀

中国金属通报 2022年9期

柯平，吴祥辉，周国伟，周金隆，胡鑫，朱满怀

镰子沟金矿Ⅱ-2号矿体产状复杂、厚度薄、倾角缓，属品位低极难采矿体。在开采过程中，矿体回采率低、贫化率高、部分地段采切工程量大，难以做到机械化开采，同时矿块生产能力小、经济效益差。有鉴于此，总结并找到适合此种矿体开采的采矿方法便显得尤为重要。

镰子沟金矿在开采过程中，不断总结、试验、创新，最终总结出了适合此种矿体开采的采矿方法—小巷大柱分采法，解决了Ⅱ-2矿体采矿难的问题，并在矿山开采过程中得到使用，并取得了较好的经济效益。

1 矿体地质特征

镰子沟金矿Ⅱ-2号矿体分布于37勘探线～23勘探线之间，矿体走向东北，矿体产状110°～170°∠15°～45°，属于缓倾斜薄矿体；厚度处于0.5m～3.5m之间，平均厚度1.50m，平均品位2.34g/t。矿体赋存于北东向缓倾斜断裂构造带中，主要由蚀变岩组成，局部夹有石英脉，厚0.10m～0.40m，主要矿化为黄铁矿化、褐铁矿化、辉钼矿化、方铅矿化、偶见少量铜蓝和孔雀石化，蚀变有硅化、钾化、高岭土化及碳酸盐化。矿体形态复杂，似层状、透镜状；沿走向和倾向呈舒缓波状，膨胀狭缩现象较多；矿体受断裂构造控制较多，上盘围岩较稳固，下盘破损，破矿断层发育，对矿体影响较大。矿山采用地下开采，平硐+盲斜井联合开拓方式，中段高度25m，采用单翼对角式通风系统。

2 早期开采效果

矿床开采技术条件和水文地质条件对采矿方法的选择起到控制作用，开采技术条件主要包括矿石与围岩的物理力学性质，主要涉及矿岩的稳固性，从而决定采场地压管理方法、采场结构参数和回采工艺；矿体倾角主要影响矿石在采场内搬运方式；矿石的品位与价值涉及采矿方法及其回采率与贫化率。

选择采矿方法是主要考虑如下因数：①安全与良好的工作条件，②最大限度的采出地下矿产资源，③生产能力大，劳动生产率高，④生产成本低，经济效益相对较好。

鉴于以上原因，早期开采时，选择留矿全面法对本矿床Ⅱ-2号矿体进行开采。

2.1 矿房布设要素

矿房高度为中段高度40m，斜长处于80m～120m之间，矿房长度沿走向布设，为50m，宽度为矿体厚度，底柱高度5.5m，顶柱高度4m，间柱宽5m，联络道间距6.5m。

2.2 采准切割工程

矿块的采准方式是脉内采准。因矿体波状起伏，便于追索矿体，沿矿体走向在矿体内靠近下盘掘进脉内运输平巷，每隔50m在靠近矿体下盘掘进采准上山（2.0m×2.0m），采准上山布置在间柱内，划分出矿块，在采准上山中每隔5m掘进联络道（2.0m×2.0m），联络道长度2.0m，上山两侧联络道对称布置。

拉底巷道是在运输平巷底板之上5m处，从采准上山开始沿矿体掘进切割平巷（1.8m×2.0m），矿体较薄处施工至矿体边界，形成2m高的拉底空间，自此开始上采，在距采准上山7m处掘进放矿漏斗。

2.3 回采工作

矿体回采采用逆倾斜方向推进，采用YT28型气腿式凿岩机钻凿上向孔钻孔。回采过程中每班自漏斗三分之一矿石，预留三分之一矿石，凿岩工站在矿堆上作业，待此矿房全部爆破后再进行最终放矿。回采作业面和预留矿石向放矿漏斗方向倾斜，便于矿石耙入放矿漏斗，随回采作业面逆方向向上推进，耙矿绞车相依次移到上一个水平的联络道中进行耙矿。最终放矿时再将耙矿绞车逐步下移。

采场崩矿以后，检查发现顶板有不稳固的因素，立即采取护顶措施，若上采过程中需要护顶，可采用浆砌石支护。另外，在出现较大裂隙时可放顶来避免冒顶；采场在开采过程中，遇到顶板下沉、冒落、侧部片帮等地压显现及时准确，保证人员安全。由于草原留矿全面采矿法，回采过程中合理控制开采空间；为保证工作的安全进行，在落矿、通风后，安全员及时对采场顶板及两帮浮石进行清理此采矿方法，矿房生产能力可达100t/d，三班作业，两个班凿岩、装药、爆破、通风、检查、平场等，另外一个班放矿、出矿。

2.4 开采效果及存在问题

采用留矿全面法开采过程中，采场内矿石无法自溜至底部漏斗，耙矿绞车使用过程中频繁挪动，使用效率较低，人工作业劳动强度大，落矿问题突出；整个矿房全部向上推进回采，导贫富矿石不能分层爆破、回采，致贫化率高，采出矿石品位较低；矿体厚度薄，采场采幅大，采空区暴露面积大，加之矿体属于构造控矿、破矿断层较多，导致顶板围岩局部破碎，采场冒顶片帮现象严重，顶压、地压较大，增加了采场管理难度，安全风险高，易造成二次贫化，且个别采场无法再继续向上回采。

此采矿方法前期采切工程量大，采切成本高，使得开采成本增加，三级储量难以平衡，经济效益较差，生产经营困难。矿山采用留矿全面法进行多次采矿试验，共回采矿石2.7万t，原矿地质品位1.98g/t，采出矿石品位仅0.89g/t，贫化率高达55%，经济效益较差。因此，留矿全面法不适用于镰子沟金矿Ⅱ-2号矿体开采。

3 开采问题分析

通过多次开采试验并分析总结，Ⅱ-2号矿体开采过程中，开采贫化率高、矿石搬运难度大、开采成本高是其突出特点、难点。

3.1 开采贫化率高

（1）矿体沿走向和倾向呈舒缓波状，膨胀狭缩现象较多，凿岩工凿岩过程中，炮孔易穿透顶板或底板，导致爆破后大量上下盘围岩汇入矿石，使得贫化率较高。

（2）矿体破矿断层较多，矿体不连续，导致回采过程中难以连续开采，爆破后断层废石大量汇入易造成贫化。

（3）矿体厚度、品位、倾角变化较大，回采过程中，无矿段废石、贫矿难以剔除，从而造成贫化。

（4）采空区暴露面积大，加之构造控矿、破矿断层较多使得顶板围岩局部破碎，顶压管理难度大，采场冒顶片帮现象严重，从而使得开采贫化率提高。

3.2 矿石落矿困难

镰子沟金矿Ⅱ-2号矿体倾角缓，一般处于15°～25°之间，矿房高度40m，矿体沿倾向斜长达到80m～120m，有的甚至更长，矿石难以顺利搬运至底部漏斗。

3.3 开采成本高

镰子沟金矿Ⅱ-2号矿体厚度小，品位低，开采难度大、采切及回采成本高，经济效益较差，开采过程中成本控制难度大。

4 巷大柱分采法的试验应用及优化

通过分析矿体开采过程中的问题，结合矿山实际生产情况，不断试验、总结，最终总结出了适合镰子沟金矿Ⅱ-2号矿体的采矿方法——小巷大柱分采法。此采矿方法是通过全面法和房柱法演变而来的，适合低品位、薄缓矿体的开采；此采矿方法可有效解决镰子沟金矿Ⅱ-2号矿体开采中存在的问题，并将开采贫化率控制20%以内，经济效益良好。

4.1 矿房布设

4.2 采准切割工程

采准上山：沿矿体走向在矿体内掘进脉内运输平巷，每隔50m在沿矿体倾向掘进脉内采准上山，采用以采代掘（利用采矿方式代替掘进完成采准上山施工）施工采准上山，采准上山宽度2.5m～3.5m、高度为矿体厚度，分割出矿房，采用以采代掘的方式施工采准上山可省去此部分掘进费用，降低开采成本。

放矿漏斗：在矿房运输平巷中，自采准上山开始沿矿体走向以15m～20m（依据矿体地质特征确定）的间距垂直于矿体下盘方向施工短穿6m～9m，后向上以50°坡角施工溜矿天井至矿体下盘，从而形成放矿漏斗。

4.3 回采工作

4.3.1 小巷掘进

每个矿房布设两个矿房漏斗，在两处放矿漏斗上方，自见矿位置开始，采用YT28型气腿式凿岩机垂直矿体走向、沿倾向以3m～5m的宽度向上掘进小巷（采用以采代掘的方式）与上一中段运输平巷连通，形成2条3m～5m小巷采空区，解决人行、通风、照明、供水通道，从而将矿房划分成10m～15m的三个大柱。

在小巷（以采代掘的方式施工）与上中段运输平巷未贯通前，作业环境空气质量差，采用局扇进行机械通风。

4.3.2 大柱回采

通常牲畜在患病后，会出现精神萎靡、食欲不振、呼吸困难、便稀以及神经紊乱等症状[3]。此外，这种状况通常难以通过用药或者注射药剂得到有效的改善，且出现这种状况的牲畜通常会在几天内死亡。

利用已形成的两条小巷采空区沿矿体倾向方向自上一个中段向下一个中段退采，采用剥壁方式将大柱回采，大小巷连通，进而形成采空区。在回采过程要求如下：

（1）根据采场作业面布设情况，对矿体品位较好的作业面，加大采矿力度，严控采幅，提高采矿质量。

（2）加强搬运矿石作业人员的过程管理工作，防止电耙使用过程中损伤底板、围岩，发生废石汇入矿石的情况。

（3）井下采矿作业面顶板排险产生的废石及矿体中的夹石，能够在矿石搬运前进行分拣。

（4）培养凿岩工认矿意识，能够让其掌握矿体简单的地质特征，认清矿体产状、厚度的变化规律，在施工过程中能够合理布设炮眼、装药，将掏槽眼布设于腰线位置，周边眼较深于辅助眼，多布设辅助眼，增加爆破自由面，使爆破达到最佳效果，并能够按要求控制采幅。

（5）加强现场技术指导，对矿体变化较大的采矿作业面能够及时调整采矿方位、采幅，并合理预留矿柱。

（6）对于矿体铅垂厚度超过1.3m的矿体，根据矿体构成、品位高低，对构造带内品位较低的蚀变岩不做回采。

（7）在矿体回采过程中，对于矿体厚度达不到最小可采厚度时，及时调整采矿方位或设计探采结合工程。

4.4 矿石搬运方式

采准上山、人行通道布设在矿体脉内，形成人行、设备运输、通风系统，在开口合理位置处布设电耙，使用电耙通过采准上山将矿石从采场运出，以解决矿体缓（15°～40°）造成的采场无法从矿体底部漏斗放出的问题，有时通过二道电耙（电耙接力）解决矿石运输通道过长造成的矿石运输难问题。

电耙采用功率为15KW的双绞筒电耙，斗容0.3m3的篦形耙斗，直径200mm的滑轮，直径为15mm的钢绳。

采用小巷大柱分采法进行矿体开采时，沿倾向向上施工脉内采准上山和采场小巷，采准上山与小巷兼做探矿上山，电耙布设于采准上山与采场小巷的底部，滑轮、钢绳沿掘进工作面向前延伸，必要时可在采准上山与采场小巷内布设二道电耙进行接力搬运矿岩，形成两条采准上山、两条3m～5m小巷采空区，待回采小巷与上中段运输平巷贯通后，利用已形成的两条小巷采空区沿矿体倾向自上而下退采，采用剥壁方式将大柱回采，连通小巷，最终形成采空区。

耙矿绞车在使用过程灵活方便，易上下挪动，并且利用多个导向轮可以完成采场内绝大多数矿石的搬运，采场死角少量矿石可以采用人工方式搬运至耙矿绞车道。

4.5 顶板管理及采空区处理

在项目采矿试验过程中，加强采场顶板管理，根据采场顶板稳固情况，试验中对顶板不稳固地段，采用混凝土假柱支护，有时在贫矿段留不规则矿柱进行支护。为确保生产安全，当矿块回采结束后，立即封闭采空区，并竖立安全警示标志。

4.6 损失贫化管理

损失率和贫化率是衡量矿山生产管理水平的标准，且会直接影响企业的经济效益和服务年限，由于矿石的贫化使大量废石进入矿石，使出矿品位相应降低，加大了采矿成本，矿石的损失也就是变相贫化，富矿的损失也会使出矿品位降低，严重者将变为废石，这样采矿直接成本增加，出矿品位降低，致使矿山其它部门成本连锁增加。

（1）正确选择和使用采矿方法。大量生产实践证明，采矿方法选择的正确与否是降低矿石损失率贫化率的技术关键。每一种采矿方法都有其各自的适用条件及其各自的优缺点。就一种采矿方法而言，也有很多种变形。如浅孔留矿法，变形很多，有50多种，杆柱、点柱、混合支柱、横撑支柱，就从天井布置位置及形成方式可分十几种。在工程的具体设计和生产中，往往采用取长补短的方法进行优化组合。一般通过方案的变形及组合形成优化方案。但组合过程往往很复杂，需考虑多方面因素，如矿岩稳定性、矿体产状、赋存状态、矿石的性质及矿岩界线是否明显等。组合优化途径便是一种全新采矿方法的发展方向，同时也是降低贫化率最有效的措施之一，而小巷大柱分采法便是通过房柱法与空场法演变组合而来的。

（2）合理确定采场结构参数。确定合理的采场结构参数，可以有效地控制采场暴露面积，减少或防止顶板冒落事故，使回采过程得以正常进行，从而减少损失与贫化。小巷大柱分采法通过科学设计，施工队伍严谨施工，可最大限度减少设计贫化与损失。

（3）完善回采工艺，加强采场技术管理。小巷大柱分采法回采工艺有：采准一切割一凿岩一爆破一出矿一装矿—运输等几个环节。这些环节关系紧密，其中一个工序出现问题，将影响整个采场的各项指标完成。凿岩严格遵守设计要求，使炮孔长度、角度、位置、排列顺序规定顺序进行，尽可能地做到施工与设计相复合，为下一段爆破打好基础。爆破选择合理的爆破参数，孔径、每孔装药量、装药结构、起爆顺序、爆破器材选择等做到严格把关，认真管理，出矿科学管理，在放矿时间、单斗放矿量以及对粉矿处理等方面严格管理。对矿石底柱与人工假底进行经济分析，从而减少底部矿石损失。

（5）加强现场技术指导，对矿体变化较大的采矿作业面及时调整采矿方位、采幅，合理预留矿柱。

（6）对于矿体铅垂厚度超过1.30m的矿体，根据矿体构成、品位高低，对构造带内品位较低的蚀变岩不做回采。

（7）在矿体回采过程中，对于厚度达不到最小可采厚度的矿体，及时调整采矿方位或布设探采结合工程。

（8）根据采场作业面布设情况，对矿体品位较好的作业面，加大采矿力度，严控采幅，提高采矿质量。

（9）加强搬运矿石作业人员的过程管理工作，防止电耙使用过程中损伤底板、围岩，发生废石汇入矿石的情况。

（10）井下采矿作业面顶板排险产生的废石及矿体中的夹石，能够在矿石搬运前进行分拣。

（11）加强运输人员管理，防止由于井下作业面较多造成废石在运输过程中混入矿石中。

（12）矿石从井下运输至选矿厂堆矿场后，进入原矿仓前，增加人工挑拣废石。

4.7 采矿方法优点

（1）小巷大柱分采法在开采过程中，小巷暴露面积较小，自上而下退采能够有效保证采场人员安全，安全管理难度低。

（2）回采过程中利用无矿段或者贫矿段预留不规则矿柱，可有效矿石贫化，降低采场地压。

（3）小巷大柱分采法不需要施工拉底巷道、联络道工程，降低了采切费用。

（4）采用“以采代掘”的方式施工采切工程，减少了采准上山、漏斗施工费用，间接控制了开采成本，有利于矿山经济效益的提高。

（5）在遇到破矿断层处，可以及时投入探矿工程找矿，同时避免矿石和废石相混，造成贫化。

（6）采场内二道耙矿绞车接力使用，有效解决矿石搬运难的问题，并且降低人工劳动强度。

4.8 小巷大柱分采法的适用性

小巷大柱分采法是空场法的一种，通过在矿体脉内布设开拓运输平巷及采准上山，节省矿房拉底巷道及上山联络道，在矿房内沿矿体走向每隔15m～20m布设两条采准小巷与上一中段贯通，形成3m～5m的小巷采空区，利用已形成的两条小巷采空区沿矿体倾向自上而下退采，采用剥壁方式将大柱回采，连通小巷，最终形成采空区。

小巷大柱分采法采用自上向下退采，适用于矿体倾角在25°以下的缓倾斜薄矿体，崩落矿石小于安息角，矿石无法滚动，这样可以保证崩落矿石不在采场内流动，保证了作业人员自上向下回采时崩落矿岩不会砸伤下部作业人员，保证了采场安全；采场内的施工的采准小巷可以起到探矿作用，对于矿体不连续造成不发连续回采起到指导作用，提前明了采场内矿体的赋存情况，便于后期回采时，留存无矿段矿柱管理采场地压，确保采场安全，且能大幅度降低矿体贫化率；采用电耙搬运采场矿岩，有助于将矿岩进行分拣单独运出采场，降低了矿石贫化率。