姜永恒　刘博

摘要：针对某黄金矿山缓倾斜中厚矿体采用房柱采矿法开采过程中存在的生产能力低、工人劳动强度大、作业安全性差等问题，根据矿体的赋存条件，分析并确定了双进路分段空场采矿法配合遥控铲运机的开采工艺。现场工程应用结果表明：该工艺结合中深孔爆破技术，解决了该矿山缓倾斜中厚矿体的开采技术难题，生产能力较房柱采矿法开采提高了一倍以上，并成功解决了采场安全性差和采矿损失贫化大等问题，具有较好的经济效益和社会效益，可供同类型矿山参考借鉴。

关键词：缓倾斜；中厚矿体；中深孔；双进路；分段空场

中图分类号：TD853.32文章编号：1001-1277（2023）09-0041-05

文献标志码：Adoi：10.11792/hj20230907

引 言

當今，伴随着经济社会的飞速发展，对矿产资源的需求量日益增大，为适应快速发展进程，矿产资源开采程度愈发加大。目前资源开发逐渐向深部延伸，“三高一扰动”问题愈发突出，矿石开采逐渐向低品位、难采矿体推进。对于围岩较稳定的金属矿山多采用空场采矿法开采，这类采矿方法在中国应用较早、较广泛，在技术上也最成熟。利用空场采矿法开采时，采准工程量小，回采工艺简单，采矿成本低，但也会面临留下大量矿柱、安全性差和采矿损失贫化大等问题［1］。国内外学者对缓倾斜至倾斜中厚矿体进行了深入研究，通过对空场采矿法开采工艺参数优化及方案改进等［2-3］，降低了采矿损失贫化，提高了生产能力及采场的安全性，达到安全高效经济开采的目的。

内蒙古某金矿以开采金矿石为主，其中1号脉主矿体赋存于830～980 m标高，矿体的产出严格受构造控制，其形态呈脉状，局部有膨大现象，顶底板围岩均为角闪斜长片麻岩，矿体与围岩界线较清晰。围岩蚀变有钾长石化、碳酸盐化、绢云母化、绿泥石化、赤铁矿化、镜铁矿化、黄铁矿化、硅化等。矿体厚度约为10 m，平均倾角为25°，为典型的缓倾斜中厚矿体，且较连续，围岩较稳定。该矿山主要采用房柱采矿法进行回采，回采时因工人、设备等均需要在空场下作业，安全性较差。结合矿岩赋存条件和生产实际，综合考虑安全、效率、经济等因素，经综合对比分析确定采用双进路分段空场采矿法对缓倾斜中厚矿体进行综合开采，以降低采矿损失贫化，提高经济效益，保证安全生产。

1 双进路分段空场采矿法工艺研究

1.1 采矿方法概述

双进路分段空场采矿法主要适用于矿体上盘围岩相对较稳固的缓倾斜至倾斜中厚矿体的开采，采场采用低分段的结构参数，并结合控制爆破技术对采场进行综合回采，以达到改善爆破效果，提高生产能力，降低采矿损失贫化的目的。双进路分段空场采矿法如图1所示。

1.2 采场结构参数

矿块沿走向布置，矿块长度为50 m，矿块高度为阶段高度30 m，厚度为矿体厚度，该采矿方法根据现场矿体实际条件确定矿体真厚度为10 m，矿体倾角为25°，采场两端预留4 m的间柱，回采矿房宽度为46 m，矿房回采结束后视围岩情况对顶柱和间柱进行部分回收［4］。

1.3 采准切割工程

采场采准切割工程主要有：脉内凿岩巷道、脉外凿岩巷道、穿脉巷道、斜坡道联络巷道、切割天井、切割巷道、溜井、通风上山。施工顺序：斜坡道—斜坡道联络巷道—溜井—脉内凿岩巷道—脉外凿岩巷道—通风上山。

切割巷道及切割天井的布置形式如图2所示。脉内凿岩巷道和脉外凿岩巷道掘进结束后，在采场的端部掘进切割巷道将2条凿岩巷道贯通，并在脉内凿岩巷道内沿50°倾角方向掘进切割天井，切割天井掘进至矿体上盘围岩后停止。

切割巷道和切割天井形成后，在切割巷道内以切割天井为自由面，采用YGZ-90凿岩机钻凿上向平行孔，逐排进行切割槽的爆破，最终形成切割槽，为矿石的回采提供补偿空间［5］，切割槽炮孔布置形式如图3所示。

在脉内凿岩巷道内以1 m的排距布置2个平行炮孔将切割天井进行扩帮，以增加切割槽炮孔的补偿空间。切割槽炮孔每排布置2～3个，孔底距约1.7 m，孔口距约0.7 m，炮孔孔口堵塞长度为1～3 m，每次起爆2～3排炮孔。

1.4 回采工艺

1）回采顺序。采场内整体以自上而下顺序回采，在同一分段内可先在上盘凿岩巷道进行后退式回采，亦可以2个凿岩巷道同时进行后退式回采。

2）采场落矿。在切割巷道内以切割天井为自由面，采用YGZ-90凿岩机钻凿上向平行中深孔，进行切割槽的爆破。矿体回采过程中，在凿岩巷道内采用YGZ-90凿岩机钻凿上向扇形炮孔，孔间距及排距需要根据岩石性质并结合理论计算公式确定，每次爆破1～2排，炮孔布置形式如图4所示。采场爆破参数需在后期的实际施工中根据实际效果进行调整和优化，每个分段采场通过双进路可2个作业面同时作业，以提高采场的生产能力［6-7］。矿体内外双进路同时后退回采，采场的生产能力为150～200 t/d。

3）采场通风。首先在最上一分段掘进通风上山并与上中段沿脉巷道贯通形成通风回路。每次爆破结束后新鲜风流在矿井通风负压下，经过斜坡道、斜坡道联络巷道、凿岩巷道，吹扫工作面后，污风经空区流经上分段空区，汇入上部中段回风系统。通风系统如图5所示。

4）矿石运搬。采场爆破后采用遥控铲运机进行出矿，铲运机将2条凿岩巷道所崩落的矿石铲装并运送至分段溜井中，溜井下部采用铲运机将矿石倒运至主溜井，并在主溜井口通过破碎锤将大块进行二次破碎，以达到矿石块度要求。

1.5 采场稳定性分析

根据采场回采顺序，应用Flac3D软件对各分层回采后采场顶板围岩的变形情况进行数值模拟分析，以确定采出顶板的位移量。采场自上而下各分层回采后的位移量如图6～9所示。

通过对采场回采过程进行数值模拟计算，得出采场顶板位移量如表1所示。

通过应用Flac3D软件对简化后的采场分段回采过程进行模拟分析，可以得出在采场自上向下的回采过程中，影响采场稳定性的顶板最大主应力逐渐增大，垂直方向的位移也逐渐增加，采场塑性变形区域逐渐增大，在最后一分段回采结束前，采场顶板的垂直方向位移数值变化相对较小，整个采场回采结束后，顶板垂直方向位移骤增，达到100.7 mm，此时在外界扰动的情况下极易出现变形破坏。因此采场的回采须实现强采强出，整个采场回采结束后及时对采空区进行处理，可采用废石充填或崩落顶板围岩的方式，以防止因上部采空区大面积垮塌形成冲击地压。

2 现场工业应用

2.1 切割工程

采场第四分层西侧在切割巷道内进行拉底，形成拉底空间，如图10所示。根据所形成的拉底空间通过爆破形成切割槽，切割槽炮孔排位布置如图11所示，拉槽炮孔17排，炮孔64个，炮孔总长度约835 m。

因切割天井规格比较小，因此在施工切割槽前须对切割天井进行扩井以确保为切割槽提供良好的补偿空间。首先，在切割天井的南侧布置2个平行于切割井的炮孔，炮孔间距约1.2 m，最小抵抗线约1.1 m；第二次在切割井的东侧布置2排平行于切割井的炮孔，炮孔间距约1.2 m，炮孔排距约1.2 m，2次爆破后形成比较完整的切割槽补偿空间，最后通过中深孔爆破形成切割槽，为回采提供补偿空间。

2.2 采场回采

采用YGZ-90凿岩机钻凿上向扇形炮孔，爆破采用粉状乳化炸药，使用BQF-100型装药器进行装药，毫秒微差导爆管雷管及数码雷管进行起爆。

根据孔径和矿岩性质确定最小抵抗线，矿岩普氏硬度系数为8～12，属坚硬矿岩，选用的经验公式为：

式中：W为最小抵抗线（m）；d为炮孔直径，取65 mm。

经计算：最小抵抗线为1.625～1.950 m。

根据利文斯顿爆破漏斗理论计算最小抵抗线：

式中：ρ为装药密度，取0.9 kg/dm3；μ为装药系数，取0.7；m为炮孔密集系数；q为炸药单耗，取0.42 kg/m3。

经计算：最小抵抗线为1.89 m。

因此，根据2种方法确定的最小抵抗线，最终选取较小值，为1.6～1.9 m。

对于扇形炮孔孔底距按照式（3）进行计算：

a=mW（3）

式中：a为孔底距（m）；m为炮孔密集系数，扇形炮孔一般为1.2～2.0，本文取1.4。

将初步计算得到的最小抵抗线代入式（3）可计算得到孔底距。经计算：孔底距为2.24～2.66 m。

为了较好控制采出矿石的大块率，排距与孔底距二者的取值关系本着“增大排距则减小孔底距，减小排距则增大孔底距”的原则。在现场施工过程中考虑到如果孔底距过小，则孔口炮孔过于密集，爆破中将会出现孔口矿石过于粉碎和眉线破坏等现象，因此适当缩小最小抵抗线，增大孔底距，可以有效降低大块率，改善爆破效果。通过现场试验最终确定最优爆破参数为：排距1.4 m，孔底距1.8 m，并以此进行采场正常回采。采场爆破后矿石块度合理，无大块出现（如图12所示）。

为了减小爆破振动并确保爆破效果和眉线的保护效果，同排炮孔中采用孔间微差的爆破方式，根据每排炮孔数量采用多个段别的雷管进行起爆，先起爆中间的炮孔，再起爆两端的炮孔。

炮孔孔口采用間隔装药方式，主要是为了减小孔口区域的装药量，由于炮孔孔口距较小，当孔口预留长度较短时，每个炮孔之间的炸药间隔较小，从而使得此区域内的炸药单耗较大，不但会对后排炮孔及眉线造成破坏，而且还会导致孔口区域岩石过于粉碎［8］。孔口预留长度的确定因无法进行理论计算，需要根据不同的围岩条件分级，结合实际炮孔数量，通过反复的现场试验，确定合理的预留长度，主要采用锯齿形间隔装药［9］。孔口采用炮泥堵塞，堵塞长度不小于0.5 m。采场爆破后眉线保存良好，无超欠挖现象发生（如图13所示）。

2.3 应用效果

采用双进路分段空场采矿法开采缓倾斜中厚矿体，遥控铲运机出矿，现场取得了较好的技术经济指标，主要技术经济指标如表2所示。

通过采用双进路分段空场采矿法对缓倾斜中厚矿体进行回采可知，该工艺大大提高了采场生产能力、降低了工人的作业强度、降低了采场因预留点柱造成的采矿损失、改善了采场的作业环境，使得企业能够更好地利用资源，为矿山均衡发展提供技术支撑，同时也减少了采场内作业人员的数量，提高了矿山生产作业安全，消除了采场的安全隐患，为企业均衡发展与和谐社会建设贡献力量。

3 结 论

1）针对缓倾斜中厚矿体在开采中遇到的问题，开展双进路分段空场采矿法的试验研究。通过采用双进路空场采矿法进行回采作业并结合中深孔爆破技术，生产能力有了较大提高，提高了经济效益，并成功解决了采场安全性差和采矿损失贫化大等问题。

2）根据双进路分段空场采矿法的技术经济指标，采用该采矿方法后，采场生产能力约为163 t/d，生产效率提高，且采矿损失贫化指标较好，实现了安全高效经济开采，促进了矿山生产与安全的有效发展。

［参 考 文 献］

［1］黄毅，许艳秋.有底柱分段崩落法在缓倾斜不稳固厚矿体中的应用［J］.企业技术开发，2016，35（19）：61-63，87.

［2］刘玉德.急倾斜厚层矿体分段空场式开采安全性评价［J］.龙岩学院学报，2020，38（5）：73-79，110.

［3］李凡超.空场法在厚大矿体开采中的应用［J］.采矿技术，2021，21（3）：6-8.

［4］陈吉祥，张继维，王瑞鹏.小柳沟钨矿安全高效采矿方法设计［J］.现代矿业，2021，37（3）：75-77，80.

［5］杨宁，尹贤刚.缓倾斜极薄矿脉分条掏切式空场采矿法［J］.矿业研究与开发，2020，40（12）：8-10.

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［7］李阳松，周礼.阿尔登铅锌矿采矿方法优化研究［J］.有色金属（矿山部分），2019，71（6）：5-8，18.

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Research and application of double-approach sublevel open-stope mining method for gently dipping medium-thick ore bodies in gold mines

Jiang Yongheng，Liu Bo

（Changchun Gold Research Institute Co.，Ltd.）

Abstract：In response to the issues of low production capacity，high labor intensity，and poor operational safety in the process of mining for medium-thick ore bodies in a certain mine with a gentle dip，an extraction method combining sublevel open-stope mining with remote-controlled scooptrams was analyzed and determined based on the occurrence conditions of the ore body.The on-site engineering application results show that this method，combined with medium-long hole blasting technology，solves the technical difficulties in mining the medium-thick ore body in the gently dipping mine.The production capacity is more than doubled compared to the room-and-pillar mining method.It successfully addresses the issues of poor operational safety in the mining area and a large loss of ore dilution，demonstrating favorable economic and social benefits.This method can serve as a reference for similar mines.

Keywords：gently dipping;medium-thick ore body;medium-long hole;double-approach;sublevel open stope

收稿日期：2023-04-20; 修回日期：2023-05-18

基金項目：国家重点研发计划项目（2022YFC2905004）

作者简介：姜永恒（1989—），男，高级工程师，硕士，从事金属矿山地下开采、巷道及采场地压稳定性控制技术研究等工作；E-mail：jiangyongheng@126.com