无底柱梯段空场嗣后废石胶结充填采矿法的优势

无底柱梯段空场嗣后废石胶结充填采矿法的优势

郭其号

云南锡业集团（控股）有限责任公司大屯锡矿三坑  云南个旧 661000

摘要：结合目前A1矿段大部分采场都属于形态复杂的薄矿脉，在采用浅孔凿岩采矿，此次研究主要是针对此类采场的结构参数做调整，加大采场的分段高度至12至15米（降低千吨采切比），浅孔采矿改为深孔采矿（提高采场生产能力）。在充填采矿法的应用中优化采场结构参数，根据采矿进路对小型空场进行嗣后低标号充填，减少水泥量用量与开拓巷道废石不出坑，从而达到降低充填采矿法成本的目的。

采用梯段空场采矿法进行工艺试验技术研究结果得出，选用适合该类采矿方法的相关产品设备，嗣后废石胶结充填经过试验总结分析相关的技术参数，实现安全、高效、低成本、环保的开采目标，从而最终达到降低采矿成本的目的。

关键词：采矿方法；无底柱；梯段空场；嗣后废石胶结充填；成本优化

1、梯段空场采矿法采矿工艺研究的必要性

A1矿段是某矿山氧化矿生产基地经过近20余年的开采，导致较为复杂的局面，矿体点多量少，矿体薄，品位不连续，形态复杂、生产组织难度加大；矿体开采受回采顺序影响严重。

A1矿段各类采矿方法的运用情况进行分析总结，得出如下结论：①总体上分段空场法仍然占有较高比例；②采用全面法、留矿法回采居多，生产能力难以提高，回采周期长，严重制约下部矿体回采；③下部使用分段空场法居多，生产能力小，回采周期短。

B1硫化矿生产区域矿石主要属于接触带硫化矿，局部穿插氧化矿，矿石硫化矿为块状、氧化矿沙状构成、属不稳固，矿体下盘为花岗岩，花岗岩呈风化、半风化状且穿插硫化物、较松散，矿体松散破碎极不稳固，顶板为大理岩呈层状产出属于中等稳固，根据矿体的赋存条件以及矿岩稳固性采用（上向分层进路式胶结充填采矿法）和（下向分层进路式胶结充填采矿法），但是在开采过程中的采矿（充填）成本偏高一直是目前急需解决的瓶颈难题。

根据上述现状以及分析总结的情况，结合矿山历年来所使用的全面法、留矿法、有底柱分段崩落法等，主要采用的浅孔凿岩、中深孔凿岩、采场出矿设备是电耙，因此生产能力较低，采掘设备效率不高，满足不了高质量高效益，尤其在A1矿段矿脉薄、量少、走向长、纵向深的矿体开采问题更为突出。因此为减少井下作业人员的劳动强度、缩短采场建设周期、降低千吨采切比，提高全员劳动效率，从最大程度降低采矿成本的角度出发，进行采矿方法技术研究和优化采场参数等措施达到低成本开采的目的。因此开展本项目研究工作是必须的，也是必要的。

2无底柱梯段空场嗣后废石胶结充填采矿法设计

1）适用条件:主要用于①矿石品位高、稀有金属以及贵重金属矿床；②围岩和地表需要保护，地压大的矿体；③矿体和围岩中等稳固以上的倾斜～急倾斜薄矿体（2m～5m）。

2）采场布置及构成要素:采场沿走向布置，自下而上逐一进行回采，不留间柱和顶底柱。采场搬运方式为履带式扒碴机、铲运机及矿用卡车。分层高度8m，在各分层上施工沿脉工程，作为后期采场凿岩、运输和充填的通道。

3）采切工程布置 :在矿体主斜坡道上根据各分层的高度，施工分层斜坡道达到矿体，沿矿体掘进沿脉巷道，探清矿体走向及形态即可，规格为4m×3.8m。不施工切割井，切割槽在充填体内由预留的空间形成。

4）回采工艺及主要设备:回采分为凿岩爆破、通风、出矿、充填等工序，采用自下而上分梯段后退式回采。

①、工程掘进采用阿特拉斯S1D凿岩台车，采用大直径空眼桶形掏槽爆破，空眼直径φ100mm,孔深3.4m，其他装药炮孔直径45mm，孔深3.2m，非电导爆管微差爆破；

中深孔落矿爆破：采用阿特拉斯K1254中深孔凿岩台车施工上向（扇形）中深孔，孔径φ77mm，孔深7.0m，最小抵抗线1.0m，排间距1.3m，爆破步距不得大于4m(挖掘装载机最大臂展长度)，人工柱状不耦合装药或炸药混装车耦合装药，非电毫秒延期雷管微差爆破。

②、出矿:中深孔落矿爆破后，采用履带式挖掘装载机将矿石装入矿用卡车并运输至溜井卸矿点。

5）采场充填:崩落矿石回采结束后，对通往采空区的通道进行封闭，封闭采用木制衬板和木桩配合12号工字钢进行现场制作封闭；然后在靠近回采方向的矿壁上将废弃油桶或pe管固定，作为下一次爆破的预留切割槽，以提高爆破补偿空间，然后用废石混合水泥料浆进行搅拌均匀后由上一层的分层沿脉巷道采用铲运机将充填料倾倒进空区完成充填，最后进行平场，完成一个充填循环。下部的封闭口的材料在48小时后可以拆除回收待用。

3无底柱梯段空场嗣后废石胶结充填采矿工业实验

此次试验采场在B2硫化矿生产基地X1矿体进行试验，设计回采范围X1矿体，走向长81米，矿体厚度2米至5米，倾角72度至80度之间，顶板为白色黑云母粒状花岗岩，底板为灰白色细晶大理岩，经局部工程揭露，花岗岩接触带部位风化程度较强。矿石类型主要以矽卡岩型接触带硫化矿为主。局部地段穿插氧化矿。主要有用元素为锡和铜。水文地质情况：矿体周边无大量涌水点，沿裂隙有滴水现象，为岩溶裂隙水。无底住嗣后废石胶结充填采矿标准图。

第一次实验

设计采场宽4米，长4.3米，高11米，设计崩落矿量990吨，布眼方式：以原有1.8m×1.8m上井为自由面，距离上井帮0.5米布置梅花形垂直眼拉槽，距离垂直眼0.8米布置上向扇形平行孔；施工设备：用YG40型导轨式凿岩机施工，孔径50mm；炸药：1号岩石乳化炸药，装药结构：所有装药孔均采用轴向连续柱状装药结构。

第一次爆破炸药消耗312Kg，千吨采切比25.2m/kt，达到预期效果.

充填：充填量为810m³；利用来自矿山开拓或采准过程中所产生废石，废石块度不大于300mm，充填配比为废石1m³：310Kg水泥,强度为C15，

1）第二次实验

设计采场宽4米，长4.2米，高11米，设计崩落矿量480吨，布眼方式：以原有1.8m×1.8m上井为自由面，距离上井帮0.5米布置梅花形垂直眼拉槽，距离垂直眼0.8米布置上向扇形平行孔，施工设备：用YG40型导轨式凿岩机施工，孔径50mm；炸药：1号岩石乳化炸药;装药结构：所有装药孔均采用轴向连续柱状装药结构。

第二次爆破炸药消耗312Kg，千吨采切比31m/kt，达到预期效果.

充填：充填量为440m³；充填前，在空区壁成倒三角预埋串联塑料桶，为下一次爆破预留自由面，塑料桶直径0.6m,长0.95m，用钢筋串联，串联长度11m,图7.图8：利用来自矿山开拓或采准过程中所产生废石，废石块度不大于300mm，充填配比为废石1m³：310Kg水泥,搅拌均匀，进行充填，充填强度为C15，

图7                               图8

2）第三次实验

设计采场宽4米，长3.8米，高11米，设计崩落矿量810吨， 布眼方式：以第二次充填预埋三串塑料桶为自由面，距离上井帮0.5米布平行垂直眼拉槽，距离垂直眼0.8米布在垂眼两侧布置上向扇形平行孔，（图9、图10）；施工设备：，用K1254型中深孔台车作业（图12）孔径80mm，
炮孔倾角75度（图11），；炸药：1号岩石乳化炸药，药径70mm,单节长0.46m,重1600g;装药结构：所有装药孔均采用轴向连续柱状装药结构。

第三次爆破炸药消耗504Kg，千吨采切比19.8m/kt，出矿量440吨，未达到预期效果，采场矿量出完后，采用手持激光三维扫描仪对空区进行扫描（图14），崩落采场悬拱，悬拱厚度4.5m～5.3m,宽4m,长3.8m,后期需要进行处理；

图14

分析原因：1、由于第三次爆破预埋塑料桶作为自由面，预埋塑料桶在充填过程中，塑料桶无法承受充填体和地压变化的挤压，而导致塑料桶发生严重变形，导致补偿空间不足，补偿空间无法满足爆破设计要求；

炮孔深度11米，孔径800mm,药径70mm,药卷柔软，装药过程中炮孔壁碎石脱落，炮孔受地压影响变形，碎石与药卷挤压在炮孔内部，形成堵塞体，堵塞在炮孔中间，无法掏出堵塞药卷，造成炮孔装药困难，影响爆破效果；

药卷单节长0.46m，重1600g，炮孔深度11米，单个炮孔装药量为21节，重33.6Kg，装药人员很难保证药卷压实在炮孔底部，加之药卷重量，装药过程中，随着药卷增加，炮孔内部药卷重量增加，导致药卷自行下坠，装药人员力量很难支撑，导致炮孔装药量不足，影响爆破效果；

整改方案：1、增加炮孔数量（图15），代替塑料桶，弥补爆破自由面，孔径增加至900mm；

2、炮孔施工结束后，立即放PVC塑料管至炮孔内，保护炮孔内壁，防止炮孔壁碎石脱落，堵塞炮孔；

3、引进装药设备，代替人工装药；

4）第四次实验

设计Ⅱ块采场同时施工，Ⅰ块、Ⅱ块采场相连，Ⅰ块采场宽4.6米，长4.2米，高9米，设计崩落矿量810吨；Ⅱ块采场宽4.4米，长4.5米，高9.5米，设计崩落矿量890吨， 布眼方式：采用上向扇形平行孔布置（如图15），施工设备：用K1254型中深孔台车作业，孔径90mm，炮孔倾角75度（图16），炸药：1号岩石乳化炸药，药径70mm,单节长0.46m,重1600g;装药结构：所有装药孔均采用轴向连续柱状装药结构。扇形炮孔装药结构图如（图13）所示

现场施工图

现场爆破网路连线图

第四次爆破，炸药消耗888Kg，千吨采切比18.1m/kt，出矿量1780吨，超预期效果，采场矿量出完后，采用手持激光三维扫描仪对空区进行扫描（图18），崩落采场长度10.5m，宽5.3m,4m,长3.8m,超预期效果；图18：

分析原因：由于Ⅰ块、Ⅱ块采场相连，Ⅱ块采场中孔已经施工结束，Ⅱ块采场炮孔形成Ⅰ块采场自由面，同时Ⅰ块采场装药量过大，爆破后产生冲击力、挤压在Ⅱ块采场得到释放，把Ⅱ块采场同时崩落；

整改方案：采场依次设计，依次爆破，减少药量，参照此次爆破参数，重新设计合理中孔设计；

5）第五次实验

设计采场宽4.5米，长4.3米，高10米，设计崩落矿量780吨； 布眼方式：采用下向扇形平行孔布置（如图19），施工设备：采用履带式全液压坑道钻机（

ZDY3500LPS）进行作业（图20），孔径90mm，炮孔倾角75度（图21），炮孔施工结束后，在孔口放置套管，套管高出孔口0.3米，并用编织袋密封，防止碎石掉入炮孔；炸药：1号岩石乳化炸药，药径70mm,单节长0.46m,重1600g;装药结构：导爆管雷管一般安置在第4个药卷上。为了加强雷管起爆可靠性,每个炮孔使用两发导爆管雷管和导爆索。所有装药孔均采用轴向连续柱状装药结构。装药系数0.76%～0.84%之间，炮孔装药结构图如（图22）所示;堵塞；垂直眼堵塞长度为0.9m。堵塞方法为:采用细沙填塞。

图2
0

图23

第五次爆破炸药消耗336Kg，千吨采切比17.9m/kt，出矿量 840吨，达到预期效果，采场矿量出完后，采用手持激光三维扫描仪对空区进行扫描（图24），崩落空区符合爆破设计范围。

图24：

生产能力：通过以上五次采场试验，第五次试验起得较大成功，通过后期作业人员对设备熟练掌握，梯段法设计参数更完善，在同一采区能保证2个以上循环作业点的情况下，日产可以达到250t/d；

5.2.6经济指标对比情况

3结论

（1）此项目的技术研究方面主要是优化充填采矿方法的采场结构参数（增加采场高度），采用中深孔进行凿眼，分布局梯段连续后退时进行逐步落矿的过程，整个采矿回采工艺过程中人员从始至终都在覆岩下进行组织施工，因此人员以及设备的安全性是有保障的。

（2）采用嗣后充填采矿法时采矿顺序由下至上，人员是在充填体上进行作业，因此可以降低充填体的标号，采用块石胶结充填，降低充填原材料成本，由于采场参数增大，采用中深孔进行凿眼爆破落矿，提高了采场生产能力，缩短采场建设周期，也降低了人工成本的投入。

（3）增大采场结构参数，集中凿眼、爆破落矿、出矿、充填，大大减少了工艺循环的次数，提高了作业人员工时效率，增大采场生产能。

参考文献：

[1]杨潮进.无底柱分段空场采矿法在马坑矿区应用探讨[J].世界有色金属,2020(15):42-44.

[2]杨八九,侯克鹏,蒋军.空场嗣后充填采矿法对围岩及地表的影响规律研究[J].矿冶,2020,29(02):5-9+116.

[3]徐君洁.分段空场嗣后充填采矿法的应用[J].现代矿业,2020,36(03):101-102+112.

[4]李龙福,陈能革,朱磊等.预裂爆破技术在空场嗣后充填采矿方法中的应用[J].现代矿业,2019,35(09):47-49.

[5]杜伟.大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法底部结构优化[J].化工矿物与加工,2019,48(05):14-15.