二步破碎残矿资源回采技术研究

石乃敏

（广西理工职业技术学院，广西崇左 532200）

某矿主要开采矿体为105#矿体，矿石品位高，属于特富矿体。该矿体主要埋藏在标高-79m 以下，并向下深部延伸，该矿体主要生产区域分布在-103～-200m 水平之间，井口标高为+700m，属于深部开采。矿山经过多年开采以及非法盗采滥挖，导致采空区密集、巷道众多，加之受地质构造作用影响，矿体出现多个破碎带，局部矿岩破碎，稳定性较差，因此，迫切需要对采矿方法及采场结构参数进行优化选择调整[1]。

某矿105#矿体目前采用的采矿方法主要为机械化上向水平分层胶结充填采矿法，该方法对于矿岩稳固性有一定的要求。由于爆破次数过多而造成围岩损伤积累，使矿岩内裂隙不断扩展，作业安全性难以得到保障，因此采场的暴露面积及采场跨度应严格控制，否则在矿体本身高应力环境及开采次生应力场的影响下，可能会出现顶板垮落和围岩失稳现象。在矿山的实际调研中发现，105#矿体在-200m水平以上部分经过长期开采，出现下列问题：

（1）采空区在整个矿段区间范围赋存，形态各异，并且受到矿山生产的影响，充填滞后；

（2）较厚大部分矿体已经被采动，难以存在完整的厚大矿段，赋存形态为残留的矿柱形式；

（3）比较完整矿体主要为倾斜急倾斜薄矿体及厚度不大的中厚矿体（厚度为4-7m），还有少量的缓倾斜薄到中厚矿体，矿体厚度变化比较大；

（4）矿岩受到开采扰动的影响，矿岩破碎，稳定性差。

由于105#矿体为特富锡多金属高价值矿床，考虑矿山地表情况、矿体形态，以及矿山现有开采情况等因素，其采矿方法选择应遵循以下原则[2]：

（1）资源最大回收利用的原则。105#矿体为特富矿床，矿石价值高，为了最大限度的回收宝贵的不可再生富矿资源，必须提高矿石回采率，减少开采过程中的矿石损失；

（2）采矿生产工艺简单的原则。选用的采矿方法，要求工艺简单、可靠、易于掌握，不仅易于使生产管理趋于简单，有利于提高生产效率，而且容易被矿山生产工人所接受和熟练掌握，生产过程中劳动强度低，机械化水平高，实现预期生产目标；

（3）系统智慧化原则。应充分与智慧矿山建设相适应，提高采掘设备自动化程度，保持采掘设备应先进、易操作、产能高；

（4）采矿方法与矿体形态自适应的原则。105#矿体形态复杂多变，选用的采矿方法和工艺结构参数应具有一定的灵活性和适应性，适应矿体的结构变化；

（5）低贫化损失原则。不可再生的矿产资源应尽可能减少采矿过程中的矿石损失的同时，必须严格控制采矿过程中废石和低品位夹石的混入，以期提高出矿品位，改善和提高矿山的经营效益；

（6）采矿方法安全生产的原则。包括采矿工艺的采准、回采、出矿及空区处理过程的作业环境与空间的安全可靠，同时亦要保证地下采矿生产不会给未来生态、环境遗留安全隐患。

该矿现行主要采矿方法为上向水平分层充填法，此方法不仅能提高矿石回收率，而且能有效控制地压活动，并且应用技术比较成熟，在矿岩稳定性较好的区域仍可采用该方法。但在破碎矿段区域，采用下向水平分层充填采矿法，下向水平分层充填法是在铺设钢筋网充填体的人工假顶下作业，在技术上能够适用破碎矿段回采。根据矿体厚度可选择垂直走向与沿走向布置矿块。

通过对该矿体岩石力学和工程地质条件的分析，对残矿回采的采场极限暴露面积，以及采场跨度和长度进行了分析计算，确定了矿体南北两个端部破碎残留的缓倾斜薄到中厚矿体（厚度为4-7m）采场跨度和采场长度等结构参数。采用机械化下向水平分层胶结充填采矿法。采矿方法如图1所示。

图1 机械化下向水平分层胶结充填采矿法

（1）矿块结构和参数

矿块沿走向布置，采场长度为15-20m，跨度为4-5m，其中当跨度在4m 左右时，采场长度可达20m，当跨度达到5m 时，采场长度不得超过15m。阶段高度为50m，分层高度为4m，不留顶柱、间柱和底柱，出矿时每个中段分为4 个分段，分段高度分别为12m、12m、12m、14m。

（2）采准和切割工作

矿块开采时采用下盘脉外斜坡道、岩脉运输巷道及穿脉巷道进行采准。由于该区间矿体处在全面开采过程中，且脉外巷道工程十分完善，故尽量采用矿块周围原有的开拓及脉外采准工程。采准工程包括：中段运输平巷、斜坡道、采区联络道、放矿溜井、分段运输平巷、分层出矿巷道、分段平巷与溜井联络道、回风充填滤水井等[3]。

采场顶底部布置中段运输巷道，作为连接其他采准巷道、出矿、通风的重要通道；
在下盘沿脉布置分段运输平巷，中段平面上穿脉和分段出矿平巷错开布置，通过矿体底板的中段运输平巷和斜坡道掘进采区联络道、分段平巷、分段出矿平巷、溜矿井，然后靠近矿体底板掘进回风充填井与上中段探矿平巷相通；
每条溜矿井分管3 个采场的出矿工作，连接采场下部的中段运输平巷，采用联络道连接分段运输平巷和溜矿井，从而将矿石运至中段运输巷道内并运达地表；
每个采场布置一条回风充填滤水井，规格为2m×2m。每一分层回采前，垂直矿体走向掘进切割横巷，以切割横巷为自由面沿切割平巷进行拉底[4]。

（3）回采

采场间采用隔一采一的方式进行回采，回采一个分层后立即充填，待整个采场充填完毕后且经养护后充填体强度达标时再回采相邻采场。矿块在采场内自上而下进行回采，逐层充填，每一分层的回采工作是在上一分层人工假顶的保护下进行。采用浅孔崩矿，凿岩时应注意矿岩边界，孔深为1.5-2.5m（矿体薄或者形态变化大，矿岩不稳固处尽量用小值），孔径30-40mm，采用间隔装药，分层高度为4m，回采多采用水平孔崩矿，出矿采用铲运机装运矿石，分层出矿斜道随着分层的回采进行挑顶，逐步由重车下坡变成重车上坡，最上面的分层出矿斜道在平面上要与穿脉巷道错开布置。出矿完毕后，清理底板上的矿粉，然后采用1:6 的水泥砂浆进行胶结充填，充填前要砌筑充填滤水井，浇灌混凝土隔墙，充填渗水通过预先布设的滤水井导出采场[5]。

（4）采场通风

新鲜风流由中段运输巷道、滤水井、斜坡道及采区联络道进入，经无轨分段平巷、采场联络道进入采场，冲刷采场后，污风从回风充填井排入上中段回风充填平巷道。为了改善采场工作面通风条件，可以使用局扇加强通风[6]。

由于105#矿体经过大量开采之后产生了很多已充填的采场，因此该矿体在划分采场和分层开采时，要防止由于开采矿石致使充填体垮塌导致矿山安全事故发生。此外，如开采导致充填体冒落，可能导致已采矿石中混入废石，致使矿石损失贫化，要特别注意避开已充填的采场和硐室，必要时可增加辅助工程。

由于105#矿体-200m 以上区间已开采多年，区间内的开拓采准工程早已完善。考虑到深部矿岩高应力的特点，以及105#号矿体强度低、不稳固的现状，应尽量减少新巷道工程的掘进，增加已有工程的利用，在保障深部开采安全性的同时，降低采矿成本，加快工程进度，缩短工期，提高矿山开采效益。

（1）区间内的顶底板中段运输平巷以及探矿平巷应尽量采用-151m中段、-200m中段的现有巷道工程，或者从现有工程出发进行采准切割工程。

（2）分段运输平巷应结合相应水平的矿体周围的巷道工程进行布设，力求在合理的前提下最大限度的利用已有巷道，在掘进分层出矿斜道时应加强巷道支护，保障出矿安全。

（3）掘进穿脉巷道时要先注意周围是否已有掘进好且可供利用的穿脉道，或由同水平方向相同的其他巷道引出穿脉巷道以达到贯通巷道、加强通风的效果。

（1）对于矿体南北两个端部的缓倾斜薄到中厚矿体（厚度为4-7m），采场跨度适宜为4-5m，采场长度适宜为15-20m。当跨度为4m 时，控制极限采场长度为20m。采场跨度越小，允许的暴露面积越大，因此在同等暴露面积条件下，可以通过减小采场跨度，增大采场长度来改善顶板稳固性[7]。

（2）对于矿体的整体开挖顺序，确定了从中间向两边推进的整体回采顺序，即先开采中间采区，再向两边采区顺序开采的整体回采顺序，既能缩短回采时间，又能避免开采过程中的应力灾害，实现资源的安全高效开采[8]。

（3）根据矿体产状与残矿赋存条件，推荐采用下向水平分层充填采矿法，并进行了工业试验。试验结果表明：该方法适用于某矿破碎残矿类型的回采，采矿效果良好，为某矿其他地段残矿回采提供了技术参考[9]。