某鉛鋅礦山采礦方法優化選擇

馬 秋，李小武，何皇兵

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

某鉛鋅礦坑內賦存的XVII、XVIII號礦體是該礦段的主礦體，平面范圍北起P87號勘探線，南到P90號勘探線，西自FP1斷層，東至XVIII號礦體下盤；南北向走向長360 m，東西向寬200 m，見礦最低標高2 053 m，控制斜深100 m。

XVII號礦體大部分沿構造產出，局部呈層狀或似層狀特征。礦體走向一般為30°N～36°E，傾角為48°～76°，礦體走向長235 m，傾向控制深度80 m，工業礦體厚7.80～71.10 m，平均厚度10.93 m，平均品位：Pb0.60%、Zn7.71%。該礦體估算礦石資源量占全區的39%。

XVIII號礦體有層狀或似層狀特征，局部受構造影響出現突然尖滅現象。礦體走向一般為33°N～55°E，傾角為41°～72°，礦體走向長310 m，推斷最大斜深100 m，工業礦體厚6.10～44.60 m，平均厚度10.35 m，平均品位：Pb0.89%、Zn0.39%。該礦體估算礦石資源量占全區的61%。

該礦段含礦層為云龍組上段(Eyb-2)碳酸鹽巖夾碎屑巖；巖性主要為灰巖角礫巖、角礫灰巖、灰巖、細砂巖夾粉砂巖；巖石呈半堅硬，部分致密狀，大部分為塊狀結構，巖體穩定性較好。直接頂板巖層：礦層直接頂板為三合洞組下段(T3s1-2)碳酸鹽巖堅硬巖層，巖性為含瀝青灰巖、角礫狀含瀝青灰巖，含白云質灰巖及燧石結核灰巖，巖層層理清晰，層間結合力較強，巖石致密堅硬，力學強度較高巖體穩定性較好。礦層底板巖層：礦層底板為云龍組上段(Eyb-1)碎屑巖半堅硬巖層，巖性為鐵質(灰質)膠結含角礫細砂巖、細砂巖夾粉砂巖，巖體為層狀結構，圍巖穩定性較好。反映礦體賦存狀況的典型地質剖面見圖1。

圖1 典型地質剖面圖

礦山投產以來，生產能力約為1 000 t/d(33 萬t/a)，中厚急傾斜礦體占比較大，對于這種類型礦體，礦山以往多采用塹溝底部結構的淺孔留礦嗣后充填法，現對此采礦方法簡述如下：

礦塊布置：礦房長51～57 m，寬12 m，高為中段高度40 m，塹溝底部結構高6 m。由中段運輸巷道掘裝礦穿脈連通溜井，溜井向上掘至出礦底部結構水平，并與該水平出礦穿脈連通，沿出礦穿脈垂直走向向礦體內掘塹溝平巷，并最終貫穿礦體，在塹溝平巷內每間隔10 m掘一出礦巷道與相鄰塹溝平巷貫通。出礦水平上下盤脈外分別掘沿脈聯絡平巷，由上下盤沿脈聯絡平巷每間隔10 m逆礦體傾向掘礦塊天井與上中段回風聯道貫通，在上下盤礦塊天井中每隔5 m對稱掘進采場聯絡道。

鑿巖、爆破：回采時采用淺眼鑿巖機沿拉底平巷形成拉底空間，拉底寬度為礦房寬度；礦房回采自下而上分層回采，分層高度2～2.5 m；采用淺眼鑿巖機鑿巖，2#巖石硝銨炸藥爆破，非電雷管起爆。

出礦：爆落的礦石由出礦短巷由裝巖機裝至礦車，人工下放到礦石溜井，再由電機車運至斜井。采場放礦量起初控制在落礦量的30%左右，直至采到礦塊頂柱，最后進行大量放礦。

通風：新鮮風流從礦塊天井進入聯絡道，再從聯絡道進入礦房內，清洗工作面后進入礦塊回風天井，由礦塊回風天井排至回風平巷。

充填：首先回采的空區全采用尾砂膠結充填，后回采的空區底部采用尾砂膠結充填，上部采用全尾砂充填，充填參數根據現場調整。

1.下盤運輸巷道；2.上山；3.礦體；4.聯絡道；5.礦塊天井；6.木材；7.礦廢石溜井；8.出礦巷道；9.淺孔；10.礦石堆；11.回風聯道

圖2礦山采礦方法現狀

Fig.2Currentsituationofminingmethods

該礦段中厚以上礦體占比較大，形態規整，鋅品位較高，采用現在的塹溝底部結構淺孔留礦嗣后充填法，雖能起到降低貧損指標的目的，但也存在以下問題：

1)回采作業中的鑿巖、裝藥均在采場暴露面下進行，若遇礦體及圍巖不穩固地段，將存在較大的安全隱患；

2)淺孔鑿巖落礦效率較低，勞動強度較大，耗工耗時；

3)出礦采用裝巖機裝礦車，人推礦車的形式，出礦效率受到限制，礦山生產規模難以保證。

針對礦山現有采礦方案存在的系列安全問題，需對該礦的采礦方法及工藝等進行優化選擇，實現資源安全高效利用，增加開采經濟效益。

1 采礦方法優化選擇

1.1 采礦方法初選

該礦段上方地表有貧礦堆場等建構筑物，且距礦段不遠處即為露天采場境界，礦區地表土地征用難度很大，地表不允許出現塌陷區，因此崩落類的采礦方法不適宜選用。根據礦區工程地質條件，該礦段礦體巖體質量等級可達III級，巖體質量中等；礦體頂、底板巖體質量等級亦為III級，巖體質量中等。據此推薦礦山采用分段空場嗣后充填采礦法，該采礦方法為國內礦山所常用的，且易于掌握的采礦方法，具備安全可靠，對礦體產狀變化適應性強等特點。該文將選取2種不同采場結構的分段空場嗣后充填采礦法進行比較，分別為：分段鑿巖階段出礦兩步驟回采嗣后充填法及分段鑿巖階段出礦嗣后充填法，以上2種采礦方法各有利弊，需對其進行進一步的技術經濟分析比較，才能最終選取出適合該礦段的最佳采礦方法。下面以占比較多的產狀為“急傾斜厚大”的礦體作為研究對象來分析兩種方法的優劣，并最終選優。

1.2 分段鑿巖階段出礦兩步驟回采嗣后充填采礦法

該采礦方法有垂直走向和沿走向2種形式，由于研究對象為急傾斜厚大礦體，因此選取垂直走向布置有底柱分段鑿巖階段出礦嗣后充填法來進行分析描述。

此種采礦方法適用于該礦山礦體厚度在15 m以上的急傾斜礦體，見圖3。礦塊垂直走向布置，長為礦體水平厚，礦房、間柱寬均為15 m，頂柱高4 m，底柱為塹溝結構高9 m，分段高7～10 m，整個中段高40 m。

圖3 垂直走向布置分段鑿巖階段出礦兩步驟 回采嗣后充填采礦法

從脈外運輸平巷適當位置掘采區斜坡道，在斜坡道內按設計標高垂直礦體走向鑿分段鑿巖平巷，在分段鑿巖平巷內沿礦體走向掘分段聯絡平巷，由最低分段聯絡平巷向礦體掘裝礦進路，進路進入礦體內后，繼續垂直礦體走向掘底部塹溝平巷，在塹溝平巷中掘裝礦巷道；在礦房中部掘切割天井連通塹溝平巷及分段鑿巖巷道，將切割天井擴展成切割槽并形成底部塹溝。礦塊分礦房和間柱兩步驟回采，先采礦房，后采間柱。分段鑿巖，階段出礦，嗣后一次充填，中段間開采順序由下往上采。鑿巖選用YGZ90型鉆機配TJ-25型圓盤臺架鉆鑿上向扇形中深孔，孔徑φ60 mm。采用人工或BQ-100型裝藥器裝填2#巖石硝銨粉狀炸藥，導爆索非電雷管起爆，礦石最大塊度控制在500 mm內。階段出礦選用WJD-1型電動鏟運機，礦廢石由鏟運機運輸，經裝礦巷道、出礦進路、分段聯絡平巷、礦廢石溜井聯道至采場溜井，最終溜至中段裝車。礦塊分為礦房和間柱兩步驟進行充填，第一步驟回采礦房，回采結束后礦房用全尾砂膠結充填，并用全尾砂膠結充填澆底、接頂，靠底柱部分采用灰砂比1：4的充填料漿充填，中部采用灰砂比1：10的充填料充填；第二步驟回采間柱，回采結束后，充填除澆底、接頂與礦房相同外，其余空區以全尾砂進行充填，中部采用灰砂比1：20或0：1的純尾砂充填。配QZJ100B型潛孔鉆機由各出礦進路適當位置打下向的傾斜孔(φ100 mm)，鉆孔與采場空區貫通，作為充填體進入空區的通道。

1.3 分段鑿巖階段出礦嗣后充填法

此種采礦方法適用于該礦山礦體厚度在15 m以上的急傾斜礦體，見圖4。采場垂直礦體走向布置，采場長度50～60 m，間柱寬度6～8 m，礦房長度44～54 m，采場高度等于中段高度40 m；底柱高度10 m；分段高度10 m，進路間距8～10 m。

該采礦方法為下盤斜坡道與脈外天井采準，包括溜井聯道、分段鑿巖巷道、脈外采準天井、鑿巖巷道聯道、出礦穿脈、出礦水平沿脈、鑿巖水平沿脈、溜礦井及拉底巷道；切割工程有切割平巷及切割天井。在分段鑿巖巷道中采用YGZ90型鑿巖機鉆鑿垂直向上扇形中深炮孔，采用上下分段同時爆破的方式進行回采，每次爆破4～6排炮孔；采場崩落礦石下溜至出礦水平的塹溝巷道內，由1 m3電動鏟運機(鏟運機經采區斜坡道由中段運輸巷道、出礦水平沿脈后到達各采場)經出礦穿脈、溜井聯道倒入溜井下放至中段運輸水平裝車。采場回采結束后留下的采空區，采用尾砂充填來對頂板進行管理，根據采礦方法以及類似礦山充填工藝的經驗，全尾砂事后充填料漿水泥添加比例為3%～5%(灰砂比1：20～11：30)，料漿濃度約70%。充填管道通過中段沿脈運輸平巷→裝礦穿脈→采準天井→分段鑿巖巷道→進入采空區。該采礦方法中段間回采順序由下往上采。

1.炮孔；2.脈外采準天井；3.溜井聯道；4.分段鑿巖巷道；5.采場溜井；6.出礦穿脈；7.出礦水平沿脈；8.切割平巷；9.切割天井；10.裝礦穿脈；11.裝礦橫巷；12.鑿巖水平沿脈

圖4垂直走向布置分段鑿巖階段出礦嗣后充填法

Fig.4Theverticalstrikeofsub-drillingwithstageextractingoreofdelayedbackfillingmethod

2 采礦方法優化選擇

分別針對以上2種采礦方法進行各項技術經濟指標及優缺點的分析比較，見表1。

表1 采礦方法技術經濟比較表

根據上述2種采礦方法的比較，方案1采礦成本雖然較高，但最終可比經濟效益略好，同時對地表環境影響較小，且采場暴露面積較小，中段開采順序為從下往上采，充填采場位于回采采場下方，安全性較高。方案2雖然采礦成本略低，但貧損指標均較高，采場暴露面積較大，安全性較低，出礦品位亦沒有優勢，致使可比經濟效益略差。綜合考慮后，方案1在回采安全性及經濟效益方面具有相對優勢，確定選擇方案1“垂直走向布置分段鑿巖階段出礦兩步驟回采嗣后充填采礦法”作為該礦段地下開采的采礦方法。

目前該采礦方法在礦山已開展應用，其與礦山現場揭露礦體產狀及現有采礦裝備水平都較為吻合，現場生產的貧化率：10%，損失率：15%，采礦成本約：170 元/t(原礦)，按目前鉛鋅市場價格看：鉛精礦16 000～21 000 元/t，鋅精礦23 000～24 000 元/t，扣除各項成本后，礦山仍有一定的經濟效益，這也從另一方面佐證了向礦山推薦的采礦方法是相對科學、合理的。

3 結 語

針對某鉛鋅礦山開采過程中采礦方法存在的主要安全問題，結合礦山開采現狀和礦體的開采技術條件，對礦山的采礦方法進行了優化選擇。對向礦山推薦的“垂直走向布置分段鑿巖階段出礦兩步驟回采嗣后充填采礦法”及“垂直走向布置分段鑿巖階段出礦嗣后充填采礦法”的技術經濟指標進行了計算分析，定量及定性的反映了2個方案各自的優缺點，權衡利弊后確定“垂直走向布置分段鑿巖階段出礦兩步驟回采嗣后充填采礦法”作為礦山的最終采礦方案。后經礦山現場生產實踐后，證明該采礦方法用于此礦山是適宜的。