干式充填采礦法的改進在金礦脈開采中的應(yīng)用

何建華

（廣東金鼎黃金有限公司，廣東 高要 526127）

前言

廣東高要河臺金礦開采含金蝕變糜棱巖礦床,急傾斜礦體厚度在1.5～5.0m左右，局部緩傾斜礦體，礦巖中等穩(wěn)固，1989年建礦，現(xiàn)已有20多年的開采歷史。采選綜合能力由250t/d擴大到750t/d，年產(chǎn)黃金1000kg。過去屬于淺部中段開采,以淺孔留礦采礦法為主。近年來,井下已轉(zhuǎn)入中深部中段開采,仍采用淺孔留礦采礦法將無法解決深部開采帶來的諸多技術(shù)問題和安全問題。根據(jù)國內(nèi)巖金礦山開采的實踐經(jīng)驗與礦山實際情況，經(jīng)過學(xué)習(xí)先進礦山經(jīng)驗,不斷優(yōu)化、更新采礦方法,采用類框架結(jié)構(gòu)與干式充填采礦法相結(jié)合的開采形式,通過不斷的研究、探索和試驗，獲得了很好的技術(shù)經(jīng)濟效果。

1 地質(zhì)概況

河臺金礦高村礦床礦脈以11#脈為主，賦存于280～-600m標(biāo)高，礦石和圍巖均為各種蝕變糜棱巖和硅化千糜巖；含金礦石為硅化糜棱巖；上盤圍巖節(jié)理較發(fā)育破碎，下盤圍巖塊狀構(gòu)造，中等穩(wěn)固，礦體后期斷裂破壞明顯。個別地段因斷裂節(jié)理發(fā)育，成礦后構(gòu)造破壞及下盤存在一條破碎帶，故局部為不穩(wěn)固。礦床涌水量小，水文地質(zhì)為簡單類型。

2 采礦方法

2.1 采礦方法選擇

高村礦床11#脈局部礦石品位較高，礦體較緩，為減小礦石損失，又考慮到上盤圍巖破碎松軟，故選擇干式充填采礦法開采。充填料來自井下各中段開拓廢石，從而達到廢石不出坑，既節(jié)省廢石提升費用，又解決了深部開采地壓問題。根據(jù)開采的實踐經(jīng)驗與本礦礦山實際情況，同時采用類框架結(jié)構(gòu)采空區(qū)處理技術(shù)，效果更加理想和經(jīng)濟效益顯著。

2.2 礦塊構(gòu)成要素及采準(zhǔn)工程布置

干式充填采礦法采場一般沿礦體走向布置，采場高度即作業(yè)中段高度，采場寬度即礦體水平厚度，采場沿礦體走向長度原來以40m布置，由于施工及操作困難，回采周期較長，效率較低，經(jīng)過試驗和改進，長度調(diào)整到30m左右較合適，便于操作而且效率較高，回采周期也縮短了，可加快相鄰礦塊的回采。采場一般以中段平巷沿脈布置；利用中央或采場一端探礦天井 (天井沿礦脈下盤施工)作為充填井；另一端布置人行天井并施工好聯(lián)絡(luò)道。兩端砌墻，如一端已無礦或礦體尖滅可不砌墻，該墻作為礦柱便于相鄰礦塊回采，達到充分回收資源的目的。在混凝土隔墻與礦石壁留1.5～2.5m空間作為出礦溜井，解決了以往利用鋼溜井出礦經(jīng)常堵塞和容易破壞的問題。

2.3 人工假底

廣東高要河臺金礦高村礦床上部中段由于以淺孔留礦采礦法回采礦房，中深孔回收礦柱，造成上部空區(qū)相互連通，不但造成大量礦石損失貧化，而且?guī)r層移動造成山體滑坡。2001年，高村礦床在開采中逐步采用類框架結(jié)構(gòu)采空區(qū)處理技術(shù)，即采用鋼筋混凝土人工底柱，以及干式充填采礦法形成人工間柱把連續(xù)礦體開采所形成的采空區(qū)，在水平方向與垂直方向相互隔離，達到控制空區(qū)地壓的作用。因此，在施工人工假底技術(shù)上要求較高。同時，近幾年來通過大力推廣應(yīng)用充填采礦法，提高充填礦房的比例，為河臺金礦近年出礦品位的提高起到了重要的作用。

高村礦床局部礦房礦石品位較高，走向較長，脈寬1.5～5m，布置多個充填礦房。其中，如-140中段4650#礦房，長25m，底部脈寬4.8m，上中段-90中段只1.5m左右，已施工人工假底。上下施工假底不留底柱，能充分回收資源。2011年11月已揭頂回采完畢，回采礦量9855t，采下品位8.32g/t，采下金屬量80kg。該礦房施工時沿脈上挑2.5m高，出凈礦石后，用0.4m厚鋼筋混凝土制作人工假底代替礦石底柱。人工假底見圖1。

圖1 人工假底斷面示意圖

2.3.1 假底構(gòu)筑參數(shù)

(1)假底承受的均布荷載(假底單位長度l=1m)。

式中：

G均-單位長度假底承受的均布荷載(kN/m)；

G總-單位長度假底承受的采場廢石總壓力(N)；

b-采場寬度，也是假底寬度，1.5m。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入 (1)式，得：G均=497kN/m。

(2)假底屬于超靜定簡支板，最大彎矩在中間(指在采場寬度中間)。

式中：M- 假底最大彎矩(kN·m)。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入(2)式，得：M=139kN·m。

(3)混凝土及配筋截面積。選取抗壓強度20N/mm2的混凝土，配筋截面積由受彎構(gòu)件鋼筋混凝土強度計算公式求之。

式中：Rw-混凝土彎曲抗壓強度，14MPa；

l-假底單位長度，取l=1m為計算單元；

x-混凝土受壓區(qū)計算高度(m)；

Rg-鋼筋屈服強度，340MPa；

A主-主筋截面積(cm2)；

k-混凝土強度設(shè)計安全系數(shù)，取1.40；

h0-假底截面有效高度(m)；

h-假底截面高度(m)；

s-縱向受拉鋼筋合力點到截面近邊的距離(m)。

把已知數(shù)據(jù)代入(3)、(4)、(5)，解聯(lián)立方程得：

A主 =24.50cm2。

2.3.2 配筋及材耗

(1)配筋。主筋選用3φ18@330，(A主=24.53>24.5cm2滿足要求)；縱筋選用4φ10@330，(縱筋截面4.52cm2>15%A主 =3.68cm2滿足要求)。為增加鋼筋砼的抗壓強度，每隔5m布置一條倒梁（梁主筋選用φ22螺紋鋼，副主筋選用φ18普通鋼筋，箍筋φ6@330，并用拉筋加固）

錨桿布置按鋼筋網(wǎng)規(guī)格每米3根，長度2.3m，外露0.3m，每根錨桿外露部分與鋼筋網(wǎng)主筋進行焊接，焊接長度不小于0.25m。鋼筋網(wǎng)網(wǎng)度330mm×330mm。

(2)假底制作材料及成本。錨桿6根，每根2.3m，φ22螺紋鋼，總長13.8m；主筋φ18圓鋼3根，每根1.5m，間距330mm，共需圓鋼4.5m；縱筋φ10圓鋼4根，每根1m，間距330mm，共需圓鋼4m；混凝土厚400mm，鋼筋埋入混凝土底部邊緣，距底邊10cm，混凝土耗量0.6m3/m。經(jīng)綜合計算，假底成本480元/m。

2.4 回采及充填工藝

礦塊根據(jù)礦體走向及周邊礦體情況劃分好各礦房，采用干式充填采礦法采礦，在假底施工完后，平壓上挑1.5～2m，出干凈礦石后，利用充填井充填廢石，控制采場高度1.8～2m，然后在人行井采場一端砌混凝土隔墻，墻與礦石壁留1.5～2.5m空間作為出礦溜井，人行井聯(lián)絡(luò)道處安裝電耙扒礦至溜井口下部可安裝振動放礦機出礦或直接用裝巖機出礦。

干式充填采礦法采礦，有兩采一充也有一采一充，采用YT27型鑿巖機平壓鑿巖,前者采高3～4m，當(dāng)采場圍巖較差時可采用一采一充，采高1.5～2m，炮孔按1.0m×0.8m交錯布置。落礦前在平整好的采場內(nèi)鋪設(shè)一層150mm厚的沙漿膠面，便于分清礦石與廢石。采用15kw或30kw的電耙出礦及充填廢石平場。隨著回采的進行，充填天井隨上采后逐漸消失。以往采礦出礦和充填一整個采礦工藝循環(huán)需2個多月才能完成一分層回采，現(xiàn)在通過抓好各項工藝和工人的勞動組織，充填采礦工藝循環(huán)只用45天左右就能完成一分層的回采，大大提高了回采效率。

充填料來源主要利用開拓工程廢石，廢石由其他中段提到上中段平巷倒入充填井，或本中段廢石倒入充填井，溜至采場。采場回采及充填工藝順序為鑿巖爆破-通風(fēng)-出礦-充填-平場膠面-鑿巖爆破??干式充填采礦法見圖2。筋混凝土假底 8-崩落礦石

圖2 干式充填采礦法示意圖

2.5 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

河臺金礦高村礦床經(jīng)過近2年來的實踐，整個礦體采出礦石量為40410t，經(jīng)現(xiàn)場標(biāo)定及計算的統(tǒng)計資料數(shù)據(jù)可看出，所獲得的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表1。

3 應(yīng)用效果

高村礦床11#脈應(yīng)用干式充填采礦法現(xiàn)已回采礦量40410t，實際消耗地質(zhì)儲量38123t，采礦技術(shù)指標(biāo)及綜合效益優(yōu)于淺孔留礦采礦法開采，對淺孔留礦采礦法與干式充填采礦法進行經(jīng)濟效益比較見表2。

結(jié)束語

綜上所述，對于深部地壓活躍，顯現(xiàn)嚴(yán)重的礦體開采應(yīng)用干式充填采礦法，結(jié)合類框架結(jié)構(gòu)采空區(qū)處理技術(shù)，解決了淺孔留礦采礦法無法解決的技術(shù)和安全問題，能充分回收資源及提高礦石品位，同時，通過利用廢石進行充填，降低了空區(qū)地壓的影處。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

表2 干式充填采礦法與淺孔留礦采礦法經(jīng)濟效益比較

[1] 張永忠,池曉輝.干式充填采礦法在上宮金礦的應(yīng)用試驗[J].礦冶，2005.04.

[2] 白鳳泉.干式充填采礦法在柏杖子金礦的應(yīng)用[J].有色金：礦山部分，2002.02.