楊宏偉,郝 濤,趙福友,周其磊

(陜西五洲礦業(yè)股份有限公司,陜西 商洛726403）

1 采礦技術(shù)條件

1.1 地質(zhì)勘探提供的開采技術(shù)條件

（1）礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬簡單～較簡單類型；

（2）礦床為半堅(jiān)硬的沉積層狀礦體，厚度大、穩(wěn)定、完整、穩(wěn)固；

（3）礦體頂板為薄層硅質(zhì)巖、微薄層粘土巖，致密堅(jiān)硬，性脆；底板為碳質(zhì)粘土巖，節(jié)理裂隙不發(fā)育，穩(wěn)定；礦體為碳質(zhì)粘土巖及碳質(zhì)粘土巖夾微薄層粘土巖，礦石自然安息角為38°

（4）礦體產(chǎn)狀340°～ 20°∠47.5°～55°（含裕源及峽峪溝）。

1.2 生產(chǎn)勘探揭示的開采技術(shù)條件

（1）礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬簡單～較簡單類型。

（2）礦床規(guī)模為大型，礦體形態(tài)為簡單類型。

（3）礦體有分支復(fù)合現(xiàn)象，分支是主要的，復(fù)合是次要的，復(fù)合長度大于50m而小于100m。

（4）存在濕度大，礦巖穩(wěn)固性極差，品位較低的黃泥塊段。

（5）存在礦巖穩(wěn)固性極差的難采塊段。

（6）工業(yè)礦體底盤存在連續(xù)性好的高碳層，高碳層厚度變化較大，穩(wěn)固性極差。

（7）礦體產(chǎn)狀：1）金獅劍～焑家溝礦段為0～15°∠44～50°，平均8°∠47.5°； 2）裕源采區(qū)東段及中段，350°～5°∠46～54°，平均0°∠48°；西段340°～350°∠46～58°，平均346°∠50°；3）峽峪溝采區(qū)為10°～25°∠50～55°，平均18°∠52°。

（8）Ⅰ1號礦體（底層礦體）巖性為碳質(zhì)粘土巖，致密堅(jiān)硬與底盤圍巖呈漸變過渡狀態(tài)，界限不清，I2號礦體（頂層礦體）巖性為薄層碳質(zhì)粘土巖夾微薄層粘土巖，層理、節(jié)理極發(fā)育，穩(wěn)固性差；夾層為碳硅質(zhì)粘土巖，一般致密堅(jiān)硬，但西段（裕源采區(qū)）大部分例外；頂盤圍巖為Ⅱ號礦體，為薄層硅質(zhì)巖夾微薄層粘土巖，層理、節(jié)理極發(fā)育，穩(wěn)固性極差。

2 采礦方法選擇

2.1 淺部（上部）各中段沿用的采礦方法

淺部（上部）各中段沿用的采礦方法是房柱式留礦采礦法。此方法存在的問題如下：

（1）無法開采難采礦塊，所謂難采礦塊指的是黃泥塊段與礦巖穩(wěn)固性極差的原生塊段，其層理、節(jié)理、揉褶較發(fā)育；

（2）由于礦體有自燃性，采空區(qū)封堵較困難，對于存在的已封堵火區(qū)無法開采；

（3）無法全厚開采，損失率很大，若強(qiáng)行全厚開采，必報廢采場；

（4）對于底盤近礦圍巖及礦石穩(wěn)固性極差的礦體，無法正常開采，采切工程位置難以選擇，即使形成，也難于維護(hù)，采礦安全隱患極大。如裕源、五色溝、峽峪溝等地；

（5）對于底層礦體厚大的塊段，采礦幅度有限，無法全厚采出底層礦體，損失過大。

2.2 以往所做的工作

為了解決現(xiàn)實(shí)中存在的問題，提高回采率，降低損失及貧化，五洲公司也做了很多采礦方法試驗(yàn)，具體情況如下。

（1）2007年與湖南長沙設(shè)計(jì)院合作進(jìn)行過干式廢渣充填采礦方法試驗(yàn)，以解決黃泥塊段的采礦難題，但是失敗了。工序復(fù)雜，充填難度大，充填效果差，成本高，更主要是安全隱患極大，無法推廣。

（2）2008—2009年與湖南長沙設(shè)計(jì)院合作進(jìn)行過水平分層采礦法試驗(yàn)，準(zhǔn)備解決礦巖穩(wěn)固性差的礦段的采礦難題，結(jié)果也是失敗的。工序復(fù)雜、成本高、安全隱患極大，難以確保鑿巖工、耙礦工的安全。

（3）2009年下半年，五洲公司內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)行有底柱分段崩落采礦法試驗(yàn)，結(jié)果也是失敗的。單從采礦系統(tǒng)設(shè)計(jì)本身而言，應(yīng)該是正確的，試驗(yàn)中基本實(shí)施了設(shè)計(jì)的采切工程，進(jìn)行了開槽、拉槽及采礦中深孔爆破，這些皆是成功的，而且安全可靠，但是在漏斗溜礦的這一環(huán)節(jié)上出了問題，所采礦石被埋在采場而不能溜出，而頂部渣石溜出來了，貧化極大，這是此次試驗(yàn)失敗的主要原因，這次試驗(yàn)失敗了，但給人一定的啟發(fā)——解決貧化問題是關(guān)鍵。

2.3 采礦方法探討

（1）依據(jù)上述實(shí)際及中村釩礦體的傾角、厚度及礦巖穩(wěn)固性等，應(yīng)選擇中深孔分段崩落采礦法，考慮到礦石自然下落特點(diǎn)，不能考慮有固定漏斗的有底柱分段崩落采礦法，否則貧化特大，礦石還未被搬運(yùn)出來，頂盤渣石會先行被搬運(yùn)出來。故而，應(yīng)考慮采礦、出礦較靈活的無底柱垂直扇形中深孔分段崩落采礦法，同一出礦點(diǎn)出礦位置不是固定的，而是變動的，損失、貧化相對較小，既可開采頂層礦體的貧礦和富礦，也可開采底層礦體的富礦及貧礦，可全厚采完Ⅰ號礦體。

（2）夾層厚度一般較小，故可將夾層連同礦體一并采出?？杀ＷC0.88～0.92%的品位；再者，由于無底柱垂直扇形中深孔分段崩落采礦方法出礦靈活性大，故可將一定的采出夾石量分離出來倒入溜渣井，以減小貧化。

（3）無底柱垂直扇形中深孔分段崩落采礦方法的缺點(diǎn)是工程量大，通風(fēng)相對困難，工序繁多，工程跟蹤指導(dǎo)要求要很到位，但是各工序安全系數(shù)高。

（4）采用此種采礦方法可依據(jù)實(shí)際，靈活選擇出礦、運(yùn)礦設(shè)備，以確定采切工程斷面尺寸，將主要采準(zhǔn)工程放在穩(wěn)固巖層中，將采切工程維護(hù)好，對于不穩(wěn)固礦巖，可用噴漿或者錨噴支護(hù)，以確保采切工程的施工，確保各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全；對于開槽也可利用礦巖不穩(wěn)固的特點(diǎn)不做開切槽，而是以淺孔逐步形成開槽、擴(kuò)槽空間，前提是切割平巷必須支護(hù)到位、安全可靠。

總之，采用無底柱垂直扇形中深孔分段崩落采礦法，既可開采礦巖較硬的中厚礦體，也可開采礦巖穩(wěn)固性較差至極差的中厚礦體，可望將中村釩礦Ⅰ號礦體的礦塊全厚采完。

2.4 采礦方法選擇

縱觀上述，中村釩礦選用“無底柱垂直扇形中深孔分段崩落采礦法”較合適，不但能采完礦塊全厚，而且安全性良好，回采率高，損失率小，靈活性強(qiáng)。

3 無底柱垂直扇形中深孔分段崩落采礦法

3.1 工程布設(shè)

3.1.1 分段運(yùn)輸平巷

依據(jù)上下兩個中段的垂高確定分段數(shù)目，分段高度按10～12m。分段運(yùn)輸平巷距礦體底盤10～15m，分段運(yùn)輸平巷通過石門與中段間的行人、通風(fēng)、設(shè)備提升上山連接，規(guī)格2.6×2.5m2。該平巷的用途為行人、通風(fēng)及運(yùn)輸。

3.1.2 行人、通風(fēng)、設(shè)備提升上山

在兩個中段間施工行人、通風(fēng)、設(shè)備提升上山，坡角30°，規(guī)格2.6×2.5m2。該上山與各分段運(yùn)輸平巷通過石門甩車相接，與上部中段通過石門直接相接，石門規(guī)格2.6×2.5m2。每200～300米布設(shè)一個行人、通風(fēng)、設(shè)備提升上山。

該設(shè)備上山的用途主要是行人、通風(fēng)、設(shè)備運(yùn)輸。

3.1.3 溜礦井（或溜渣井）

依據(jù)設(shè)備上山及分段運(yùn)輸平巷，配套布設(shè)溜礦井（溜渣井），該溜礦井通過一小段巷道與分段運(yùn)輸平巷以大于60°坡角接通，確保礦渣安全倒入其中，每200～300米布設(shè)一個溜礦井，規(guī)格2.6×2.5m2。

溜礦井的用途主要是在采礦期間作為溜礦用的，相鄰溜礦井一個作為溜礦井使用，一個作為溜渣井使用。

在兩個相鄰溜礦井未施工到位之前，暫通過提升上山運(yùn)輸渣石，待兩設(shè)備上山關(guān)聯(lián)的分段運(yùn)輸平巷及溜礦井施工到位后，可將一個溜礦井作為渣井使用，另一個溜礦井作為溜井使用，從此，逐步實(shí)施各分段平行掘進(jìn)作業(yè)……，隨著設(shè)備上山的增多，溜礦井與溜渣井更好調(diào)配。

若在初期溜井使用上太過緊張時，可在兩設(shè)備上山之間再增加一個溜渣井，以確保各分段后續(xù)掘進(jìn)作業(yè)正常施工，尤其有利于上部兩個分段運(yùn)輸平巷的超前施工及開采。

3.1.4 分段切割橫巷

對各分段切割橫穿進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，在同一個分段中相鄰兩個切割橫穿間距為10m，規(guī)格3×2.8m2，長度以揭穿完Ⅰ礦體為準(zhǔn)，上下兩個分段的切割橫穿錯開布置。

3.1.5 切割平巷

連接同一分段切割橫穿的平巷，其用途是為了擴(kuò)切割槽，規(guī)格3×2.8m2，坡度為0°。

3.1.6 切割天井

在切割平巷與切割橫穿交叉位置處布設(shè)切割天井，規(guī)格為2×2m2，長度5m，坡度90°，其用途是作為切割槽的補(bǔ)償空間。切割天井根據(jù)實(shí)際需要布設(shè)，不需要在每個切割橫穿中布設(shè)。

3.2 采礦工藝

3.2.1 擴(kuò)切割槽

在切割天井兩側(cè)各施工兩排扇形炮孔，每排3個扇形炮孔，其中一個角度為90°，兩側(cè)兩個炮孔與水平線夾角為85°，倒向外側(cè)。炮孔排距為1.5～2m，長度6m，擴(kuò)槽結(jié)束后，逐步擴(kuò)大切割槽，此后，切割槽的炮孔排距為3.0m，長度為6.0m。擴(kuò)槽作業(yè)在開采區(qū)域自始至終持續(xù)進(jìn)行。

3.2.2 采礦方法

每一個分條中的切割槽施工到位后，就開始該分條采礦作業(yè)，在切割橫穿中布置扇形中深孔，炮孔排距為3.0m，最后兩排炮孔排距下部為2.0m，上部為3.0m。一次鑿巖、分次爆破，也可分次鑿巖、分次爆破，每一次爆破一排炮孔，待出礦到截止品位后，停止出礦，再進(jìn)行二次放炮或者二次鑿巖，鑿巖完畢后再一次放炮，余此類推。

依據(jù)擴(kuò)槽進(jìn)度及生產(chǎn)礦量要求，可逐步增加開采分條，為了提高生產(chǎn)礦量，在同一分段水平可幾個區(qū)域同時開采。

各分段間可同時開采，但必須嚴(yán)格按順序施工，必須是上分段超前下分段開采，在開采下分段時，上分段對應(yīng)位置即將開采結(jié)束或已開采結(jié)束最合適。

為了滿足設(shè)計(jì)生產(chǎn)礦量，每次至少確保3個開采區(qū)域同時開采出礦，每個開采區(qū)域有4個分條出礦。

下分段開采區(qū)域數(shù)及分條數(shù)目可以少點(diǎn)，僅作為上分段采礦量的補(bǔ)充，進(jìn)一步充分確保生產(chǎn)礦量。

3.2.3 落礦、運(yùn)礦

用YGZ90型導(dǎo)航式獨(dú)立回轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)按炮孔設(shè)計(jì)鉆鑿垂直扇形中深孔，按上述要求鑿巖放炮，礦石借自重落在切割橫巷中。

因本礦山巷道規(guī)格較小，無法使用較大的無軌設(shè)備運(yùn)輸，故可選擇扒渣機(jī)配合改造后的農(nóng)用三輪車運(yùn)礦。

礦石自工作面經(jīng)扒渣機(jī)→改造的農(nóng)用三輪車→就近采區(qū)溜礦井→經(jīng)大巷運(yùn)出。

3.2.4 頂板及采空區(qū)管理

要求必須留階段礦柱，階段礦柱垂高5.0m,為此要求每一中段內(nèi)的第一個開采分段的扇形炮孔布置在一個設(shè)計(jì)的高度內(nèi)，確保中段間有5.0m垂高的階段礦柱。

兩個中段之間的可開采部分全部開采，無礦柱。

在較大的溝槽、建筑物、水體下的礦體不予開采，以防災(zāi)害事故發(fā)生。

由于頂盤礦巖穩(wěn)固性較差至極差，故在開槽后，頂盤巖體一般會自動塌落形成覆蓋層，確保在覆巖下出礦。若在開槽后，頂盤巖體未及時塌落，應(yīng)在切割平巷中直接打眼破壞或施工輔助工程予以破壞，確保在覆巖下放礦。

每個分條開采結(jié)束后，必須及時封閉嚴(yán)實(shí)。

3.3 回采率、損失率及貧化率指標(biāo)計(jì)算

3.3.1 計(jì)算方法

（1）依據(jù)A—A剖面、B—B剖面、E—E剖面、F—F剖面可計(jì)算出礦體平均總面積、夾層面積等，以m2計(jì)量。

（2）依據(jù)上述剖面，還可計(jì)算出各分段開采破壞的底盤圍巖面積、損失礦量面積，以m2計(jì)量。

（3）依據(jù)上述計(jì)算出的各種面積、采區(qū)的長度及礦石體重，可計(jì)算出采區(qū)內(nèi)的總礦石量、夾層量、純礦體（不含夾層）的礦石量、損失礦石量等，以噸計(jì)量。

各種數(shù)據(jù)見表1～表6

3.3.2 礦體礦量、夾層量、純礦體礦量計(jì)算（表1）

項(xiàng)目名稱 剖 面A—A B—B E—E F—F礦體平均水平厚度（m）1/2(20+20)=201/2(16.625+20)=18.311/2(13.220+13.216)=13.22水平厚度（m） 1/2(4+4)=4 1/2(4+4)=4 1/2(2.586+2.604)=2.601/2(13.093+13.213)=13.15夾層平均1/2(2.580+2.580)=2.580垂高（m） 54.246偽礦體面積（m2） 1084.92 993.64偽夾層面積（m2） 216.98 216.98折算礦體面積（m2） 734.04 672.28 717.13 717.33折算夾層面積（m2） 146.81 146.81 141.04 139.95礦體平均面積（m2） 710.195夾層平均面積（m2） 143.655純礦體平面積（m2） 710.195-143.655=566.54礦體礦石量（萬噸） 710.195×300×2.34/10000=49.86夾層量（萬噸） 143.655×300×2.34/10000=10.08純礦體礦石量（萬噸） 566.54×300×2.34/10000=39.78備 注A—A剖面及B—B剖面與E—E剖面及F—F剖面的夾角為α=50° 03′ 20.99″ -2° 20′ 53.66″ =47° 42′ 27.33″，故折算系數(shù)為cosα=0.677；礦巖體重2.34t/m3；采區(qū)長度300m

3.3.3 采出近礦圍巖量計(jì)算（表2）

面積(m2)分段名稱剖 面E—E F—F一分段 1/2×2.895×3.558=5.150 1/2×2.879×3.556=5.151二分段 1/2×4.884×6.776=16.547 1/2×4.917×6.779=16.666三分段 1/2×4.872×6.761=16.470 1/2×5.0×6.857=17.143四分段 1/2×4.874×6.760=16.474 1/2×5.075×6.980=17.712五分段 1/2×4.874×6.766=16.489 1/2×4.958×7.072=17.531合計(jì) 71.130 74.203平均值 1/2(71.130+74.203)=72.666圍巖采出量（萬噸） 72.666×300×2.34/10000=5.10備 注 礦巖體重2.34t/m3；采區(qū)長度300m

3.3.4 損失計(jì)算（表3）

面積(m2)分段名稱剖 面E—E F—F一分段 1/2×1.877×2.308=2.166 1/2×1.845×2.310=2.131二分段 1/2×2.947×4.090=6.027 1/2×2.928×3.999=5.855三分段 1/2×3.067×4.105=6.300 1/2×2.893×4.009=5.800四分段 1/2×2.959×4.106=6.075 1/2×2.810×3.886=5.460五分段 1/2×2.957×4.103=6.066 1/2×2.725×3.794=5.170合計(jì) 26.629 24.414平均值 1/2(26.629+24.414)=25.521損失量（萬噸） 25.521×300×2.34/10000=1.79備 注 礦巖體重2.34t/m3；采區(qū)長度300m

3.3.5 階段損失量（表4）

名 稱 計(jì)算量純礦體平均水平厚度（m） 1/2（13.22+13.15）-1/2(2.60+2.58) =10.595階段礦柱垂高（m） 5.0階段損失量（萬噸） 10.595×5×300×2.34/10000=3.84備 注 礦巖體重2.34t/m3；采區(qū)長度300m

3.3.6 “三率”指標(biāo)（表5）

名 稱 計(jì)算量損失率﹪ （1.79+3.84）/39.77×100﹪ =14.16﹪回采率﹪ 1-14.16﹪=85.84﹪貧化率﹪ （5.10+10.08）/49.86×100﹪ =30.45﹪備 注在實(shí)際生產(chǎn)中，出礦是依據(jù)截止品位確定終止的，故實(shí)際損失率大于14.16﹪；夾石及圍巖在生產(chǎn)過程中有相當(dāng)一部分可按渣石排出，按理貧化率小于30.45﹪，但是在出礦過程中，由于在覆巖下放礦存在二次貧化。綜合考慮貧化率應(yīng)為30﹪

3.3.7 按礦石、夾石及圍巖品位指標(biāo)計(jì)算貧化率（表6）

4 采區(qū)工程量（見表7、表8）

5 存在問題及說明

分段運(yùn)輸平巷距礦體底盤較遠(yuǎn)，增加了切割橫巷的工程量，這一問題也好解決。具體方法是在施工分段石門時將石門揭示礦體一部分，不必揭穿礦體，依據(jù)工程揭示地質(zhì)現(xiàn)象，可確定其位置在距礦體底盤界限10～15米范圍內(nèi)。分段運(yùn)輸平巷距礦體底盤不得小于10米，這是由采礦方法及采區(qū)運(yùn)輸決定的。

分段切割平巷的位置確定辦法是依據(jù)頂層礦體及夾層的礦巖穩(wěn)固性。若頂層礦體礦石穩(wěn)固性差至極差，將其布置在夾層中，若夾層及頂層礦體礦巖穩(wěn)固性皆差至極差，將其布置在底層礦體中靠近夾層處。

切割平巷及切割橫巷的頂幫穩(wěn)固程度很重要，若礦巖不穩(wěn)固時必須采取措施予以支護(hù)，一般情況下使用木支護(hù)，也可采用噴漿或錨噴支護(hù)。只有確保了切割平巷及切割橫巷的穩(wěn)定性才能確保安全采礦，且能采完單元礦體的礦石。

表7

[1]陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局第十三地質(zhì)隊(duì).山陽縣中村釩礦床金獅劍—煙家溝礦段詳查地質(zhì)報告[R]. 1985.

[2]楊宏偉,吳天鎖,周其磊.中村釩礦帶金獅劍～焑家溝礦段地質(zhì)特征[Z].陜西五洲礦業(yè)公司(內(nèi)部資料),2013.(12).

[3]解世俊主編.金屬礦床地下開采[M].冶金工業(yè)出版社,1986(04).

表8

[4]楊宏偉,趙福友,周其磊,郝濤.中村釩礦深部地下開采設(shè)計(jì)[Z].陜西五洲礦業(yè)股份有限公司(內(nèi)部資料),2014(10).

個人簡介：楊宏偉：男，1993年7月畢業(yè)于西安礦業(yè)學(xué)院采礦工程專業(yè)，學(xué)士，工程師。