小巷大柱分采法在鐮子溝金礦Ⅱ-2號(hào)礦體的優(yōu)化研究

柯 平，吳祥輝，周國偉，周金隆，胡 鑫，朱滿懷

鐮子溝金礦Ⅱ-2號(hào)礦體產(chǎn)狀復(fù)雜、厚度薄、傾角緩，屬品位低極難采礦體。在開采過程中，礦體回采率低、貧化率高、部分地段采切工程量大，難以做到機(jī)械化開采，同時(shí)礦塊生產(chǎn)能力小、經(jīng)濟(jì)效益差。有鑒于此，總結(jié)并找到適合此種礦體開采的采礦方法便顯得尤為重要。

鐮子溝金礦在開采過程中，不斷總結(jié)、試驗(yàn)、創(chuàng)新，最終總結(jié)出了適合此種礦體開采的采礦方法—小巷大柱分采法，解決了Ⅱ-2礦體采礦難的問題，并在礦山開采過程中得到使用，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 礦體地質(zhì)特征

鐮子溝金礦Ⅱ-2號(hào)礦體分布于37勘探線～23勘探線之間，礦體走向東北，礦體產(chǎn)狀110°～170°∠15°～45°，屬于緩傾斜薄礦體；厚度處于0.5m～3.5m之間，平均厚度1.50m，平均品位2.34g/t。礦體賦存于北東向緩傾斜斷裂構(gòu)造帶中，主要由蝕變巖組成，局部夾有石英脈，厚0.10m～0.40m，主要礦化為黃鐵礦化、褐鐵礦化、輝鉬礦化、方鉛礦化、偶見少量銅藍(lán)和孔雀石化，蝕變有硅化、鉀化、高嶺土化及碳酸鹽化。礦體形態(tài)復(fù)雜，似層狀、透鏡狀；沿走向和傾向呈舒緩波狀，膨脹狹縮現(xiàn)象較多；礦體受斷裂構(gòu)造控制較多，上盤圍巖較穩(wěn)固，下盤破損，破礦斷層發(fā)育，對礦體影響較大。礦山采用地下開采，平硐+盲斜井聯(lián)合開拓方式，中段高度25m，采用單翼對角式通風(fēng)系統(tǒng)。

2 早期開采效果

礦床開采技術(shù)條件和水文地質(zhì)條件對采礦方法的選擇起到控制作用，開采技術(shù)條件主要包括礦石與圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，主要涉及礦巖的穩(wěn)固性，從而決定采場地壓管理方法、采場結(jié)構(gòu)參數(shù)和回采工藝；礦體傾角主要影響礦石在采場內(nèi)搬運(yùn)方式；礦石的品位與價(jià)值涉及采礦方法及其回采率與貧化率。

選擇采礦方法是主要考慮如下因數(shù)：①安全與良好的工作條件，②最大限度的采出地下礦產(chǎn)資源，③生產(chǎn)能力大，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，④生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)效益相對較好。

鑒于以上原因，早期開采時(shí)，選擇留礦全面法對本礦床Ⅱ-2號(hào)礦體進(jìn)行開采。

2.1 礦房布設(shè)要素

礦房高度為中段高度40m，斜長處于80m～120m之間，礦房長度沿走向布設(shè)，為50m，寬度為礦體厚度，底柱高度5.5m，頂柱高度4m，間柱寬5m，聯(lián)絡(luò)道間距6.5m。

2.2 采準(zhǔn)切割工程

礦塊的采準(zhǔn)方式是脈內(nèi)采準(zhǔn)。因礦體波狀起伏，便于追索礦體，沿礦體走向在礦體內(nèi)靠近下盤掘進(jìn)脈內(nèi)運(yùn)輸平巷，每隔50m在靠近礦體下盤掘進(jìn)采準(zhǔn)上山（2.0m×2.0m），采準(zhǔn)上山布置在間柱內(nèi)，劃分出礦塊，在采準(zhǔn)上山中每隔5m掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)道（2.0m×2.0m），聯(lián)絡(luò)道長度2.0m，上山兩側(cè)聯(lián)絡(luò)道對稱布置。

拉底巷道是在運(yùn)輸平巷底板之上5m處，從采準(zhǔn)上山開始沿礦體掘進(jìn)切割平巷（1.8m×2.0m），礦體較薄處施工至礦體邊界，形成2m高的拉底空間，自此開始上采，在距采準(zhǔn)上山7m處掘進(jìn)放礦漏斗。

2.3 回采工作

礦體回采采用逆傾斜方向推進(jìn)，采用YT28型氣腿式鑿巖機(jī)鉆鑿上向孔鉆孔。回采過程中每班自漏斗三分之一礦石，預(yù)留三分之一礦石，鑿巖工站在礦堆上作業(yè)，待此礦房全部爆破后再進(jìn)行最終放礦。回采作業(yè)面和預(yù)留礦石向放礦漏斗方向傾斜，便于礦石耙入放礦漏斗，隨回采作業(yè)面逆方向向上推進(jìn)，耙礦絞車相依次移到上一個(gè)水平的聯(lián)絡(luò)道中進(jìn)行耙礦。最終放礦時(shí)再將耙礦絞車逐步下移。

采場崩礦以后，檢查發(fā)現(xiàn)頂板有不穩(wěn)固的因素，立即采取護(hù)頂措施，若上采過程中需要護(hù)頂，可采用漿砌石支護(hù)。另外，在出現(xiàn)較大裂隙時(shí)可放頂來避免冒頂；采場在開采過程中，遇到頂板下沉、冒落、側(cè)部片幫等地壓顯現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確，保證人員安全。由于草原留礦全面采礦法，回采過程中合理控制開采空間；為保證工作的安全進(jìn)行，在落礦、通風(fēng)后，安全員及時(shí)對采場頂板及兩幫浮石進(jìn)行清理此采礦方法，礦房生產(chǎn)能力可達(dá)100t/d，三班作業(yè)，兩個(gè)班鑿巖、裝藥、爆破、通風(fēng)、檢查、平場等，另外一個(gè)班放礦、出礦。

2.4 開采效果及存在問題

采用留礦全面法開采過程中，采場內(nèi)礦石無法自溜至底部漏斗，耙礦絞車使用過程中頻繁挪動(dòng)，使用效率較低，人工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，落礦問題突出；整個(gè)礦房全部向上推進(jìn)回采，導(dǎo)貧富礦石不能分層爆破、回采，致貧化率高，采出礦石品位較低；礦體厚度薄，采場采幅大，采空區(qū)暴露面積大，加之礦體屬于構(gòu)造控礦、破礦斷層較多，導(dǎo)致頂板圍巖局部破碎，采場冒頂片幫現(xiàn)象嚴(yán)重，頂壓、地壓較大，增加了采場管理難度，安全風(fēng)險(xiǎn)高，易造成二次貧化，且個(gè)別采場無法再繼續(xù)向上回采。

此采礦方法前期采切工程量大，采切成本高，使得開采成本增加，三級(jí)儲(chǔ)量難以平衡，經(jīng)濟(jì)效益較差，生產(chǎn)經(jīng)營困難。礦山采用留礦全面法進(jìn)行多次采礦試驗(yàn)，共回采礦石2.7萬t，原礦地質(zhì)品位1.98g/t，采出礦石品位僅0.89g/t，貧化率高達(dá)55%，經(jīng)濟(jì)效益較差。因此，留礦全面法不適用于鐮子溝金礦Ⅱ-2號(hào)礦體開采。

3 開采問題分析

通過多次開采試驗(yàn)并分析總結(jié)，Ⅱ-2號(hào)礦體開采過程中，開采貧化率高、礦石搬運(yùn)難度大、開采成本高是其突出特點(diǎn)、難點(diǎn)。

3.1 開采貧化率高

（1）礦體沿走向和傾向呈舒緩波狀，膨脹狹縮現(xiàn)象較多，鑿巖工鑿巖過程中，炮孔易穿透頂板或底板，導(dǎo)致爆破后大量上下盤圍巖匯入礦石，使得貧化率較高。

（2）礦體破礦斷層較多，礦體不連續(xù)，導(dǎo)致回采過程中難以連續(xù)開采，爆破后斷層廢石大量匯入易造成貧化。

（3）礦體厚度、品位、傾角變化較大，回采過程中，無礦段廢石、貧礦難以剔除，從而造成貧化。

（4）采空區(qū)暴露面積大，加之構(gòu)造控礦、破礦斷層較多使得頂板圍巖局部破碎，頂壓管理難度大，采場冒頂片幫現(xiàn)象嚴(yán)重，從而使得開采貧化率提高。

3.2 礦石落礦困難

鐮子溝金礦Ⅱ-2號(hào)礦體傾角緩，一般處于15°～25°之間，礦房高度40m，礦體沿傾向斜長達(dá)到80m～120m，有的甚至更長，礦石難以順利搬運(yùn)至底部漏斗。

3.3 開采成本高

鐮子溝金礦Ⅱ-2號(hào)礦體厚度小，品位低，開采難度大、采切及回采成本高，經(jīng)濟(jì)效益較差，開采過程中成本控制難度大。

4 巷大柱分采法的試驗(yàn)應(yīng)用及優(yōu)化

通過分析礦體開采過程中的問題，結(jié)合礦山實(shí)際生產(chǎn)情況，不斷試驗(yàn)、總結(jié)，最終總結(jié)出了適合鐮子溝金礦Ⅱ-2號(hào)礦體的采礦方法——小巷大柱分采法。此采礦方法是通過全面法和房柱法演變而來的，適合低品位、薄緩礦體的開采；此采礦方法可有效解決鐮子溝金礦Ⅱ-2號(hào)礦體開采中存在的問題，并將開采貧化率控制20%以內(nèi)，經(jīng)濟(jì)效益良好。

4.1 礦房布設(shè)

4.2 采準(zhǔn)切割工程

采準(zhǔn)上山：沿礦體走向在礦體內(nèi)掘進(jìn)脈內(nèi)運(yùn)輸平巷，每隔50m在沿礦體傾向掘進(jìn)脈內(nèi)采準(zhǔn)上山，采用以采代掘（利用采礦方式代替掘進(jìn)完成采準(zhǔn)上山施工）施工采準(zhǔn)上山，采準(zhǔn)上山寬度2.5m～3.5m、高度為礦體厚度，分割出礦房，采用以采代掘的方式施工采準(zhǔn)上山可省去此部分掘進(jìn)費(fèi)用，降低開采成本。

放礦漏斗：在礦房運(yùn)輸平巷中，自采準(zhǔn)上山開始沿礦體走向以15m～20m（依據(jù)礦體地質(zhì)特征確定）的間距垂直于礦體下盤方向施工短穿6m～9m，后向上以50°坡角施工溜礦天井至礦體下盤，從而形成放礦漏斗。

4.3 回采工作

4.3.1 小巷掘進(jìn)

每個(gè)礦房布設(shè)兩個(gè)礦房漏斗，在兩處放礦漏斗上方，自見礦位置開始，采用YT28型氣腿式鑿巖機(jī)垂直礦體走向、沿傾向以3m～5m的寬度向上掘進(jìn)小巷（采用以采代掘的方式）與上一中段運(yùn)輸平巷連通，形成2條3m～5m小巷采空區(qū)，解決人行、通風(fēng)、照明、供水通道，從而將礦房劃分成10m～15m的三個(gè)大柱。

在小巷（以采代掘的方式施工）與上中段運(yùn)輸平巷未貫通前，作業(yè)環(huán)境空氣質(zhì)量差，采用局扇進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)。

4.3.2 大柱回采

通常牲畜在患病后，會(huì)出現(xiàn)精神萎靡、食欲不振、呼吸困難、便稀以及神經(jīng)紊亂等癥狀[3]。此外，這種狀況通常難以通過用藥或者注射藥劑得到有效的改善，且出現(xiàn)這種狀況的牲畜通常會(huì)在幾天內(nèi)死亡。

利用已形成的兩條小巷采空區(qū)沿礦體傾向方向自上一個(gè)中段向下一個(gè)中段退采，采用剝壁方式將大柱回采，大小巷連通，進(jìn)而形成采空區(qū)。在回采過程要求如下：

（1）根據(jù)采場作業(yè)面布設(shè)情況，對礦體品位較好的作業(yè)面，加大采礦力度，嚴(yán)控采幅，提高采礦質(zhì)量。

（2）加強(qiáng)搬運(yùn)礦石作業(yè)人員的過程管理工作，防止電耙使用過程中損傷底板、圍巖，發(fā)生廢石匯入礦石的情況。

（3）井下采礦作業(yè)面頂板排險(xiǎn)產(chǎn)生的廢石及礦體中的夾石，能夠在礦石搬運(yùn)前進(jìn)行分揀。

（4）培養(yǎng)鑿巖工認(rèn)礦意識(shí)，能夠讓其掌握礦體簡單的地質(zhì)特征，認(rèn)清礦體產(chǎn)狀、厚度的變化規(guī)律，在施工過程中能夠合理布設(shè)炮眼、裝藥，將掏槽眼布設(shè)于腰線位置，周邊眼較深于輔助眼，多布設(shè)輔助眼，增加爆破自由面，使爆破達(dá)到最佳效果，并能夠按要求控制采幅。

（5）加強(qiáng)現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)，對礦體變化較大的采礦作業(yè)面能夠及時(shí)調(diào)整采礦方位、采幅，并合理預(yù)留礦柱。

（6）對于礦體鉛垂厚度超過1.3m的礦體，根據(jù)礦體構(gòu)成、品位高低，對構(gòu)造帶內(nèi)品位較低的蝕變巖不做回采。

（7）在礦體回采過程中，對于礦體厚度達(dá)不到最小可采厚度時(shí)，及時(shí)調(diào)整采礦方位或設(shè)計(jì)探采結(jié)合工程。

4.4 礦石搬運(yùn)方式

采準(zhǔn)上山、人行通道布設(shè)在礦體脈內(nèi)，形成人行、設(shè)備運(yùn)輸、通風(fēng)系統(tǒng)，在開口合理位置處布設(shè)電耙，使用電耙通過采準(zhǔn)上山將礦石從采場運(yùn)出，以解決礦體緩（15°～40°）造成的采場無法從礦體底部漏斗放出的問題，有時(shí)通過二道電耙（電耙接力）解決礦石運(yùn)輸通道過長造成的礦石運(yùn)輸難問題。

電耙采用功率為15KW的雙絞筒電耙，斗容0.3m3的篦形耙斗，直徑200mm的滑輪，直徑為15mm的鋼繩。

采用小巷大柱分采法進(jìn)行礦體開采時(shí)，沿傾向向上施工脈內(nèi)采準(zhǔn)上山和采場小巷，采準(zhǔn)上山與小巷兼做探礦上山，電耙布設(shè)于采準(zhǔn)上山與采場小巷的底部，滑輪、鋼繩沿掘進(jìn)工作面向前延伸，必要時(shí)可在采準(zhǔn)上山與采場小巷內(nèi)布設(shè)二道電耙進(jìn)行接力搬運(yùn)礦巖，形成兩條采準(zhǔn)上山、兩條3m～5m小巷采空區(qū)，待回采小巷與上中段運(yùn)輸平巷貫通后，利用已形成的兩條小巷采空區(qū)沿礦體傾向自上而下退采，采用剝壁方式將大柱回采，連通小巷，最終形成采空區(qū)。

耙礦絞車在使用過程靈活方便，易上下挪動(dòng)，并且利用多個(gè)導(dǎo)向輪可以完成采場內(nèi)絕大多數(shù)礦石的搬運(yùn)，采場死角少量礦石可以采用人工方式搬運(yùn)至耙礦絞車道。

4.5 頂板管理及采空區(qū)處理

在項(xiàng)目采礦試驗(yàn)過程中，加強(qiáng)采場頂板管理，根據(jù)采場頂板穩(wěn)固情況，試驗(yàn)中對頂板不穩(wěn)固地段，采用混凝土假柱支護(hù)，有時(shí)在貧礦段留不規(guī)則礦柱進(jìn)行支護(hù)。為確保生產(chǎn)安全，當(dāng)?shù)V塊回采結(jié)束后，立即封閉采空區(qū)，并豎立安全警示標(biāo)志。

4.6 損失貧化管理

損失率和貧化率是衡量礦山生產(chǎn)管理水平的標(biāo)準(zhǔn)，且會(huì)直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和服務(wù)年限，由于礦石的貧化使大量廢石進(jìn)入礦石，使出礦品位相應(yīng)降低，加大了采礦成本，礦石的損失也就是變相貧化，富礦的損失也會(huì)使出礦品位降低，嚴(yán)重者將變?yōu)閺U石，這樣采礦直接成本增加，出礦品位降低，致使礦山其它部門成本連鎖增加。

（1）正確選擇和使用采礦方法。大量生產(chǎn)實(shí)踐證明，采礦方法選擇的正確與否是降低礦石損失率貧化率的技術(shù)關(guān)鍵。每一種采礦方法都有其各自的適用條件及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。就一種采礦方法而言，也有很多種變形。如淺孔留礦法，變形很多，有50多種，桿柱、點(diǎn)柱、混合支柱、橫撐支柱，就從天井布置位置及形成方式可分十幾種。在工程的具體設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，往往采用取長補(bǔ)短的方法進(jìn)行優(yōu)化組合。一般通過方案的變形及組合形成優(yōu)化方案。但組合過程往往很復(fù)雜，需考慮多方面因素，如礦巖穩(wěn)定性、礦體產(chǎn)狀、賦存狀態(tài)、礦石的性質(zhì)及礦巖界線是否明顯等。組合優(yōu)化途徑便是一種全新采礦方法的發(fā)展方向，同時(shí)也是降低貧化率最有效的措施之一，而小巷大柱分采法便是通過房柱法與空場法演變組合而來的。

（2）合理確定采場結(jié)構(gòu)參數(shù)。確定合理的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以有效地控制采場暴露面積，減少或防止頂板冒落事故，使回采過程得以正常進(jìn)行，從而減少損失與貧化。小巷大柱分采法通過科學(xué)設(shè)計(jì)，施工隊(duì)伍嚴(yán)謹(jǐn)施工，可最大限度減少設(shè)計(jì)貧化與損失。

（3）完善回采工藝，加強(qiáng)采場技術(shù)管理。小巷大柱分采法回采工藝有：采準(zhǔn)一切割一鑿巖一爆破一出礦一裝礦—運(yùn)輸?shù)葞讉€(gè)環(huán)節(jié)。這些環(huán)節(jié)關(guān)系緊密，其中一個(gè)工序出現(xiàn)問題，將影響整個(gè)采場的各項(xiàng)指標(biāo)完成。鑿巖嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)要求，使炮孔長度、角度、位置、排列順序規(guī)定順序進(jìn)行，盡可能地做到施工與設(shè)計(jì)相復(fù)合，為下一段爆破打好基礎(chǔ)。爆破選擇合理的爆破參數(shù)，孔徑、每孔裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆順序、爆破器材選擇等做到嚴(yán)格把關(guān)，認(rèn)真管理，出礦科學(xué)管理，在放礦時(shí)間、單斗放礦量以及對粉礦處理等方面嚴(yán)格管理。對礦石底柱與人工假底進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，從而減少底部礦石損失。

（4）培養(yǎng)鑿巖工認(rèn)礦意識(shí)，能夠讓其掌握礦體簡單的地質(zhì)特征，認(rèn)清礦體產(chǎn)狀、厚度的變化規(guī)律，在施工過程中能夠合理布設(shè)炮眼、裝藥，將掏槽眼布設(shè)于腰線位置，周邊眼較深于輔助眼，多布設(shè)輔助眼，增加爆破自由面，使爆破達(dá)到最佳效果，并能夠按要求控制采幅。

（5）加強(qiáng)現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)，對礦體變化較大的采礦作業(yè)面及時(shí)調(diào)整采礦方位、采幅，合理預(yù)留礦柱。

（6）對于礦體鉛垂厚度超過1.30m的礦體，根據(jù)礦體構(gòu)成、品位高低，對構(gòu)造帶內(nèi)品位較低的蝕變巖不做回采。

（7）在礦體回采過程中，對于厚度達(dá)不到最小可采厚度的礦體，及時(shí)調(diào)整采礦方位或布設(shè)探采結(jié)合工程。

（8）根據(jù)采場作業(yè)面布設(shè)情況，對礦體品位較好的作業(yè)面，加大采礦力度，嚴(yán)控采幅，提高采礦質(zhì)量。

（9）加強(qiáng)搬運(yùn)礦石作業(yè)人員的過程管理工作，防止電耙使用過程中損傷底板、圍巖，發(fā)生廢石匯入礦石的情況。

（10）井下采礦作業(yè)面頂板排險(xiǎn)產(chǎn)生的廢石及礦體中的夾石，能夠在礦石搬運(yùn)前進(jìn)行分揀。

（11）加強(qiáng)運(yùn)輸人員管理，防止由于井下作業(yè)面較多造成廢石在運(yùn)輸過程中混入礦石中。

（12）礦石從井下運(yùn)輸至選礦廠堆礦場后，進(jìn)入原礦倉前，增加人工挑揀廢石。

4.7 采礦方法優(yōu)點(diǎn)

（1）小巷大柱分采法在開采過程中，小巷暴露面積較小，自上而下退采能夠有效保證采場人員安全，安全管理難度低。

（2）回采過程中利用無礦段或者貧礦段預(yù)留不規(guī)則礦柱，可有效礦石貧化，降低采場地壓。

（3）小巷大柱分采法不需要施工拉底巷道、聯(lián)絡(luò)道工程，降低了采切費(fèi)用。

（4）采用“以采代掘”的方式施工采切工程，減少了采準(zhǔn)上山、漏斗施工費(fèi)用，間接控制了開采成本，有利于礦山經(jīng)濟(jì)效益的提高。

（5）在遇到破礦斷層處，可以及時(shí)投入探礦工程找礦，同時(shí)避免礦石和廢石相混，造成貧化。

（6）采場內(nèi)二道耙礦絞車接力使用，有效解決礦石搬運(yùn)難的問題，并且降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.8 小巷大柱分采法的適用性

小巷大柱分采法是空場法的一種，通過在礦體脈內(nèi)布設(shè)開拓運(yùn)輸平巷及采準(zhǔn)上山，節(jié)省礦房拉底巷道及上山聯(lián)絡(luò)道，在礦房內(nèi)沿礦體走向每隔15m～20m布設(shè)兩條采準(zhǔn)小巷與上一中段貫通，形成3m～5m的小巷采空區(qū)，利用已形成的兩條小巷采空區(qū)沿礦體傾向自上而下退采，采用剝壁方式將大柱回采，連通小巷，最終形成采空區(qū)。

小巷大柱分采法采用自上向下退采，適用于礦體傾角在25°以下的緩傾斜薄礦體，崩落礦石小于安息角，礦石無法滾動(dòng)，這樣可以保證崩落礦石不在采場內(nèi)流動(dòng)，保證了作業(yè)人員自上向下回采時(shí)崩落礦巖不會(huì)砸傷下部作業(yè)人員，保證了采場安全；采場內(nèi)的施工的采準(zhǔn)小巷可以起到探礦作用，對于礦體不連續(xù)造成不發(fā)連續(xù)回采起到指導(dǎo)作用，提前明了采場內(nèi)礦體的賦存情況，便于后期回采時(shí)，留存無礦段礦柱管理采場地壓，確保采場安全，且能大幅度降低礦體貧化率；采用電耙搬運(yùn)采場礦巖，有助于將礦巖進(jìn)行分揀單獨(dú)運(yùn)出采場，降低了礦石貧化率。

5 結(jié)語

小巷大柱分采法布設(shè)礦房時(shí)，結(jié)構(gòu)簡單，工藝流暢，便于掌握，采用電耙降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，可解決礦體傾角緩導(dǎo)致的落礦難問題，貧化率也得到有效控制；采用“以采代掘”的方式施工部分采切工程，降低了采切成本，對礦山有較好的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣。