大溶溪白钨矿区II、III矿层采矿参数的确定

刘 涛

(湖南安化湘安钨业有限责任公司， 湖南 安化县 413508)

大溶溪白钨矿区II、III矿层采矿参数的确定

刘 涛

(湖南安化湘安钨业有限责任公司， 湖南 安化县 413508)

湘安钨业大溶溪矿区已有25 a采矿历史，随着I、IV矿层的开采已逐渐不能够满足生产矿量需求，开始将低品位II、III矿层纳入开采范围。因矿体厚大，不适用原有全面法进行开采，拟使用上向水平分层充填采矿法进行开采，并针对此采矿法作出相应的采矿系统配套与采矿结构布置,并确定了凿岩与爆破参数。应用结果表明，上向水平分层充填采矿法适用于开采低品位矿层。

厚大矿体；水平上向分层充填采矿法；中深孔；采场结构

1 大溶溪白钨矿区概况

大溶溪白钨矿区位于扬子地体与湘中南地体的结合部位，雪峰弧形韧性剪切构造带由NEE向NE方向的转折处，著名的湘西钨锑金矿带中段。矿区为具有舒缓波状向斜的单斜构造，矿体倾斜与地形坡向相同，倾角较平缓，一般30°左右。深部埋藏90 m左右，大部分矿体位于侵蚀基准面以上，埋藏浅，矿体距地表垂深最浅处不足30 m，一般150 m左右，最深不过300 m。矿体顶底板围岩稳固，破坏矿体的成矿后断裂少见，断距小。矿体硬度系数为12～18级，矿体基本连续完整，围岩坚硬稳固，岩石硬度系数为12～14级，矿山开采十年来，井下少有支护现象，总的来说，矿山工程地质条件良好。矿体整体呈大透镜状产出，从上到下依次划分为I、II、III、IV四个矿层，其中以I、IV矿层矿石品位较好，II、III矿层次之，尤以I矿层产状与品位最优。矿体整体厚度50～70 m，东西走向长500～1000 m，呈向北倾向，矿体出露标高580 m，钻孔控制最低标高为0 m。

2 采矿方法及采场结构参数

2.1 原采矿方法

矿山自1987年开采以来，一直使用全面法开采I矿层资源，后钨金属价格上涨，受经济利益驱动又以全面法动采IV矿层。目前共计形成采空区约82万m3。矿区所使用采矿法为留不规则矿柱的房柱法，其采场结构布置见图1。

采场沿矿体走向划分矿房、矿柱，矿柱规格设计为Φ3.0 m,矿柱间距6～8 m(即为矿房)；先沿设计方向掘进中段天井，矿体利用天井为自由面，自切巷往上推进；凿岩爆破采用7655式凿岩机凿岩，浅孔爆破，孔径40 mm，深度1.8～2.2 m，平均孔距70～90 cm；使用岩石膨化硝铵炸药爆破，导爆管、雷管起爆。控制大块率，矿石块度控制在250 mm×250 mm以内；采场通风以自然通风为主，局部使用机械通风。新鲜风流从中段天井进入，清洗工作面后，经东部切割巷道联络道与采空区由底巷排出地表；矿石经电耙耙矿至斗口，采用人工放斗，机车加矿车运输至中段溜井或矿、废石仓。

2.2 上向水平分层充填采矿法

经过长达25 a的开采，目前大溶溪矿区白钨矿床I、IV矿层资源消耗过快无法满足生产需求，根据生产发展的需要准备开始对II、III矿层进行开采。针对矿体赋存的实际情况和采矿拟对II、III脉开采使用上向水平分层充填采矿法进行开采。初步拟定采场布置见图2。

采场垂直走向布置，每个矿房宽度为10 m，长度50 m，中段高度35 m。将矿块沿倾斜方向分层，分层高度4 m，共分9层；每个矿块布置6个大矿房，分别为1-6#矿房。即每个矿块总计分为18个小矿房；在第一分层掘进垂直于矿体走向的拉底巷道6条，然后垂直于拉底巷道扇形布孔采矿，下分层采矿时顺带形成上分层拉底巷道。在分层巷道与采场分层之间掘刷采准斜坡道，在原IV脉采场采空区内有矿体阻碍同分层矿房联通时，掘进或刷通；采场回采自下而上分层进行，分层内矿房分奇偶数跳间回采，矿房沿水平进路后退式回采。其中，遇夹石则不采，留为矿柱。每采完一个矿房，立即进行尾砂胶结充填。第一分层采用CY-0.75铲运机出矿，铲运机直接铲装至FYC0.75矿车，由矿车运往主斜井溜井，第二分层及以上分层采场矿石采用CY-2C柴油铲运机铲运，每一台铲运机供3个矿房同时出矿。铲运机将矿石运至采场溜井，经中段运输到主井溜井再由主井提出地面；第一分层采用YT28钻机，钢钎长度2.5 m，钻头直径38 mm，人工凿岩钻孔平行于拉底，拉底规格3 m×2.8 m；中段通风由主扇产生的负压完成，采场局部通风使用机械通风，使用正压通风为工作面送入新鲜风流，同时通过拉底巷道排出污风，经分段平巷东部的通风井抽出；主充填系统通过360平硐进入IV脉采空区，由采场采空区直接下放到需要充填的分层高度，再由拉底巷道进入到需要充填的矿房，在矿房端部设置滤水墙，通过水沟将水引入到中段水仓。一分层充填前先施工人工假底作为下中段采场的假顶，假底厚1～2 m，采用12 mm钢筋布网，网度300 mm×300 mm；砼标号大于C15；胶结部分固化剂∶尾砂=1∶8比例胶结，28 d龄期强度超3 MPa。充填技术控制由采矿技术人员按充填技术要求，现场具体情况指挥和确定； 单个采场最大暴露面积350～550 m2,回采深度+290～+410 m，适合大溶溪矿区矿岩稳固、采深浅地压小的情况，因此，基本不需要支护。必要时可以通过减小回采跨度减小暴露面积，加强充填等措施控制顶板。

图1房柱法

图2 上向水平分层充填采矿法

3 凿岩与爆破参数的确定

(1) 炮孔布置:炮孔为垂直上向扇形炮孔。选用YGZ90导轨式钻架加TJ25圆盘钻架进行凿岩，中深孔的架点高度为1.4 m(即TJ25圆盘钻架的圆盘重心高度)，以1.4 m为起点，在控制范围内做扇形放射状布孔，先布中心孔，再根据钻孔爆破设计角度按设计位置标定标点布孔。奇偶数排孔呈梅花状交错排列。

(2) 炮孔直径D:根据选用设备YGZ90导轨式凿岩机可选择孔径为50～80 mm，根据矿山的实际情况以及大块率的控制、孔深要求、钻头的耐用性等综合考虑选择D=60 mm。

(3) 最小抵抗线:按炮孔的直径确定最小抵抗线，对于坚硬岩石：

w=(20～30)d=1.2～1.8 m

式中，w为最小抵抗线，m；d为炮孔直径，为60 mm;

参考国内类似矿山资料，根据矿山的岩石硬度f=12～18，综合公式计算，选择最小抵抗线为1.35 m;

(4) 炮孔排距：垂直扇形中深孔凿岩爆破炮孔排距即为爆破的最小抵抗线，为1.35 m;

(5) 孔底距：对于扇形孔，孔底距a可以按照以下公式计算:

a=mw=2.025～2.7 m

式中，m为密集系数，扇形中深孔，孔底m值为1.5～2.0 m；w为最小抵抗线，1.35 m;

(6) 单位炸药消耗量：目前矿山还未开展实际的爆破药量统计工作，参考国内同类矿山经验数值与矿体坚固性系数(见表1)，取q=1.0 kg/m3。

表1 按岩石坚固性系数取值炸药单耗

根据计算所得的参数，对大溶溪矿区290中段的290-6#厚大矿体实验采场使用该参数进行了中深孔的布孔设计，炮孔的排距为1.35 m，炮孔的孔底距为1.6～2.2 m炮孔孔径为60 mm。炮孔的布置情况见图3～图4。

图3 290-6#中深孔排孔布置

图4 扇形孔布置及装药

由于大溶溪矿区矿体倾角较缓，坡度大约为30°。而且II、III矿层位于I、IV矿层的中间，因此在采场切槽方面可以省下大量的工作量，可以用原有的IV矿层采空区作为采场侧向拉槽。布置排孔的坡度时应根据采场的实际条件来因地制宜。II矿层靠近I矿层的交界处并没有明显的界限，其矿石品位呈逐渐下降的趋势，在布置最后几排排孔时因根据现场情况适当的减少孔深。

考虑到使用尾砂胶结充填，其存在的滤水以及充填体塌落收缩等问题，单次充填的厚度不宜超过5 m，因此每采矿分条应分2次充满，可以用上阶段的拉底巷道作为充填管路与通风管路的布设巷道。

实验阶段使用的爆破器材为导爆管雷管加柱状硝铵或乳化炸药(直径D=50 mm)，正式开采应使用应改变爆破器材，使用导爆索加粒状铵油炸药来进行爆破，使用BQF-100装药器来提高炮孔装药的效率以及节省火工材料成本。

4 结 论

通过理论计算确定了适合大溶溪矿区的中深孔爆破参数，为厚大矿体采矿开采实验提供设计依据。通过改变采矿方法与采矿结构，引入机械化凿岩与装矿，有效的减轻了井下作业人员的劳动强度，提高了采矿效率；通过采矿嗣后充填，减少了井下空区，减少了采矿的安全风险。

[1]采矿手册编委会.采矿设计手册[M].北京:冶金工业出版社.1990.

[2]王运敏，等.现代采矿手册[M].北京:冶金工业出版社.2012.

[3]王黎明，等.湖南安化湘安钨业公司大溶溪矿区1500 t/d改扩建方案说明书[R].2008.10.

[4]刘成平，等.新型尾砂胶结材料在矿山充填中的应用[C]//第五届中国充填采矿技术与装备大会,2011.

2017-05-19)

刘 涛(1986-)，男，湖南常德人，助理工程师，主要从事采矿技术与管理工作,Email：32540298@qq.com。