预切顶中深孔分段空场法在金牛公司应用

李姜伟，刘东锐，常明卫

(1.嵩县金牛有限责任公司，河南 洛阳市 471435；2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012)

0 引言

缓倾斜至倾斜中厚矿体特指矿体角度在 40°以内、厚度在 10 m以内的矿体，该类矿体由于矿体倾角较小，很难实现重力运搬，采场出矿成本大大增加，同时，运用高效的出矿设备或出矿结构，会大大增加采切工程量以及回采周期，进而增大了回采成本[1-3]。

嵩县金牛有限责任公司是中国黄金集团控股的国有金属矿山，牛头沟矿为其所辖矿区之一，选厂现生产能力为 1400 t/d，上庄采区是其所辖的矿石品位较高的采区之一。上庄矿段目前控制的主要是Ⅰ号金矿体和Ⅲ号金矿体，分布于矿区南东部熊耳山群变安山岩构造蚀变带中。Ⅰ号金矿体受北西向断裂构造及岩体接触带控制，矿体呈似层状、透镜状，平面总体走向约320°，北东倾向、倾角38°；控制走向长度275 m，矿体最大厚度16.75 m，最小1.17 m，平均8.38 m，平均品位1.84 g/t。缓倾斜矿体由于其自身特殊的矿体赋存状态，造成采切工程量大、回采难度高、顶板围岩塌落、残矿回采复杂等一系列难题。针对缓倾斜矿体的开采，常见的采矿方法为房柱法、全面留矿法、阶段矿房法等，存在损失贫化大、采矿效率低、出矿难度大等问题[4-5]。解决采矿中的这些问题，是提高选厂入选品位的关键所在。因此，改进采矿工艺实现高效回采、降低损失贫化十分必要。

1 工程背景

上庄矿区构造形迹比较复杂，以断裂构造为主，褶皱构造发育较弱。矿体地表和近地表为氧化矿石，向下变为混合矿石和原生矿石。Au-1矿体围岩为安山岩，近矿围岩为蚀变岩，局部地段为碎裂岩。大部分地段岩石比较坚硬，一般不需要支护，但在碎裂岩出现的地段需要支护。矿石较为稳固，矿体围岩坚硬，工程地质条件属简单类型。

本试验采场位于806～836中段03～02勘探线之间，属构造蚀变岩型，硅化、细粒黄铁矿化较强，矿体形态较稳定，无破坏性断裂；顶底板围岩中等稳固至不稳固，f=4～8；矿体平均厚度7.15 m，平均品位1.47 g/t，矿石量68 821 t。顶板围岩主要是斑岩，结构极为破碎，现有采矿方法存在开采难度大、采矿损失率大及顶板安全风险高等诸多不利因素。

2 预切顶中深孔分段空场法

预切顶中深孔分段空场法是指垂直矿体走向布置矿房、矿柱，矿房分为两部分回采。首先，对矿房进行预切顶回采。预切顶回采是指用类似房柱法浅孔回采上盘顶板，将顶板矿房分为矿房和矿柱，随着回采工作面的推进，用锚网+锚喷支护采场顶板，采出的矿石用电耙耙至上盘运输巷道，再用扒渣机装到矿车上运至地表。待上盘顶板回采结束后，应用分段凿岩阶段矿房法回采矿房，采用中深孔落矿+电耙出矿，最后使用扒渣机装到矿车运至地表。预切顶中深孔分段空场法剖面见图1。

图1 预切顶中深孔分段空场法剖面

2.1 采场结构参数

该试验采场矿块长度 89 m，阶段高度 31 m，矿块分为两个部分进行回采。一部分预切顶采场沿矿体走向布置矿房和矿柱，矿房宽度12 m，矿柱规格3.0 m × 3.0 m。另外一部分采场沿矿体走向布置矿房和矿柱，将矿房沿倾斜方向分为3个分层，分层高度分别为9.0，7.3，9.7 m，并在3线、0线、4线分别留有8 m间柱，将试验采场整个矿房划分为两个分矿房进行回采，同时为保护836主运巷不被破坏，采场顶部留5 m顶柱。

2.2 采准切割工程

预切顶中深孔分段空场法的主要采准工程包括上盘沿脉、上盘（切顶）上山、上盘电耙硐室、行人通风井、分层联络道、切割巷道、切割井、凿岩道、下盘电耙道、下盘电耙硐室，以及1#、2#、3#溜矿井。行人通风井及 1#、2#、3#溜矿井分别布置于采场两端。预切顶采场浅孔回采纵投影见图2。

图2 预切顶采场浅孔回采纵投影

预切顶切割工程采用上盘沿脉+上盘（切顶）上山，上盘沿脉规格2.2 m × 2.3 m，上盘（切顶）上山规格为1.5 m × 1.8 m，凿岩采用YT-28钻机，通风采用局扇通风机进行压入式通风。

矿房采准工程指矿块端部3线、4线已施工的行人通风井及联络道，作为行人、通风、上下材料、钻机的通道。在矿体下盘5 m位置施工一分层凿岩道，巷道规格 2.2 m × 2.3 m，并与 CD3、CD4贯通，平行于一分层凿岩道5 m处施工出矿巷道，巷道规格2.2 m × 2.3 m，一分层凿岩巷道和出矿巷道每隔10 m施工出矿顺路，巷道规格2.0 m × 2.0 m。在二、三分层的矿体下盘施工凿岩道，巷道规格2.2 m × 2.3 m，同样平行于二、三分层凿岩道2.5 m处施工电耙道1.5 m × 1.6 m，在3线、4线各施工一个电耙硐室，硐室规格2.0 m × 2.0 m。在3线、4线各施工一条溜井使其和一、二、三分层贯通，作为二、三分层的出矿通道。采用切割巷道和切割天井联合拉槽法进行拉槽。切割井规格1.5 m × 1.6 m，拉槽孔采用平行于切割天井的方式布置，每排3个炮孔，炮孔长度与分层高度一致，排间距为1.0 m，孔底距为0.8 m。凿岩采用YGZ90凿岩机，通风采用局扇通风机进行压入式通风。

2.3 采场切顶

本试验采场先施工上盘沿脉，按照设计矿房宽度，垂直于矿体走向每隔 12 m施工上盘（切顶）上山，并最终与836中段贯通，利于通风、行人、运输材料和设备。在上山对面施工电耙硐室，为防止落石伤人，电耙硐室高于上盘沿脉2 m左右。

2.4 采场回采

预切顶采场采取前进式回采，浅孔落矿。凿岩时采用YT28型钻机，装药采用2#岩石乳化炸药，人工装药，以上盘（切顶）上山为凿岩工作面和自由面，采用毫秒延期导爆管分段起爆，孔底反向起爆。回采高度为上盘（切顶）上山高度1.8 m左右，由上盘（切顶）上山向采场两侧推进，留 3.0 m ×3.0 m规格矿柱支撑顶板。最后按照试验采场设计边界控制切顶边界。在回采工作进行的同时，进行锚网+锚喷支护，锚杆长度2.0 m，锚网为1.0 m ×2.0 m，喷浆厚度不得小于5 mm。爆破崩落的矿石采用电耙耙至分层溜井，用矿车运至地表。

矿房回采是在分层凿岩巷道中凿上向扇形中深孔，每排11～13个孔，排距1.3 m，孔底距1.5～1.8 m，崩矿量 5.0 t左右。回采工作从切割巷道开始，自上而下或上分层超前下分层 3～5排进行爆破出矿。

表1 试验采场主要技术经济指标

2.5 通风及出矿

新鲜风流沿806主运巷道通过上盘（切顶）沿脉进入，冲刷工作面后污风经上盘（切顶）上山排至836中段回风巷道。如果工作面通风不能满足要求，需在836中段CD3和CD4巷道用局扇加强通风，通风方式为抽出式。

预切顶采场爆破崩落的矿石采用电耙耙至分层溜井，通过漏斗装入矿车内，最后用矿车运至地表。矿房采场崩落的矿石用扒渣机扒到矿车中，最后用矿车运至地表。

2.6 采空区处理

在矿房回采结束后，对矿房的连接通道用浆砌石封闭，再用废石将矿房充满。

3 结论

针对缓倾斜至倾斜中厚以上矿体回采时遇到的生产能力小、损失贫化大、顶板易塌落安全性差等问题，开展了预切顶中深孔分段空场采矿法试验研究，得到如下结论。

（1）通过应用预切顶中深孔分段空场采矿法，采场生产能力有了较大的提高，顶板得到很好的支护，有效避免了顶板塌落问题，采场的损失率和贫化率也有了明显的改观。

（2）预切顶中深孔分段空场采矿法为缓倾斜至倾斜中厚以上矿体的开采提供了成功的经验，可在类似矿山推广应用。