削壁充填法采矿设计精讲.docx
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削壁充填法采矿设计精讲
削壁充填采矿方法试验汇报
1前言
河南发恩德矿业有限公司开发的矿产资源位于河南省洛宁县下峪乡沙沟银、铅、锌矿区，属于阶段地质普查成果，随着地质勘探和开拓工程的进行，对于矿区内几条主要矿体有了更全面地认识；长春黄金研究院应邀曾两次到现场考察，双方认为：
根据矿床开采技术条件试验与之相适应的安全、高效、经济合理的采矿方法是十分必要的。
2矿区简要地质特征
2.1地质特征
普查区位于华北地台南缘熊耳山变质核杂岩构造西端，含矿构造发育，成矿环境有利。
主要地层有太古界太华群草沟组，石板沟组的黑云（角闪）斜长片麻岩，混合岩化黑云（角闪）斜长片麻岩及中元古界熊耳群的流纹斑岩,鞍山玢岩，火山角砾岩等。
构造极为发育，主要走向北东或北北东，个别近南北向及东西向，延展规模最大达3000余米；北东，北北东向断裂带蚀变强烈，银铅锌矿化明显，局部存在富矿段。
2.2矿化特征
矿化类型为薄脉型构造蚀变岩银铅锌矿，矿体（脉）严格受构造蚀变破碎带控制，形态呈板状、透镜状或囊状产于其内部，产状与控矿构造完全一致。
控矿构造为压扭性构造，以北北东向为主，其次为近南北向和近东西向。
普查区的主要控矿及含矿构造北北东向的是：
S2、S4、S6、S14、S7、S8、S22等，近南北向的主要是S16，近东西向主要是S17。
该矿区矿石类型以银、铅、锌矿石为主，铅主要以方铅矿形式存在，锌主要以闪锌矿形式存在，银一般情况下赋存在方铅矿中，呈正相关分布，为共生矿产，仅在个别矿脉中为伴生矿，如S14矿脉则以银、铅为主，锌为伴生矿。
区内主要矿体（脉）分述如下：
S8号矿脉，为区内矿化规摸最大的矿体，以银铅锌矿化为主，全长3000余m，倾向298°-325°，倾角65-85°；矿体厚度0.95-1.65m，平均1.25m；估算资源量：
银：
792.57t,品位223.05×10-6；铅：
18.34万吨，品位5.17％；锌：
10.86万吨。
S14号矿脉，位于沙沟矿段南西部，S8矿脉西侧约800m，全长1450m，倾向282°-320°长1200m，倾角57-90°；矿体厚度0.30-1.85m，平均1.36m；估算资源量：
银：
628.39t,品位446.62×10-6；铅：
13.10万吨，品位9.31％；锌：
2.32万吨，品位1.65％。
S2号矿脉，位于矿区北西端，长约230m，倾向265°-325°倾角60-90°；矿体平均厚度0.61m；估算资源量：
银：
77.68t,品位32×10-6；铅：
0.99万吨，品位0.14％；锌：
0.30万吨，品位0.16％。
S6号矿体，长480m，倾向283°-310°，倾角60-80°；矿体厚度0.60-1.20m，平均0.80m；估算资源量：
银：
85.03t,品位468.08×10-6；铅：
0.75万吨，品位3.81％；锌：
0.60万吨，品位3.14％。
S7号矿体，长1400m，倾向285°-310°，倾角75-84°；矿体厚度0.70-1.75m，平均1.26m；估算资源量：
银：
219.02t,品位97.54×10-6；铅：
4.76万吨，品位2.12％；锌：
7.88万吨，品位3.51％。
S16号矿体，近南北向矿脉，地表延长1600m，倾向60°-100°，倾角46-72°；矿体厚度0.50-2.20m，平均1.31m；估算资源量：
银：
132.78t,品位203.50×10-6；铅：
1.04万吨，品位4.71％；锌：
1.78万吨，品位6.52％。
3采矿方法试验研究方案
3.1试验研究内容
（1）适应本矿开采技术条件的采矿方法及采场结构参数、工艺参数优化研究。
（2）针对本矿的围岩及矿石条件，进行顶板维护及控制爆破技术的试验研究。
（3）采场稳定性分析及地压控制措施的研究，使之达到技术先进、安全高效经济合理。
3.2技术目标
（1）在中段运输能力得到保证的前提下使试验研究的采场出矿生产能力达到30t/d，保证矿山600t/d的生产能力。
（2）试验研究的采场损失、贫化率及大块率指标达到国内同类条件的最好水平。
3.3采矿方法试验研究方案
3.3.1采矿方法选择的原则
采矿方法的选择决定着回采工艺、材料设备、掘进工程量、劳动生产率、损失贫化率、成本及安全等。
合理的采矿方法会给矿山企业带来安全生产和获得最大的经济效益。
由于矿床埋藏条件是多种多样的，各个矿山的技术经济条件又不尽相同，所以需要工程技术人员花费大量的时间和精力充分考虑各种因素，进行多方案的比较以选择合适的采矿方法。
选择采矿方法的基本要求:
⑴正确、合理的采矿方法必须满足下列要求：
①生产安全是所有条件中最重要的，必须首先满足这一要求。
矿山企业是一种特殊的高危险行业，首要的考虑是保证采场乃至井下作业工人的生命权，保证坑内发生灾害时能及时撤离危险区，在日常采矿过程中能够安全生产，有良好的作业条件，减轻工人的繁重的体力劳动。
同时要保证矿山能安全持续地进行生产，防止产生大规模的地压活动可能造成坑内各种设备、设施的破坏等。
②矿块采矿强度和生产能力大
要尽可能的选择采矿强度和生产能力大的采矿方法。
特别是地压大或涌水量多的开采技术条件复杂的矿山，强化开采就显得尤为重要。
提高开采强度可缩短矿块回采作业时间，顶板围岩不稳固的矿体，地压活动未出现之前开采完毕;可降低顶板及巷道的维护费和生产管理费。
③矿石的损失贫化率低
矿石的损失贫化率低，不但可延长矿山服务年限，使得有限的地质资源尽可能多的利用；矿石的贫化率低，可提高矿石的入选品位，增加企业效益。
④采矿方法简单可靠、灵活性大
方法简单，则工人易于掌握，使矿山尽快投产或达产；方法可靠，有利于矿山持续稳定生产。
灵活性大是指一些矿体开采条件有较大变化时，能迅速改变作业与工序，相应成为其它可行的采矿方法。
⑵选择采矿方法须充分考虑其适应条件
①地质条件:
主要是指矿床的赋存条件，包括矿体倾角、厚度、矿石与围岩的物理力学性质、矿石的氧化性、自燃性与结块性、水文地质条件及矿岩接触情况和矿石品位的高低等。
这些因素对采场布置、构成要素、地压管理、矿石的运搬方法等有决定性的影响。
②技术条件:
包括对矿床的勘探程度、矿山的开采规模、采装运机械化程度及装备水平，矿山技术操作水平，维护能力与管理水平，选矿加工部门对矿石的要求等。
③经济因素:
这方面主要包括开采加工成本、销售价格与效益，以及主要设备和有关材料的采购、运输条件等。
3.3.2采矿方法选择
由于矿区矿化类型为薄脉型构造蚀变岩银铅锌矿，矿体（脉）严格受构造蚀变破碎带控制，形态呈板状或透镜状或囊状产于其内部，产状与控矿构造完全一致。
矿体平均品位：
银283.19g/t左右，铅6.07％;锌3.50％;矿体倾角在57°～90°之间，平均70°。
矿体连续性不好，顶底板一般比较破碎，属中等稳固，矿体厚度一般在0.1～1.3m，平均厚度0.40m左右，属极薄矿体。
矿石体重：
含铅品位10％时为3t/m3，20％时为3.6t/m3；围岩体重：
2.6～2.7t/m3，推荐使用无间柱连续阶梯式回采削壁充填采矿法和浅孔留矿法比较适合。
4削壁充填采矿方法试验
4.1矿块构成要素
该矿属基建矿山，以前有部分民采坑道，没有成型的采矿方法；因此，试验并推广应用适合矿山实际的采矿方法是矿山生产稳定，经济效益好的保障;根据矿床开采技术条件，经过计算并参照类似矿山的实际指标，选取试验采场采矿方法主要参数。
矿房沿走向布置长50～150m，中段高度40m,顶柱高度3m,不留间柱和底柱，顶柱矿石较好时，回采时可以回收上部分采场的顶柱（当矿石品位较高时，可用人工假底代替矿石顶柱）；间隔50m布置通风行人天井；溜矿井间距10～15m。
4.2采准切割工程
方案一：
在中段水平掘脉内沿脉探矿平巷兼中段运输平巷，控制矿块后在矿块中部布置人行通风天井与上中段沿脉探矿平巷贯通；
方案二：
主运输巷道布置在下盘脉外，距矿体小于8m，每隔10～15m向矿体掘进一条穿脉巷道连接溜矿井，作为出矿巷道；放矿溜井为底盘顺路铁溜井。
切割工作由采场中部向两侧掘进拉底巷道。
4.3回采作业
4.3.1矿房回采
为了提高采场的生产能力，降低采矿损失率和贫化率；设计削下盘围岩，落两次矿削一次岩；用YSP-45型或YT-27型凿岩机钻凿“之”字形或梅花形上向孔，上斜角度40-45°；落矿前在充填料上铺胶带，防止岩矿混合；
作业顺序：
落矿→出矿→撤垫板→削底盘废石充填→平场→铺垫板→落矿；采场内运用7.5KW电耙子出矿、人工清理粉矿，漏斗放矿；采场内平均运距5-7.5m。
⑴在回采过程中，矿石和设计允许开采的围岩可以同时打眼，但应分别爆破；
⑵矿石崩落后，应做好场内分选，选出的废石进行充填；
⑶矿石出完后，处理净上下盘未采净的矿石，清扫净垫板上的粉矿，将铺设的垫板拆除，经技术人员取样化验认定充填料不含明显的矿石，并且品位低于工业品位时，开始接铁溜井，在接高铁溜井时，必须一节一节上接，并把铁溜井四周填实填平方可进行削壁充填和平场，削壁的炮孔布置要合理，避免产生较多的大块，给下道工序带来困难；
⑷平场铺垫：
削壁充填后，要把削下的围岩在采场内平整好，大块突出的棱角，要用大锤砸平；为了减少贫化和损失，要在平整好的充填料上铺上旧胶带，要求铺垫平整，不露充填料，胶带铺不严的地方，可以用草袋铺垫；铺胶带时，要沿搬运矿石的方向顺茬搭接，搭接的长度不小于200mm，平行铺垫胶带的搭接宽度不小于150mm；为了牢固，胶带的搭接处可以用螺钉固定；出完矿后，将胶带撤出，待下一分层重复使用。
4.3.2凿岩爆破
⑴削废石炮眼爆破参数
削下盘废石上向炮孔按梅花形交错布置。
炮孔参数：
排距0.6—0.9m，眼距0.9—1.0m,眼深1.5—1.8m;炮孔装药密度为0.5—0.6kg/m，柱状反向连续装药结构，孔口内炮泥填塞长度不小于0.2m，采用2#岩石炸药，非电毫秒导爆管，同排同段排间跳段（即1、3、5、7段或2、4、6、8段）来实现微差控制爆破，连线方式为分区束把，火雷管一次点火起爆。
针对本矿的矿石物理力学性质，试验中不断调整爆破参数，使之达到最佳效果。
⑵落矿炮眼爆破参数
试验时，根据矿岩的稳固情况来决定先采矿石或先削岩石；落矿炮孔均要与矿体倾向平行，按“一”字形或“之”字形布置；炮孔间距为0.4—0.6m，矿石硬度较大时取小值，反之取大值；炮孔线装药密度0.45—0.6Kg/m.为达到理想爆破效果，在工艺试验的同时，需进行爆破参数试验，寻求最佳的排间距。
4.4采场通风防尘
采场通风利用矿井通风系统的系统压差来完成。
新鲜风流由下中段运输平巷经顺路人行通风井进入工作面；污风经先进天井由上中段平巷排除。
爆破后用清水冲洗作业面分解部分有害有毒气体。
4.5采场出矿
爆破下的矿石大于300mm的大块需二次破碎，并向矿石堆上洒水，撬下顶板及两帮的浮石，对局部不稳固岩帮采取锚杆支护，采场内用人工或用7.5KW电耙运搬矿石，辅以耙子、簸子和独轮小推车等工具；要把垫板上的粉矿清扫干净，并负责接铁溜井，平场和铺垫板，支护等。
4.6采场顶板维护
4.6.1采场顶板维护方案
采场顶板围岩节理发育时，需对采场顶板进行维护，主要采用横撑支柱—锚杆联合支护；在顶板围岩特别破碎时，采用金属条带或金属网作辅助支护;要随着回采工作面的推进，紧跟工作面按设计的网度安装锚杆；采用一定长度的锚杆，按一定的网度对上盘岩石进行加固，阻止了岩块持续移动，使岩块间保持互相嵌镶、咬合，保持弱面间的挤压结合，从而在顶板岩体内形成一定厚度的挤压加固带；使用金属条带或金属网是为了避免锚杆间的破碎岩块松脱而造成锚杆“失脚”，提高围岩的整体性。
4.6.2锚杆支护
4.6.2.1锚杆的选择
目前适用于不同地质条件，具有不同功能和用途的锚杆种类繁多，按锚杆与岩体的锚固方式大致分为3种：
机械锚固式：
如胀壳式锚杆，倒楔式锚杆、楔缝式锚杆；
粘结锚固式：
如树脂锚杆、快硬水泥卷锚杆、水泥砂浆锚杆；
摩擦锚固式：
如管缝式锚杆、水胀式管状锚杆。
考虑到机械锚固型锚杆的锚固力低而管缝式楔管式锚杆虽然锚固力大，但不能自行加工，不易安装，在受采动影响发生震动时，金属与岩石的物理力学性能差别大，易与围岩产生相对运动，易造成锚杆的锚固性能降低。
近几年我们在五龙金矿、老柞山金矿、湘西金矿、辽宁金凤公司杨树金矿等使用快硬水泥卷锚杆，在采场顶板管理中收到了较好的效果，为安全生产提供了保证。
快硬水泥卷锚杆具有加工简单，安装方便，凝结速度快,锚固力大，成本低等优点，特别是其物理性能与围岩接近，在受采动影响时，与围岩相对运动小，不易失效。
因此，选用水泥卷锚杆加固顶板。
水泥卷锚杆由水泥药卷和锚杆体组成。
水泥药卷由硅酸盐水泥加添加剂组成。
锚杆由杆体、挡浆环、托板和托板座组成。
锚杆体用ф16mm螺纹钢制作，挡浆环和托板用钢板制作，厚度分别为4mm和6mm。
4.6.2.2锚杆长度的确定
将用锚杆对采场上盘加固后形成的挤压带看作一个两端嵌固梁，其强度平衡条件为：
Mmax≤≦Mp⑴
式中：
Mmax--梁的最大弯矩；
Mmax=q0L2⑵
q0--梁的自重和所承荷载之和,q0=rhmax；
hmax--顶板冒落高度，取1.5m;
b--梁的宽度，取1m;
L--梁的跨度,L=13m;
Mp--梁的抗弯矩；
Mp=σtηqg⑶
式中：
l—锚杆长度，m;
σt--岩石的抗拉强度；
qg--覆岩荷重，qg=rHp
η—安全系数，取2；
由1--3式，并考虑安全系数，可得：
l=（）=1.91m
据以上计算，锚杆长度设计为2.0m.
4.6.2.3锚杆间距的确定
合理的锚杆间距应满足两个条件，一是应使锚杆支护范围内的破碎岩体形成连续的挤压带；二是每根锚杆应能悬吊其支护范围内的松脱岩石重量。
按此要求，锚杆间距设计为（0.5-0.7）l,即支护网度一般为1.2×1.2m2；顶板破碎时为0.8×0.8m2,并辅以金属条带或金属网。
锚杆按梅花形交错排列，紧跟工作面及时安设。
4.6.2.4金属网的制作
金属网采用Φ33mm的废旧钢绳破股后编制而成，金属网的网度一般为30×50mm2，规格为1×2m2，金属网安装时互相搭接并用锚杆固定。
4.6.2.5锚杆施工工艺
⑴锚杆施工前，需认真检查工作面顶板，处理浮石。
在顶板特别破碎的地段，须先打好临时支柱后才能施工，施工工作面采取前进式推进方式，即施工人员始终站在已安装好锚杆的顶板下。
⑵采场顶板围岩为破碎岩层时，锚杆施工必须紧跟回采工作面及时进行。
锚杆应尽量与岩层层面、节理面垂直，层面不明显时与顶板垂直。
⑶钻凿的锚杆眼眼深不能小于锚杆眼内部分的长度，一般大于锚杆眼内长度5cm左右。
锚杆眼钻完后必须用风、水吹净。
⑷锚杆眼凿好、吹净后，将浸透、放置至初凝的水泥卷用炮棍送入眼内，每个眼中装填2—3个水泥卷。
水泥卷的直径为φ32-37mm,长200mm。
水泥卷浸泡时，要求必须浸透，但又不能浸得过久，浸不透，会大大降低锚固力；浸得过久，会延长水泥的凝固时间，又易将水泥卷泡坏。
水泥卷的浸泡时间可通过在地表试验确定，也可在浸泡时观察，即将其浸泡至不出泡时为止。
⑸锚杆安装时，在其尾端套上送杆套筒，将装在凿岩机上的短钎杆升起插入送杆套筒内，开动凿岩机，直至把锚杆托盘推至紧贴岩面为止。
4.7劳动组织与作业循环
劳动组织采用综合工作队的形式，即凿岩工3人，出矿工4人，运搬及平场工2人，共计9人；要求工人一专多能，业务熟练，生产协调能力强；该综合工作队由凿岩工任队长，负责凿岩、爆破并组织协调运搬矿石、铺撤垫板、削壁平场充填及支护、接铁溜井等工作。
采场按三八制作业,采场内按配置2台凿岩机考虑。
4.8采场主要技术经济指标
采矿方法采矿作业直接成本、采场主要技术经济指标、水泥卷锚杆安装直接成本见：
表4-1、表4-2、表4-3。
主要材料价格由矿山物资供应部门提供的当地实际指标。
采矿作业直接成本
项目
单位
单价
单耗
单位成本
备注
一主要材料
11.64
1炸药
Kg
2火雷管
发
3导火线
M
4导爆管
个
5钎头
个
6钎钢
Kg
7坑木
m3
8其他
二铁溜井
M
三铺垫胶带
M
四动力
1电
Kwh
2水
M3
五工资
元
合计
4.9削壁充填采矿法日常技术管理
4.9.1回采注意事项
⑴坚持一采一充（条件允许可两采一充），加快回采进度，减少上下盘和顶板暴露时间；
⑵铺垫要严密，胶带搭接处应搭压200mm以上。
对于上下盘胶带铺不严处应用草袋铺严。
确保矿石和废石严格分开，减少高品位粉矿损失和贫化；
⑶要严格控制落矿宽度及削壁宽度，降低贫化率和采充成本；
⑷采场内应加强手选，既要在出矿时选出废石，又要在削壁充填时从充填料中选出矿石，并应建立奖励制度，严格管理；
⑸在接铁溜井时，应沿矿体倾斜方向倾斜，在削壁时，尽量使爆破方向背离铁溜井。
4.9.2技术管理
削壁充填法回采的主要工序有：
落矿、矿石运搬及接铁溜井和削壁充填三项。
⑴落矿：
根据现场实地情况，选择合理的爆破参数，凿岩工要正规作业，掌握矿体的上下盘边界，严禁采矿炮孔的孔底扎入上盘岩石中和削壁的炮孔孔底扎入矿脉中；落矿前应检查好垫板铺设是否严密，采幅全宽都要铺垫，以免漏矿混矿；
⑵运搬工作：
将落下的矿石从垫板上运到铁溜井内，在铁溜井上口应架设300×350mm2格筛，严禁大块矿石进入溜井内，块度不应大于300mm，以减少对井壁的冲击；同时将大块废石选出，留在采场作充填料；
⑶充填工作：
在接高铁溜井时，应保持井筒与矿体倾向相同，严禁有来回折返形状；削废石时炮孔布置要合理，对矿脉不稳定的地段，消废孔要远离矿脉，避免带矿混入，增加运搬工作量及造成粉矿损失；充填前要将充填料中混入的矿石选出。
4.9.3质量管理
⑴采场上采时，要保证顺路畅通，通风行人井上下口畅通，确保安全；
⑵上采过程中可采取一采一充或两采一充，悬顶高度不应大于3.5m，采场在每月验收时必须保证采场整个采掘迹的近似等高；
⑶铁溜井架设，应沿矿脉倾向平行架设（特殊情况下除外），保证上下畅通，同时两个铁溜井应连接牢固，严禁铁溜井架设不及时强行上采；
⑷充填过程中，应保证充填面平整、夯实，避免垫板的损坏和粉矿的损失；
⑸每季度或半年进行一次出矿量与采下矿石量比值计算，相差不超过矿块地质矿量5%为合格；
⑹应按照“贫富、厚薄、大小、难易”兼采的原则，避免采富弃贫盲目追求上采速度及采高品位矿石而丢弃低品位矿石的现象；
⑺采矿损失、贫化管理由肉眼鉴定、抓样办法来管理；肉眼鉴定以不埋矿石、不丢矿石及粉矿较少无法回收为标准；对于粉矿过多、埋矿者，予以停采清理、罚款及停产整顿处罚；
⑻回采应遵循：
落矿－出矿－清垫－充填－铺垫的工艺过程；清垫和充填两个工序需经技术人员检查许可方可进行下一工序。
5建议
⑴本矿上下盘围岩均不稳固，需对上盘围岩采取加固与支护措施，在试验初期尽量选取保守参数，加大安全系数，不断总结经验找出适合本矿开采技术条件的回采工艺与技术参数。
⑵严格按设计施工，如果地质条件和矿体发生变化，需提交设计变更，及时对工艺参数做出调整。
⑶为提高初期作业效率，投产前需对生产工人进行培训，也可到同类矿山考察学习。
⑷建立采矿方法试验领导负责制，做到统一指挥、调度、协调好试验与生产的关系。
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