急倾斜薄矿脉高中段采矿方法分析论文

 

SCI论文（www.lunwensci.com）：

　　摘要：作为难采矿体之一的急倾斜薄矿脉，可应用的采矿方法相对较少，并且目前国内外可供参照的优质采矿方法并不多，为保障此类矿脉的高效性、安全性与经济性开采，必然要通过采矿方法的比选选出最优开采方法，从而在保障急倾斜薄矿脉安全开采的同时，提高采矿效率及质量。为此，文章阐述了急倾斜薄矿脉开采的难度，并对急倾斜薄矿脉高中段采矿方法应用现状、应用可行性展开了对比，对目前应用率较高的削壁充填法的劣势进行了分析，而后分别论述了削壁充填法及分段沿脉拉槽爆破采矿法两种方法的应用过程，通过二者应用成效的对比，总结出分段沿脉拉槽爆破采矿法是适合急倾斜薄矿脉高中段开采的最佳方法。

　　关键词：急倾斜薄矿脉；高中段采矿；分段沿脉拉槽爆破采矿法

　　薄矿脉是我国金属矿山中常见的矿脉类型，金银矿、钼锡矿床中薄矿脉的占比相对较高。如我国岩金矿脉之中，含有大量的含金石英脉，并且这些矿脉多以薄矿脉及极薄矿脉为主，薄矿脉的厚度一般为1m~3m，而极薄矿脉的厚度仅有0.1m~0.8m。在这些薄矿脉当中，大部分为急倾斜矿脉，矿脉呈多形态复杂脉状，有的错动弯曲，有的存在分支复合现象，也有一些矿脉有缩小膨胀的倾向，并且这些现象并没有明确的变化方向。因而急倾斜薄矿脉具备较高的开采难度，需要优选最为适合的采矿方法，以确保此类矿脉的高效与安全开采。

　　1　急倾斜薄矿脉开采的难度分析

　　急倾斜薄矿脉属于开采难度较大的矿脉类型，特别是极薄矿脉，因赋存条件相对复杂，存在多个不利于矿体开采的影响因素，开采过程中所需费用大，开采效率低，并且会出现较高的贫损率，因而难以取得理想的采矿效果。由于受到矿脉厚度较薄的影响，采矿现场先进技术设备的设置较为困难，且采场参数选择难度也较大，常会出现所开采矿石难以达到技术指标要求的现象，甚至会引发开采安全事故。同时，在急倾斜薄矿脉开采过程中，高中段控制地质储量相对较少，因而矿井常会以较快的速度下降，因而开拓采准具备较大压力，一些矿山会存在采掘协调性不佳的问题，会导致开拓采准矿量与预估开采量不相契合，从而使开采生产陷入被动局面。由于急倾斜薄矿脉不具较高开采效率，或是无法高强度开采，因而开采量常达不到预期，还会出现增加采矿场同时回采现象，不仅会增大地压，也提高生产管理难度。此外，采矿现场以人工作业方式为主，工作人员劳动量大，因而难以保障劳动效率。

　　2　急倾斜薄矿脉高中段采矿方法分析

　　2.1急倾斜薄矿脉的常用采矿方法

　　现阶段，我国在开采急倾斜薄矿脉时浅眼留矿法应用率最高，削壁充填法位列第二，这两种方法的应用率分别为51%与30%。浅眼留矿法具备操作简便的优势，但此方法贫化率相对较高。在矿产品价值不断提升的境况下，削壁充填法的应用率不断提高，然而此种采矿方法不仅应用成本高，并且存在工序复杂、开采效率低下的弊端。为此，在急倾斜薄矿脉开采中，需要对比其他采矿方式，进而选出最为经济、高效的采矿方法。

　　2.2常用采矿法在急倾斜薄矿脉中应用的可行性分析

　　2.2.1浅眼留矿法

　　浅眼留矿法主要有两种开采方法，一是混采法，此方法不必对矿脉与矿岩进行预先区分，可针对涵盖矿脉的矿岩进行分层分步同步爆破，可将之全部作为矿石而开采。此种方法的弊端是具备较高的贫化率。二是分采法，此方法是指先选择相对较小的采幅，在此采幅之内先进行矿岩开采，可先将开采下的矿岩留于采场之内，待矿岩开采完成后通过电耙+架设溜井的方式一同向外运出。待矿岩开采完成后再进行矿脉的开采，需以大量矿石作为上采平台，或以之作为上下盘围岩的支撑体，待采到设计高度之后再进行大范围的放矿。然而由于极薄矿脉所开采矿石的体积与采空区空间填充需求不相匹配，在急倾斜薄矿脉中此方法的适用度并不高。
 

　　2.2.2干式充填法

　　干式充填法可划分为外取料式及内取料式两种，外取料干式充填法是指于矿井外部开采用于填充采空区的充填料。内取料干式充填法则是在回采之时以崩落废石作为采空区的主要充填材料，不仅能够起到良好的围岩支撑作用，还可以作为回采工作平台。这两种干式充填法相对比而言，内取料充填法的经济性强，具备一定可行性。将之应用于急倾斜极薄矿脉开采之中，主要采取削壁充填采矿法进行开采作业，此方法也可分成两种，一是普通削壁充填法，二是机械化削壁充填法。二者相比，后者具备更强的经济优势，因而应用率相对较高，但矿体的走向以及长度是机械化削壁充填法能否应用的限制性因素。

　　2.2.3分段采矿法

　　这是一种以矿脉走向作为采场划分依据的采矿方法，可按照矿脉的倾向进行中段划分，并于中段内部再根据倾向进行分段的细分，采用分段开采法进行各个分段矿脉的爆破开采，回采之时，不将上盘或下盘围岩作为开采对象。分段采矿法也包含多个类别，如无底柱分段空场法、分段充填法、分段崩落法等等。分段充填法适用于大厚度矿体的采矿方法，若在厚度较薄的矿脉开采中应用，需要对采场结构进行优化，并要调整采矿工艺方可应用。

　　(1)无底柱分段空场采矿法。此方法是指针对矿体进行回采时应由上至下进行，将分段端部切割天井作为采矿起始点，以后退开采的方式逐步向矿井方向采掘。需于分段上方进行崩矿炮孔的钻进，并利用机械设备将崩落矿石运送至地面之上，若运送存在难度，可将矿石存于采空区，于下次开采时再行回收即可。下段回采时，可采用自动遥控开采方式，利用自动化遥控装置实施自动化开采。

　　(2)分段充填法。①分段矿房嗣后充填法。这是一种高度机械化的采矿方法，阶段高度为40m，划分为三个高度均为13.3m的分段，采场长度设置为50m，以矿体厚度作为分段厚度。采矿时无需进行顶柱与底柱设置，以平底结构进行出矿，出矿进路之间的距离应设置为5.5m左右。此种采矿方法的生产效率相对较高，但其只在矿体为1m以上且顶板与底板均具备良好稳定性的矿体开采中较为适用。②分段凿岩阶段出矿嗣后充填法。适用于急倾斜薄矿脉的分段充填法为分段凿岩阶段出矿嗣后充填法，但对矿体的稳固性及规则性要求较高。采场结构参数设置时，采场长度一般为60m，以矿体厚度作为采场厚度，阶段高度为40m，划分三个分段，分段高度均为13.3m。无需设置底柱，但应设置3m高的顶柱，以平底结构出矿。采切工程中，需做好采准工作，应设置下盘人行通风井，并需按照7m左右的间隔设置出矿穿脉。应于下盘脉外部距离切割巷道0.5m位置处设置切割井，并设置分段凿岩巷，还对其与人行通风井间的联络巷道进行设置。而后，以梯段式在中段内部从上部向下部逐步回采。③分段崩落法。分段崩落法可划分为有底柱与无底柱两种方法，其中无底柱分段崩落法。近年来刚刚兴起并得到了有效应用。需要按照矿体走向进行采场设置，一般采场长度设为50m，阶段高为40m，各分段高均为13.3m。无需设置顶底柱及间柱，出矿以平底结构为主。需按矿脉设置凿岩巷道，于矿体下盘处设置脉外分段运输巷道，并于此巷道中间隔25m设置出矿穿脉，并将之连接于凿岩巷道之上。按照间隔100m的距离设置设备井，使各个分段连通。按照50m间隔在矿体下盘设置倾角为65°的溜井，并于采场中部以50m间隔设置多个切割井。采取多分段同时回采的工艺。

　　3　急倾斜薄矿脉高中段采矿安全技术应用流程分析

　　3.1明确矿体开采技术条件

　　针对急倾斜薄矿脉高中段实施采矿时，需要先做好矿体开采技术条件分析，利用专业化试验方法检测分析各项开采技术参数指标，结合检测结果制定最终的采矿技术方案。当前阶段急倾斜薄矿体开采时对开采技术条件方面关注度有所不足，存在未全面掌握开采技术条件参数的问题，可能会降低急倾斜薄开采技术实施方案的针对性。为防止此问题出现，需要在方案制定前详细分析急倾斜薄矿体的具体情况，基于保障开采效益、提高开采安全性两个原则，结合急倾斜薄矿体的地质情况信息，严格筛选采矿方案试验标本，分析矿体基本特点，了解矿体的形态及结构布局，明确矿体走向及连续性特征，并确定围岩稳定性等其他开采条件。

　　3.2比选采矿方案的技术经济性

　　急倾斜薄矿脉开采时，应于开采前设计多个侧重点不同的采矿方案，通过专业化技术论证及经济技术参数对比选出最佳方案，以确保开采过程实施的顺畅性、生产过程控制的安全性。一些急倾斜薄矿脉开采时需要设置天井爬罐或应用深凿岩设备，为降低对矿脉开采生产水平的影响，需要采取差异化的设计与处理方式。应以急倾斜薄矿脉凿岩作业的流程要求为依据，对开采工程量、炮孔利用率、贫化损失以及采矿工效等参数展开分析，进而根据盘区及采场布置情况、切采工程布局、采场通风及安全管理等各方面条件，确定最为适合的急倾斜薄矿体开采方案。现场开采控制时，需要做好针对具有崩落隐患矿石的防护，并疏通矿石运出巷道。

　　3.3结合采场地压灾害原理实施安全技术控制

　　在现代化技术手段不断创新发展的同时，急倾斜薄矿脉高中段采矿方法不断创新，并诞生了多种安全性更高的生产控制手段，增强了采矿方法及安全管理工具的可选择空间，可针对传统模式下采矿难度较大的矿脉实施安全性控制。急斜倾薄矿体采矿深度升高的同时，地压活跃性也会提升，易出现采场岩石弹射、损坏采场结构等问题，如果未有效控制，会导致采矿安全问题发生。因而，急倾斜薄矿脉高中段采矿过程中需根据采场地压灾害原理实施合理性安全技术控制。应加强对地压活动特征的把握，了解地压活动规律，进而分别做好关于崩落围岩处理采空区及充填法处理采空区的控制。

　　3.4合理应用深孔爆破工艺

　　此工艺应用时，需要明确深孔爆破的参数类型，并做好相应参数的精准计算，要合理设置炮孔设置形式，选择适合的炮孔直径及堵塞长度，确定最佳炮孔深度与间距，还应确定微差时间及最小抵抗线等其他参数，进而增强安全控制参数指标与采矿爆破工艺需求的契合性。参数分析时，可在显式动力分析软件支持下分析相关非线性动力冲击，在高速碰撞、爆炸等极限状态下完成数据的仿真模拟，而后构建有限元模型，并利用此模型完成求解，而后得出最为适合的爆破参数。

　　4　急倾斜薄矿脉高中段削壁充填采矿方案劣势分析

　　急倾斜薄矿脉开采过程中，高中段采矿法的应用目的是实现采矿结构简化、降低开采工程量，并实现机械化开采，进而使急倾斜薄矿脉开采取得更高的经济效益。高中段是指遵循高于矿井设计中段高度的原则进行独立采矿矿块的高度设置。高中段削壁充填采矿法应用时，可以矿山目前已完成划分的阶段为基础，利用现有开拓系统进行矿脉开采，可有效降低开采工程量。具体做法是将两个中段合并成一个开采中段，合成后以两个中段的高度作为矿块高度，但由于矿块高度有所增加，会导致开采时存在较高的技术及管理问题，并且需要应用较高的天井或溜井，高天井掘进及高溜井的维护均较为困难，并且会增大高天井应用时的安全隐患，同时会导致采场地压活动加大，且因需要长时间进行矿块作业，存在采矿指标难以有效控制的问题，从而会对高中段采矿的生产效率产生影响。
 

　　5　两种急倾斜薄矿脉高中段采矿方法的应用对比

　　针对急倾斜薄矿脉的高中段采矿方法可选择高中段削壁充填法与高中段分段沿脉拉槽爆破采矿法两种方式。以下将分别对这两种高中段采矿方法的具体实施进行分析，进而比选出最优的急倾斜薄矿脉高中段采矿方法。

　　5.1高中段削壁充填法的应用过程

　　5.1.1采准工程

　　以削壁充填法进行急倾斜薄矿脉高中段采矿时，采准工程涉及多项内容，需要设置中段脉外运输巷道，并需要预先挖掘好装矿穿脉，还需设置先行的天井，并在天井及采场之间进行联络道的挖掘。

　　5.1.2切割工程

　　高中段采矿中选用削壁充填法开采时，需要将切割工程划分为两个部分，首先要对拉底巷道进行挖掘，构建拉底空间，而后还需要进行假底的铺设。

　　5.1.3回采作业

　　回采工程涵盖两个主要步骤，分别是崩矿作业与削毛作业。削毛时要加强工序流程的控制。

　　(1)通风设置。经过凿岩与爆破之后，需要做好通风设置，将外部新鲜空气引入到矿块行人通风天井之中，而后要对工作面进行冲洗，经由先行天井将内部污风排向外部。采场的风量应设置为每秒钟2m，进而使采场的风流质量符合要求，并做到采场温度的有效降低。

　　(2)出渣与平场。应将填充采空区之后余下的废石运出回采区，而后利用小型电耙进行矿渣清除，通过机械化作业降低工作人员的清渣工作量。之后要进行平场作业，应将大块具有突出棱角的切削岩石做平整处理，进而为后续铺垫作业施工提供便利。

　　(3)铺垫作业。平场处理完成后，应将旧胶带铺设于充填废石的区域，要求所充填的废石不可裸露出在外侧，若部分地区未铺严，可利用草袋进行遮盖弥补。

　　(4)出矿。利用高中段削壁充填法开采时，所产生的矿石量并不多，因而只需利用人工作业的方式便可完成出矿作业，因而可有效降低矿石的贫化损失。

　　5.2分段沿脉拉槽爆破采矿法的应用过程

　　5.2.1采准工程

　　高中段采矿中，运用分段沿脉拉槽爆破法时，也需要开展多个采准工程，应设置中段脉外运输巷道、挖掘装矿穿脉及先行天井之外，也需在天井及采场之间设置联络道，除此之外还要设置分段平巷，这是此种高中段采矿法与高中段削壁充填法的主要差异所在。分段平巷设置时，要求所有分段平巷均要连接于行人通风天井之上。

　　5.2.2切割工程

　　分段沿脉拉槽爆破采矿施工中包含两项切割工程，首先要进行拉底巷道的挖掘，并完成天井的切割，之后还要进行假底及溜坡的分别铺设。

　　5.2.3回采作业

　　回采作业可于采准工程及切割工程完成后即刻进行，回采时可将之划分为两个相邻分段，并且由下分段作为回采的起始点，而后逐步向上分段进行回采作业。

　　5.3应用效益对比

　　通过上述两种高中段采矿方法应用过程对比发现，急倾斜薄矿脉高中段采矿之时，削壁充填法需要进行围岩及矿脉的同步开采，因而具备较大的采准工程量，回采工艺相对复杂，仍会产生一定的矿石损失率及贫化率，并且中段高度越大，削壁充填法的应用将越为困难。然而利用分段沿脉拉槽爆破法实施急倾斜薄矿脉的高中段开采，则可有效解决这些问题，只需对矿脉进行开采，节省了围岩开采环节，同时回采工艺也更为简单，并且所产生的矿损率及贫化损失均相对较低，除此之外，此种采矿方法应用时，中段高度并不会对采矿结构的设置产生较大影响。因此，经上述两种方法对比后发现，分段沿脉拉槽爆破采矿法在急倾斜极薄矿脉高中段开采中更为适用。

　　6　结语

　　采矿方法选择的正确与否决定着矿山的生产效率，与矿山生产布设、开采作业及效益回报均有直接关联。急倾斜薄矿脉开采中要遵循安全生产的原则，要确保开采过程安全，开采人员可于事故发生时及时撤出作业区，同时也要做好开采设施、井巷及构筑物的安全防护，防止采场地压活动遭到破坏。同时，还要结合矿山生产规模实施强度适当的开采，应用机械化生产措施，节约采矿成本，并提高生产效率，通过采矿工艺优化实现采矿中能源损耗的有效降低。经对比，分段沿脉拉槽爆破采矿法是急倾斜薄矿脉高中段采矿中应用效果最为理想的采矿方法，因而在同类矿脉开采中值得推广与应用。