摘要：為了解決極軟薄破礦脈普遍采用下向進路膠結充填開采過程中，存在勞動強度大、機械化程度低、生產成本高等問題。基于前河金礦甚溝礦區南礦帶實際情況，對極薄破礦脈下向進路膠結充填開采的特點進行了研究，以提高機械化程度、降低回采成本為目標，結合類似相關礦山工程實踐，通過優化采礦結構參數、鑿巖與爆破方法、支護工藝及出礦形式，優選適用的機械裝備，探索出極軟薄破礦脈下向機械化安全并采技術，即通過合并相鄰采場，共用采準工程，研究微擾無掏槽爆破與錨網支護工藝，采用高效出礦設備，實現極軟薄破礦脈的機械化安全開采。現場工業試驗表明，該技術可實現極軟薄破礦脈的機械化高效開采，技術經濟指標良好。

　　關鍵詞：極軟薄破礦脈;下向進路開采;機械化;安全并采

　　0引言

　　極軟破碎礦脈在貴金屬特別是黃金礦山中占比較大，通常采用上向或下向進路膠結充填采礦法進行回采，而這其中又以下向進路膠結充填采礦法居多[-5]。為了提高下向進路開采時的機械化程度和效率，許多學者做了大量的研究與實踐工作。當前在礦體方面的研究主要集中于厚大礦體，如金川二礦區、焦家金礦、阿舍勒銅礦、谷家臺鐵礦、錦豐金礦、范家堡子滑石礦以及毛坪鉛鋅礦等，通過施工脈外斜坡道，采用鑿巖臺車、鏟運機等裝備，實現機械化下向進路膠結充填開采。設備方面，近年為了提高極軟破碎礦體整體開采的機械化程度，范純超、李俊平等[1-1]提出以懸臂式掘進機為主體的無爆機械化采礦方式，并在某些礦山進行了應用。對于極軟薄破礦脈，受限于礦體寬度、巖體性質及回采方法，采場空間較窄，大型機械設備無法施展，整個回采過程中勞動強度大、效率低、回采成本高，隱患多、安全風險大，影響礦山企業的經濟效益。

　　隨著國家對綠色開采的需求以及開采新思維的轉變，必須降低下向回采過程中的木材消耗及人力消耗，實現極軟薄破礦脈的高效機械化開采。

　　嵩縣前河礦業有限責任公司(簡稱"前河金礦")甚溝礦區南礦脈屬于典型極軟薄破礦脈，礦巖松軟破碎、遇水泥化、自穩性差。經過多年的探索與技術攻關，逐步形成了較為成熟的下向進路膠結充填回采工藝[-8]，但在實際開采的過程中，存在著支護成本高、勞動強度大、效率低、通風困難、回采成本高等問題。

　　基于前河金礦甚溝礦區南礦脈實際情況，結合類似相關礦山工程實踐，以提高機械化程度、降低回采成本為目標，對其采礦方法進行全面優化，探索出極軟薄破礦脈下向機械化安全并采技術，其在現場工業試驗中取得了良好的技術經濟指標。

　　1現有采礦工藝及存在的問題

　　1.1礦區開采技術條件

　　礦體厚度最大為6.39m，最小為0.74m，平均厚度為3.08m，厚度變化系數為78%，平均傾角為68"，礦石類型主要為碎裂巖和糜棱巖，上盤為碳酸鹽化碎裂巖，工程揭露后極易塌方。下盤為碎裂安巖一蝕變安山巖，相對穩固。

　　礦區內主要礦巖的穩定性較差，RMR評級均在l1級以上，大部分區域穩定性差-較差，整體工程地質屬于中等復雜型，水文地質相對簡單，屬裂隙充水的中等礦床。

　　1.2下向進路膠結充填開來工藝

　　沿走向布置采場，采場長度為40m，寬為礦體厚度，當厚度大于2.0m時，采用多進路回采，高為40m。采用脈外天井采準，天井上段作為人行通風，下段作為溜礦。隨開采下行，在兩端布置順路通風井，如圖1所示。

　　預留1.5~2.0m頂柱，由采準天井垂直礦體施工分層平巷，至礦體后，向礦體兩端進行回采。鑿巖采用7655氣腿式鑿巖機進行鑿巖，卷狀乳化炸藥進行爆破。出礦采用全人力出礦。

　　采場支護采用直徑不小于15cm坑木進行支護，根據礦巖的穩固程度，調節坑木排間距。待分層礦體回采結束后，進行平場、鋪碎石、彩條塑料布后，采用坑木、鐵絲、木板及土工布等在天井聯絡巷口構筑充填擋墻，后對空區進行膠結充填，充填高度為1.5m

　　1.3現有工藝存在的問題

　　(1)單個采場回采斷面為2.2m×2.0m，支護采用坑木支護，斷面小、回采量小，采掘巷道內礦石難以進行機械運輸，因此只能采用人工出礦，造成采場長度受限，整體回采效率不高。

　　(2)單次充填量小，充填連續性差，造成充填管道使用頻率高、沖洗維護工作量大、壽命降低等。(3)由于充填不接頂，下部回采分層必須采用坑木支護，支護成本高達943元/m，且在井下遇水腐化放熱，加劇井下通風難度，井下職工職業健康衛生無法保證，消耗大量坑木，也不利于礦山的綠色發展。

　　(4)單個采場的作業量小，限制了整體回采的機械化程度;預留頂柱回收困難，首采層回采過程中安全性差，配套充填回風井維持困難，采場安全作業條件差。

　　1.4制約采場效率提高的關鍵因素根據對現有采礦工藝的闡述及其存在的問題，制約前河金礦甚溝礦區南礦脈采場效率的關鍵因素有：

　　(1)采場空間窄，結構參數偏小，單個采場礦量較少;

　　(2)充填不接頂，大量采用坑木支護，進一步減少采場作業空間;

　　(3)礦巖整體穩定性較差，局部梁場地下水發育;1

　　(4)礦區主要并巷斷面小，常規高效出礦裝備無法快速進出采場。

　　2下向機械化安全并采技術針對制約前河金礦甚溝礦區南礦脈采場效率的關鍵因素，結合礦區的實際情況及相關類似工程案例，提高采場機械化程度及效率的思路如下：

　　(1)優化采場結構參數，增加單個采場的作業空間及礦量;

　　(2)優化爆破與支護工藝，降低爆破振動對圍巖的影響，減少坑木支護，增加進路采場斷面面積;

　　(3)合理布置采準工程，在不增加多余工程的前提下，提高采場風路的穩定性及可用性，降低采場工作面的溫度;

　　(4)研制或選擇合理的采礦裝備，提高采場整體的機械化程度。

　　基于以上思路，從結構參數、爆破及支護工藝、采準工程和采礦裝備，對現有的采礦方法及工藝進行優化[15]。

　　(1)結構參數。將2個相鄰采場合并開采，采場長度為80m，寬度與高度不變，將2個采場的采準工程合并使用，在回采過程中，首先在兩相鄰采場回采出1條進路，作為設備行走、通風、出礦等的通道，以最大限度的提升采場的礦量及通風條件，如圖2所示。

　　(2)爆破工藝。由于礦巖本身穩定性差且結構面多，受爆破振動影響較大，必須對爆破工藝進行優化，降低爆破振動對礦巖的影響，降低后續支護及出礦的難度，如圖3所示。

　　結合礦巖本身的地質構造，通過合理的布置炮孔，在鑿巖爆破時，利用進路兩側預留10～15cm的護臂礦及頂部利用上分層的鋪底碎石作為減震層。兩側的護臂礦依靠礦巖自身垮落或風鎬進行回收[20]。

　　(3)支護工藝。坑木支護是較為簡單易行的支護方式，但對于斷面本身較窄的回采進路，是限制阻礙機械化程度提升、通風等的關鍵因素，如圖4所示。

　　通過現場調查與分析，確定采用錨網支護替代坑木支護，錨桿選用管縫式錨桿，長度為1.2~1.4m，網片采用5mm，30mmX30mm網度的鋼網。

　　同時，為了避免因充填體未結頂導致的充填體與兩幫的摩擦力不足的問題，在進行鋪底筋時，采用10mm的螺紋鋼將底筋與底部錨桿進行連接固定，并將相鄰進路的底筋連接，進而提高充填體與兩側圍巖或礦體的摩擦力及充填的整體性。

　　(4)出礦工藝。因采用人工出礦，出礦時間在整個作業流程的時間最長，且勞動強度極大，導致整個作業面回采效率低，進而造成井下需要同時回采的作業面數量高達40多個，安全風險較大。綜合國內外小型機械化出礦裝備的發展情況及其適用范圍，選擇ZWY-40型扒渣機配套電動三輪車作為出礦設備，并根據井下的實際情況，對ZwY40型扒渣機進行定制，可實現四輪轉向，車身長3480mm、寬1106mm、高1306mm(工作)，轉彎半徑為1740mm，每小時可耙運40m3的物料，并配置有破碎裝備，個別需要破碎的大塊可利用破碎裝備進行破巖。

　　3現場應用

　　根據上述技術方案，選取甚溝礦區南礦脈的-80-81-80-79采場作為試驗采場，即將2個采場統一采準。采場所采礦體為NS礦體，礦體巖石為黃鐵礦化碎裂安山巖，礦體上、下盤圍巖為蝕變安山巖，巖石不穩固，片理、節理特別發育。礦體品位變化大，受構造影響，礦體賦存狀態復雜，平均品位為2.47g/t，礦體平均厚度為4.17m，地質礦量為2.45萬t，金屬量為61.18kg，具體工程布置如圖5所示。

　　3.1試驗采場布置

　　采場沿走向布置，長度為80m，高度為40m.寬度為4.17m。由中段主巷在79線、81線垂直礦體施工采準聯巷，在聯巷一側施工天井硐室，采用反井鉆機雨1.4m施工采準天井，連接上下中段，預留1.5~2.0m厚的頂柱。

　　3.2回采I藝

　　根據礦巖的穩固條件，將采場劃分為雙進路采場，首先回采下盤進路，將2個采準天井聯通，后將扒渣機和電動三輪車放入采場，當分層回采結束后，利用電動葫蘆將設備懸吊于采準天井中，后對采場進行充填。

　　(1)鑿巖爆破。采用7655氣腿式鑿巖機及ZWY-40型扒渣機配套破碎裝置聯合破巖。對于較為穩固的區域，采用7655鑿巖機進行鑿巖，并采用乳化炸藥爆破，炮孔布置方式如圖6所示。對于較為破碎及兩側護臂礦區域，采用ZWY-40型扒渣機機械破巖。

　　(2)通風。新鮮風流由79線采準天井進入采場，洗刷采場后，由81線天井回至中段巷道，并布置15kw局扇1臺，用于局部通風不佳時使用。

　　(3)出礦。采用ZWY-40型扒渣機配套電動三輪車進行出礦。在回采過程中，爆破通風后，進行出礦作業，根據作業地點的不同，倒入距離最近的天井中。

　　(4)支護。支護采用錨網支護，錨桿采用1.2m、045mm管縫式錨桿，間排距為0.5m×0.5m，鋼網采用3mm、30mm×30mm網度的鋼網，底筋主筋采用幣10mm的螺紋鋼、輔筋采用Ф6mm的圓鋼，主筋沿采場走向布置，主輔筋網度為1.0mx0.5m，采用8"鐵絲對其進行捆扎。

　　3.3采場充填

　　待分層回采結束后進行平場，鋪碎石，鋪彩條布及底筋，后采用10mm的螺紋鋼將底筋與底部錨桿連接，并用8"鐵絲捆扎。

　　3.4技術經濟指標

　　經過半年的現場試驗，取得的現場技術經濟指標如下：梁場生產能力為26.4t/d，貧化率為5.6%，損失率為4.8%，采礦充填成本為262.94元/t，支護成本為675.73元/m

　　4討論

　　在極軟薄破礦脈的開采中，下向進路膠結充填采礦法是較為常用的方法，但受限于作業空間等因素，通常存在機械化程度低、勞動強度高、支護難度大、生產效率低等問題。本文研究出一種適用于極軟薄破礦脈高效機械化開采的方法，其在一定程度上提高了采場的機械化程度，降低了勞動強度，但仍有進一步提升優化的空間。

　　(1)軟破巖石對支護時限較為嚴格，需在采場回采結束后，及時進行錨網支護。

　　(2)合理組織作業流程，有效利用每天的作業時間，可大幅提升作業效率。前河金礦甚溝礦區采場2d方能完成一個作業流程，是造成作業效率無法提升的主要原因。

　　(3)采用扒渣機機械破巖效率較高，可進一步探索機械破巖方式以提高機械化，降低勞動強度。

　　5結論

　　通過現場試驗及以上論述，得出以下結論。

　　(1)合理的優化采場結構參數、爆破與支護工藝可有效的增加采場作業空間，提高機械設備的利用率。

　　(2)驗證對于極軟破碎巖石管縫式錨桿的適用性，經現場試驗，最大拉拔力超過100kN.

　　(3)采用下向機械化安全并采后，前河金礦甚溝礦區采場生產能力由11.88t/d提升至26.40t/d，采礦充填成本由280.45元/t降低至262.94元/t，支護成本由943元/m降至675.73元/m.

　　(4)驗證了下向機械化安全并采技術在極軟薄破礦脈中的可用性，可在相同開采技術條件的礦山企業中推廣應用。

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　　Abstract: In order to solve the problems of high labour intensity, low degree of mechanization and high production cost in the process of adopting downward approach cemented filling method for extremely-soft and thin broken veins, based on the actuasituation in the southern ore belt of the Sengou mining area of Qianhe Gold Mine, the characteristics of downward approach cemented filling method were studied so as to improve the degree of mechanization and reduce the cost of mining. Combined with engineering practices in similar related mine, by optimizing the mining structure parameters, rock drilling and blasting methods, supporting technology and mining forms, and optimizing the applicable mechanical equipment, downward mechanization and safe simultaneous mining technology for extremely-soft and thin broken veins was explored. By merging adjacent stopes and sharing mining preparation engineering, the micro-disturbance non-cutting blasting and bolt mesh support technology were studied, and the highrefficiency ore drawing equipment was adopted to realize the mechanized safe mining of extremely-soft and thin broken veins. Field industrial tests show that this technology can realize mechanized and efficient mining of extremely-soft and thin veins, with good technical and economic indicators.

　　Key words: Extremely-soft and thin broken veins, Downward approach mining, Mechanization, Safe simultaneous mining

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文章名稱： 極軟薄破礦脈下向機械化安全并采技術研究

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