上向水平分层胶结充填采矿法的优化与应用

摘要：依据矿床地质条件，对原设计采用的 “上向水平分层胶结充填采矿法”矿块参数进行反复实验调整、优化。使矿块顶、底柱均一次性回采，矿块回采率由原来的82%提高到92%以上，落矿、出矿安全条件得到全面改善，大幅降低了矿块开采成本。

关键词：采矿方法 矿块参数 回采率 安全条件 开采成本

一、矿床特点及地质概况

陕西省略阳县东沟坝铅锌矿床位于秦岭山脉南麓，汉江、嘉陵江支流分水岭地段，汉江支流沮水源头山区。矿区出露地层，主要为中上元古界碧口群，震旦系及中上泥盆统地层。区内褶皱强烈，断层发育，构造复杂。岩浆交替发育，分布广泛，具有多期多次入侵的特点。

铅锌多金属共生矿床产于中上元古界碧口群中岩组火山岩中，主矿体赋存于第三岩性段的中上部。本岩段又分为三个岩相岩性层，主要为集块角板岩和凝灰含英角板岩。岩石蚀变现象普遍，与成矿有关的蚀变矿化以带硅化、绢云母化、黄铁矿化、重晶石化为主要蚀变类型，由绢英岩、黄铁绢英岩、闪锌矿化绢英岩及绢英岩化的火山岩等蚀变岩石组成，其中黄铁矿绢英岩分部最广，是低品位铅锌矿体产出的主要蚀变围岩。

所有金银铅锌矿体皆分布在蚀变矿化带内，赋存于12-0-19勘探线、660～800米标高之间，矿体呈似层状、透镜状、脉状产出；产状变化不大，走向一般在280？左右，倾向北北东，倾角470左右，矿体厚度2～34米不等，由绢云母、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、自然金、银金矿等矿物组成，主要有用元素为金、银、铅、锌共生，伴生有黄铁矿，有害元素含量低微。矿床平均品位：Au：1.89g/t、Ag：54.5g/t、Pb：0.93%、Zn：4.07%、S：6.56%。

矿区开采范围为东起19线，西至12线全长700余米，标高920～710米之间。开采范围内的矿体埋深较大，覆盖层很厚，无露天开采条件，只适用于井下开采。因此矿山采用的是地下开采方式。

矿体产于不稳固到极不稳固矿化蚀变带内，矿体上部地表有工、民用建筑设施，加之有东沟、刘家沟两条小溪经区域地表流过。因此，根据矿体赋存特点和区域条件限制，一九九三年由“长沙有色冶金设计研究院”进行系统设计，涉及开采能力300吨/日。采矿方法设计采用“上向水平分层胶结充填采矿法”开采。充填物料为全粒级碎石混凝土，充填系统由采石厂、充填搅拌站、主充填井、充填运输平巷及矿块充填天井组成。

二、原设计采矿方法在实际应用中存在的问题

“长沙有色冶金设计研究院” 设计采用的“上向水平分层胶结充填采矿法”为：垂直矿体走向布置，矿房宽度5m，矿柱宽度4m，矿块底柱高6m，矿块顶柱高3m，采矿中断高30m，6m底柱在矿块回采结束后再进行二次回收，3m顶柱作为永久矿主保留。按照设计：矿块实际可采高度只有27m。而且在6m底柱以上的首采分层要铺设300×300间距的钢筋网，便于二次底柱回采时充填体不会脱落。该采矿方法在实际应用中存在以下问题：⒈顶柱不能回采，矿块回采率低，只能达到82%；⒉由于矿岩稳固性较差，矿房、矿柱宽度偏大，采矿过程中片帮冒顶时有发生；⒊矿房、矿柱间采，爆破对两壁影响比较严重，采矿房时对矿柱造成影响，采矿柱时对矿房充填体造成影响；⒋二次底柱回采时充填难度较大，多一次接顶施工；⒌由于铺设钢筋网和多次接顶，综合采矿成本较高。

三、采矿方法的优化与应用

原设计的“上向水平分层胶结充填采矿法”在实际应用中，通过反复调整矿块参数进行试验，最终确定为：垂直矿体走向布置，矿房宽度3m，不采用矿房矿柱间采的方式，同时不留顶柱和底柱，直接在下一中断平面开始第一分层拉底，将矿体每50—80m分为一个块段，由中间向两边推进，每3m一个采幅，呈阶梯状布置，相邻采幅高差控制在5m以上，由下一中断一直推进到上一中断。通过近五年以上的实际应用，与原采矿方法相比：综合采矿成本得到大幅降低，矿块开采安全条件得到绝对提高。为矿山取得了十分可观的经济效益和社会效益。

四、采矿方法优化后所产生的优势

通过对采矿方法各项技术参数的优化后，基本解决了原采矿方法在对不稳固到极不稳固矿体开采中存在的技术难题。优化后的采矿方法与原采矿方法对比，主要体现了以下几方面的优势：1.矿块顶、底柱均可一次性回采，解决了3m顶柱不能回采，6m底柱需要二次回采的问题。矿块回采率由原来的82%提高到92%以上，回采率提高了10%。2.采幅宽度由原来的4～5m减小到3m，采矿过程中片帮冒顶现象得到了完全控制，落矿、出矿安全条件得到全面改善。3.不采用矿房矿柱间采的布置方式，完全解决了爆破对矿柱的破坏，大大降低了矿床开采安全风险和出矿贫化率，出矿贫化率由原设计的12%降低到现在的8%，贫化率降低了4%。4.首采分层不用制作矿块底部结构，不需要在采第一分层时铺设钢筋网，同事减少了底柱二次回采时的充填接顶工作，减少了矿块开采施工工序，大幅降低了矿块开采成本。

五、优化采矿方法的应用前景

优化后的采矿方法准确应该定名为：“无底柱上向水平分层胶结充填采矿法”。该采矿方法的技术特点：回采率达92%以上、贫化率在8%以下，不受矿体产状、厚度限制，特别适用于f≤4-6的矿体或矿、岩不稳固的地下矿体开采。可广泛应用于国内外有色金属、多金属、贵金属地下矿床的开采。