凡口铅锌矿采矿与充填技术简介

1 采矿方法重大创新

1. 12007 年以前各种采矿方法

1. 1. 1 盘区机械化胶结充填采矿法试验研究

1976 年，凡口铅锌矿“盘区机械化胶结充填采矿法试验研究”被列为冶金部重点科研项目. 试验分两阶段进行，__阶段在 4 号矿体盘区进行，盘区综合生产能力达到 400 ～ 500 t /d，采场达到 130～ 170 t /d; 第二 阶段 1980 年 7 月在 - 200 m 盘区进行，盘区采矿量平均达 759 t /d，出矿 716 t /d[1].

1. 1. 2 凡口 VCR 采矿法的试验研究

1980 年 7 月“凡口 VCR 采矿法的试验研究”被列为国家科委“六五”重点科技攻关项目，采场出矿能力达到 733 ～ 1 000 t /d，采场综合生产能力 30t /d以上，是普通法的 3 倍以上，作业成本降低 30! ～ 50![1]. 该方法具有安全、高效、成本低的特点.

1. 1. 3 高阶段深孔采矿法和装备的研究

1987 年 l2 月，凡口铅锌矿“高阶段深孔采矿法和装备的研究”( 代号 75 - 3l - 04 - O1) 被列为国家“七五 ”重点科技攻关项目. 试验取得了采场综合生产能力 529. 6 t /d、每吨矿石作业成本降低 31. 6!的良好指标.

1. 1. 4 阶段深孔台阶崩矿采矿法研究

凡口铅锌矿“阶段深孔台阶崩矿采矿法研究( 代号 75 - 3l - 04 - O2) ”项目，于 1986 年 6 月正式列为国家“七五”重点科技攻关专题. 1988 年 7 月开始进行研究和设计，1990 年 5 月正式进行工业试验. 经过 5 a 的努力，先后完成了基础研究、采场服务车研制、磁电感应起爆系统、阶段崩矿回采矿房、回采间柱的回采工艺的工业试验. 平均出矿能力为927. 5 t /d，铲运机出矿能力 400 ～ 600 t /台班. 该方法与 FDQ 法相比，具有更大的采场生产能力和更高的作业效率.

1. 1. 5 盘区上向中深孔配套机械化采矿新工艺

1991 - 1992 年，凡口铅锌矿在盘区采场内进行了“盘区上向中深孔配套机械化采矿新工艺”研究，使用了自动接杆台车打上向中深孔炮眼，装药台车装粘性粒状铵油炸药，导爆索两孔并联非电复式网路起爆，分层集中爆破、铲运机出矿，撬毛台车处理松石、铲运机出矿等机械化作业，与原盘区采场相比，生产能力提高 1. 52 倍，凿岩效率提高 1. 9 倍，二次爆破量减少 60%[1]. 该工艺取得了显著的经济效益.

1. 2 无底柱后退式崩落安全高效环保采矿法

自 2006 年以来，凡口铅锌矿开展了无底柱后退式崩落安全高效环保采矿法的研发，经过多年的摸索实践，取得了巨大成功，现已大面积推广应用. 从原来仅 Sh - 280mN3 - 4#一个试验采场，现普及到15 ～ 20 个采场.

1. 2. 1 爆破设计与爆破工艺

1) 爆破设计

炮孔参数: 根据凡口铅锌矿的经验及试验数据，侧爆区孔网参数采用: 孔距 × 排距 = ( 2. 0 - 2. 4) m× ( 2. 0 - 2. 4) m.拉槽爆破: 拉槽区每次爆破药量在 1 000 kg 左右，装药 1 ～ 3 层，每层装 2 ～ 3 条药( 药卷规格: 药卷直径 90 mm，长 670 mm，重 5 kg( 也有 3 kg、4 kg 药卷) ，每次爆破后拉槽高度控制在 2. 5 ～ 6. 5 m.破顶爆破: 经过多次拉槽后，矿体厚度逐渐变薄，为确保上部硐室设备行走和人员作业安全，必须保留一定的安全作业厚度，一般为 10 m，最后一次爆破破穿上部铜室. 装药结构和孔内起爆方式与拉槽爆破一样.侧向爆破: 破顶完后对采场剩余矿体进行侧向爆破. 侧向爆破炮孔采用间隔装药，每层药包之间用河沙或竹筒隔开. 侧向爆破时边孔要求滞后一段，并适当减小装药量，以减少爆破对边界的破坏，同时预防前排边孔来炮效果不好时导致后排边孔抵抗线过大. 孔内引出的导爆管用电雷管起爆.

2) 爆破工艺: 主要有测孔、堵孔、装药和起爆.

每次爆破为一循环工序.测孔: 用一根带有标尺的带皮铝线，下方绑上铁质重锤的测绳来测量孔深，测得孔深后，便可绘制出每次爆破后顶板曲线形状和下部硐室补偿空间的高度. 要进行爆前和爆后两次测孔，并以此实测孔深做为下一次爆破设计依据.堵孔: 装药前需将通孔堵严，常采用水泥胶皮塞堵孔. 堵孔塞至孔底的深度 0. 8 ～ 1. 3 m.装药: 每条柱状乳化炸药包的长度为 670 mm，重量为 5 kg. 每条炸药用塑料袋包装，并带有吊环.装药时将两发毫秒延期导爆管雷管插入一条柱状药包并同时插入一条导爆索作为起爆药包，每一层装一条起爆药. 药包加工好后按设计要求用尼龙绳吊装送进炮孔内. 药包上部填砂 2. 0 m 并堵一水袋，保证爆破质量.

1. 3 高分层上向中深孔崩落法技术

凡口铅锌矿随着矿山整体开采规模、开采强度和开采深度不断增大，特别是面对一些结构较差采场，破顶采场及顶、底柱采场，现有普通中深孔回采方法无法满足矿山生产的需要，必须采取一种安全高效的采矿方法回采. 2013 年后，矿里引进小台车设备，用于底柱采场回采，取得巨大成功，本项目属于地下矿山新型采矿方法试验项目. 其试验目的主要是针对结构较差采场、破顶采场及顶、底柱采场，寻求一种安全、高效、对后续采矿不造成安全隐患的采矿方法.

1. 3. 1 内容与技术特点

本项目对现有中深孔机械化技术进行改进，以前为了控制好采场顶板、边邦对采场回采高度进行了一定的限制，回采高度一直控制在 4 杆以下( 即回采后空高在 8. 5 m 以下) . 现对于一些结构较差、顶底柱采场、及一次性采后空高超过 8. 5 m 的采场，采用增加回采高度，通过对采场合理的孔网参数布置、凿岩精度的提高、爆破段数选择、装药结构优化，对一些采场一次性回采的方式. 台车打眼杆数增加至 5. 0 ～ 7. 0 杆，空间可达至 9. 0 ～ 12. 0 m[5]，台车爆破后人员不进入采场，不对采场进行松石处理，采用遥控铲运机出矿的方式，有效地避免了采后空间较高造成的安全隐患. 同时对一些长度较长的高分层采场，可采用一次打眼分 2 次爆破的方式，即__次放炮后采用遥控铲运机出矿，出矿完后第二次采用侧向崩矿爆破，有效控制了采场顶板、边邦. 同时也大大提高了生产效率，避免采场因调整破顶厚度而进行的手钻薄压、松石等工序.

1. 3. 2 安全性能

本采矿方法可以避免人员在破碎岩石、距离上部中段或首层充填体实体厚度较小等情况下凿岩避免矿岩意外冒落坍塌伤人毁物，通过加大距离不稳定岩层及充填体的实体回采厚度，可以有效提高整个凿岩过程中的安全可靠性. 高阶段中深孔崩落法也加大了一次性回采高度，提高了采矿效率，结合遥控铲运机出矿，减去了人员上矿堆松石这一危险较大的作业程序，实现了高效的机械化作业[5].

1. 3. 3 社会效益

1) 降低工人劳动强度，改善工人作业环境，提高工人作业的安全保障. 有效改善井下作业环境，提高了工人生产效率，保障了工人职业安全与健康水平.

2) 提高凡口矿难采矿体的生产能力，平衡区域生产协调，从而为凡口铅锌矿可持续高产创造条件.

3) 实行机械化循环作业，对下一步掘进、找边、压顶的机械化队伍建设提供了较大的参考价值及实施经验.

4) 降低采矿风险，为凡口铅锌矿的安全生产提供了技术保障.

1. 4 凡口铅锌矿精密 VCR 采矿法简介

凡口铅锌矿 ShSh - 600m214 #a 采场应用精密VCR 法爆破技术，取得了很好的效果.

1. 4. 1 回采工艺

1) 采准: 精密 VCR 法爆破采场宽度 20. 0 m，采场垂直矿体布置，长为矿体厚度. 在 Sh - 550 m 水平和 Sh - 600 m 水平分别设计上、下部硐室，在 Sh -600 m 下部硐室布置底部结构，以 Sh - 600 mN7#川为主要的出矿川脉，采用堑沟出矿，设计了两条堑沟，堑沟高度 8. 0 m，倾角 71. 5°，堑沟以上空间 3. 0m，便于打眼. 堑沟及出矿进路分布于出矿川脉两侧，出矿进路及出矿川脉 3. 2 m × 3. 1 m. 上部硐室为凿岩硐室，设计在 - 550 m 水平，硐室高度 3. 5 m.为避免硐室超宽带来安全隐患，硐室中间设计了一条 5. 5 m 宽的保安矿柱.

2) 凿岩: 在 Sh - 550 m 上部硐室凿下向大直径束状深孔，孔径 165 mm，边孔 110 mm. 每束打 4 ～ 5个孔，孔距 1 m，每束孔之间间距 6. 5 m.

3) 爆破: 在 Sh - 550 m 上部硐室采用人工装药. 采用分层爆破，每层爆破 6 m，每束孔装同段雷管，束与束之间用不同段雷管，利用高精度毫秒雷管起爆. 首次爆破各束孔利用下部硐室空间作为自由面呈“倒漏斗状”向下崩矿，后序爆破利用前次爆破空间向下爆破，依次类推，留 11 m 的厚度破顶爆破直至爆破结束.

4) 出矿: 每次爆破后采用铲运机在下部硐室从各出矿进路铲矿，铲至有下次爆破的补偿空间即可，最后利用遥控铲运机进堑沟内进行清场.

1. 4. 2 发现、发明及创新点

1) 精密 VCR 法爆破采用束状孔爆破设计，通过一束孔同段而增大了爆破最小抵抗线，提高了每米崩矿量，达 23 t /m.

2) 精密 VCR 法爆破采场宽度 20. 0 m，相当于以前的的两个半采场，使采场设计矿量增大，本采场设计矿量 12. 6 万 t.

3) 精密 VCR 法爆破下部硐室设计了两条堑沟及一条出矿川脉，两条堑沟分别位于出矿川脉两侧，用出矿进路把出矿川脉和两条堑沟连通，提升了综合生产能力，达到 300 t /d.

4) 在全国内首次采用 TORO - 301 超视距可视遥控铲运机铲矿，采用 SOLO5 - 5V 遥控破碎台车处理大块[5].

1. 4. 3 与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

1) 安全性高: 采矿安全. 上部硐室顶板和边帮均采用锚杆和铁丝网联合支护. 确保人员在上部硐室凿炮孔和装药时的安全; 铲矿安全. 铲矿人员不进入爆破空场，只在已经处理好的下部硐室处操作遥控铲运机铲矿，确保了铲矿过程的安全.

2) 回采高效性: 与常规采矿法相比，采矿技术指标优越，达 300 t /d，劳动生产率高，辅助作业少，采矿成本低，仅 150 元/t.

3) 采矿机械先进: 在国内首次采用芬兰 TORO- 301 超视距可视遥控铲运机铲矿，遥控距离为 300m，铲斗斗容: 3 m3，专门用于矿井恶劣环境和危险区域抢采矿产资源. 另外，采用 SOLO5 - 5V 遥控破碎台车处理大块. 采矿机械明显先进.

2 充填工艺技术的创新发展

2. 1 泡沫砂浆充填新工艺

凡口铅锌矿是我国使用充填法较为成熟的矿山，随着采场机械化程度及生产能力的提高，其回采工艺对充填质量的要求也越来越高. 伴随着无底柱深孔后退式采矿法的推广应用，采场嗣后充填脱水的问题严重影响该采矿法在矿房回采中的应用.为此，凡口铅锌矿与广州大学于 2009 年联合进行了充填新工艺、新材料的研究———高性能泡沫砂浆充填.

2. 2 井下采空区废石留场与回填

金属矿山井下采空区利用废石回填与留场的生产工艺，经过多年的推广与实施，凡口矿井下各生产工区( 队) 形成了一种强制执行的规章制度，有一套实用性强、操作简便、安全、高效的废石留场与回填工艺，把井下巷道掘进、采场废石通道、采场进路所产生的废石，采用先暂堆再回填和直接留场的方法作为采场采空区的充填骨料充填. 这方法不但节约充填成本，还减少废石出笼成本，加快采场的回采速度，减少出渣环节，降低出渣的风险. 可以完成的废石留场和废石回填量 8 万 m3 /年( 其中废石留场2. 6 万 m3、废石回填 5. 4 万 m3 ) .

2. 3 采场首层采完后使用地网胶结充填

凡口铅锌矿井下每个中段高度约 40 m，在矿体厚大的区域，每个采场拉底层在各中段的一分段开始施工，造成每个中段留有 8 ～ 10 m 厚的底柱，底柱回采时上方的充填体构成安全隐患. 针对上述状况，凡口铅锌矿经过多年探索，将地网应用于首层充填采场，地网类型有竹竿，铁管简易网，钢丝绳简易地网. VCR 采矿方法使用后，遥控铲运机不仅用于出矿，也用来将竹架、螺纹钢，钢丝绳组合的地网由采场外运至采场内，首层充填厚度逾 1 m，相当于给采场底柱上方浇筑了 1 m 厚的钢筋混凝土，大大增强了充填体强度，提高以后回采底柱的安全性.

3 采矿装备技术的进步与研制

3. 1 采矿凿岩装备

凿岩除使用国产风动凿岩机外，引进了国外先进的凿岩台车，以及配套撬毛台车和锚杆台车等先进装备. 掘进作业除曾使用过国产双机凿岩台车外，还试制过立蟹爪爬式装岩车、转载斗车等. 顶板 支护发展到锚杆支护、锚杆金属网支护及喷锚网联合支护. 天井掘进全面应用吊罐法、天井钻机钻进法、深孔分段爆破成井法，大大加快了掘进速度. 采掘爆破均采用复合乳化炸药，工作面大块采用进口破碎台车处理.

3. 2 引进与自行研制的采矿设备与器材

CTC - 1 02 型双机采矿台车和装药器; ATM -2000 型、ATM - 1500 型天井钻机; BM 系列乳化状与弹塑炸药及复合油相材料; W - 1 型铲运机;WJ - 1 型铲运机; YGZ - 90 型号凿岩机; TORO -301 超视距可视遥控铲运机; SOLO5 - 5V 遥控破碎台车; BQF - 100Ⅱ型装药器，0. 4 m3 电动铲运机( 装岩机) ; YK - 1 型遥控铲运机; 10. 00 - 2O - 14 层级半光面耐切割工程轮胎; CZ - 1 50 型高 压钻孔冲击器钻头 YKP4 硬质合金; SPY - 1 型数字 式频率制综合 远动装置; DQ150J 型高风压潜孔钻机，冲击器和钎头，凿岩稳杆器; CLH 系列乳化油炸药和 SB系列炸药.

3. 3 进口的主要采矿设备

凡口铅锌矿 18 万 t 改造期间进口的主要采矿设备有: HS - 1 05X 型上向接杆凿岩台车 2 台、H- 1 05H /V 型上向接杆凿岩台车 1 台、NT30 /NBB150 型井下装药台车 2 台、SIMBA261 型井下潜孔钻机 2 台、BROK3000 撬毛台车 1 台、H695 型锚索台车 1 台，这些设备在使用过程中逐步增加和更新.

4 结 语

20 世纪科学、高效、安全、环保地进行矿产资源开发的科学历程已经落下帷幕，人类进入第二个科学世纪. 科学不仅使世界面貌日新月异，也改变了人们的日常生活. 人类的文明进程中，采矿是最先兴起的工业. 最大限度地提高资源利用率，是当今矿产资源开发技术的发展方向，也是保障矿业乃至国民经济可持续发展和国家安全的重大战略选择.