分段中深孔采矿法切割槽及底部出矿结构设计优化
唐运坚，罗俊森，韦永锋
（广西中金岭南矿业有限责任公司，广西 来宾 545900）
广西中金岭南矿业有限责任公司盘龙铅锌矿为急倾斜厚矿体，厚度20～30m，倾角为78°～80°。一步骤矿房采场原采用浅孔溜矿法回采后尾砂胶结充填，二步骤拟采用分段中深孔嗣后充填采矿法回采。514间柱采场是第一个用分段中深孔嗣后充填采矿法回采的间柱试验采场（如图1）。一步骤矿房采场已回采并进行胶结充填，间柱宽度10m，拉底受矿巷和底部桃形体出矿结构的底板布置在同一水平面，切割天井位于桃形柱内。用分段中深孔法回采时，不仅要保护底部桃形体的出矿结构，还要考虑切割天井与上、下分段、两侧充填体之间的关系，确保切割天井施工和切割槽凿岩、装药、爆破安全。为利用中深孔爆破形成切割槽及底部桃形体出矿结构，采矿方法试验小组对中深孔切割槽的设计进行研究，对切割天井、切割槽及底部结构布置和炮孔设计进行优化。
图1 514间柱采场横剖面图
2.1 切割天井和切割槽的位置优化
切割天井作为切割槽爆破的自由面，是形成切割槽的关键。它的位置布置和质量影响后续的爆破回采。
原设计是将切割天井布置在切割槽的中心线上（如图2a），切割天井的四面都不在切割槽的边界上，还需设计三面扩井排炮孔。然而，切割横巷宽度仅3m，在切割天井边上施工炮孔，天井上、下方如不封堵，井壁及上分段的浮石易掉落伤人，无法使用YGZ90型钻机施工扩井排，且施工安全没有保障。
经现场调查分析，决定将切割天井布置于切割槽端部靠边的位置（如图2b），使天井两条边界和切割槽边界重合，将扩井排集中布置在一侧，设计成扇形孔［1］。如此，人员和设备在分段凿岩巷内即可施工炮孔，避免了在天井下施工的安全风险。
图2 优化前后的底部结构切割槽炮孔设计平面图
2.2 切割天井和底部结构的设计优化
盘龙铅锌矿原采用电耙在底部桃形体出矿结构的保护下出矿，底部桃形体出矿结构的完整性和稳固性决定采场出矿的安全性。514间柱采场设计用扇形中深孔爆破形成切割槽和底部桃形体出矿结构，在切割槽处，既要保护好底部桃形体出矿结构又要保证拉槽到边。然而，受YGZ90型钻机施工的摆机位置和装药站位的限制，原设计需在底部桃形体出矿结构上方布置扇形孔（如图3a），致使人员在天井边进行凿岩作业，存在较大安全隐患。
图3 优化前后的底部结构炮孔设计剖面图
经现场调查分析，决定以溜矿口上方留的底部桃形体出矿结构作为安全隔柱，利用溜矿口作为切割槽凿岩和装药作业空间，溜矿口和炮孔位置有错位的则对溜矿口进行局部扩刷和砌筑支护，采用平行孔和扇形孔相结合的方式进行布眼，炮孔排方位平行于爆破自由面（如图3b）。
炮孔装药深度按照底部桃形体出矿结构斜面的界限严格控制，确保底部桃形体出矿结构的完整性和稳定性［2］。切割槽炮孔逐排爆破，形成完整的切割槽和底部桃形体出矿结构（如图4）是确保整个采场爆破到边不欠采的关键一步，也能避免采用人工浅孔爆破施工底部桃形体出矿结构的安全风险。待采场完成大量出矿后，先用浅眼对电耙道进行扩刷以满足YGZ90型钻机施工中深孔断面的要求，再施工扇形中深孔回收底部桃形体出矿结构（如图5），约30m长的底部桃形体出矿结构分段爆破，最后用遥控铲运机出矿回收。
图4 扇形中深孔形成底部桃形柱出矿结构
图5 扇形中深孔回收底部桃形柱出矿结构
盘龙铅锌矿为急倾斜厚矿体，矿岩结构稳固，采场宽度为10～15m，中段高度为50～60m，向深部回采时采用大直径深孔侧向崩矿嗣后充填采矿法回采时［3］，去掉顶柱、上部硐室、下部硐室高度，需要施工36～46m的深孔。用KQG100潜孔钻机施工炮孔，偏斜率为1%左右，且偏斜率随孔深增加，爆破大块率也随之增加［4］。另外，采场跨度大，下部硐室未扩刷到的地方，从上部硐室往下施工，炮孔无法形成通孔，孔内积水无法排出，严重影响深孔装药，时常存在炸药放不到位的情况，容易导致爆破失效或大块产生。
借鉴514间柱采场中深孔形成底部桃形体出矿结构经验，采矿方法试验小组将扇形中深孔推广到大直径深孔爆破采场，用扇形中深孔在下部硐室超前爆破8～12m高度，形成铲运机有底柱出矿进路结构（如图6所示）或遥控铲运机无底柱出矿结构［5］（如图7所示）。该方法不仅可以确保底部桃形柱出矿结构成型及其稳定性，更能降低深孔爆破孔深，从而有效解决因深孔炮孔施工引起的高偏斜［6］带来的大块以及盲孔积水装药困难等问题［7］。
图6 铲运机有底柱进路出矿结构
图7 遥控铲运机出矿无底柱底部结构
3.1 铲运机有底柱出矿进路结构
采用普通铲运机出矿时，主要的采切工程有底部结构、铲运机硐室、运输巷和上部硐室。有底柱出矿进路结构施工利用拉底巷向上凿扇形中深孔，采用中深孔爆破法形成底部桃形体出矿结构和深孔爆破自由面，该施工方式避免采用浅孔掘进的方法形成下部硐室，效率高、成本低，不仅能解决孔深及水孔问题，还可以降低铲运机被高矿堆垮落埋压的风险。
3.2 遥控铲运机无底柱底部出矿结构
采用铲运机无底柱出矿结构时，主要的采准工程有底部受矿巷、受矿巷联道、上部硐室和上部硐室联道。无底柱底部出矿结构可采用中深孔爆破形成，该结构最大的优点是采准工程量少，采切比低，遥控铲运机出矿更安全、更高效。
4.1 经济效益
（1）减少了在切割天井边凿岩、爆破作业时需要安全平台封堵的措施。该采场有三个分段，共四层平台，减少措施投入约6万元。
（2）减少了二分段、三分段切割井边切割横巷扩帮和支护的投入，节约投入约4万元。
（3）采用扇形中深孔形成切割槽和底部桃形体出矿结构，避免采用人工浅孔爆破施工，节约投入约10万元。
4.2 安全效益
（1）避免了天井封堵时人员在天井内作业的安全风险，也避免了人员在切割天井边进行凿岩和装药的安全风险，确保了人员和设备的安全。
（2）确保了以切割天井作为自由面，以底部桃形体出矿结构斜面高度调整每排炮孔的装药深度，确保形成完整的切割槽和底部桃形体出矿结构斜面，避免了切割槽爆破不到边的问题,为后续一分段底部结构爆破创造了良好自由面。
（3）采用扇形中深孔形成底部桃形出矿结构，避免了采用人工浅孔爆破施工的安全风险，推广到阶段深孔爆破采场还可以降低孔深，减少深孔偏斜大带来的大块以及堵孔积水装药困难等问题。
间柱采场用分段中深孔嗣后充填采矿法回采，为利用中深孔爆破形成切割槽及底部桃形体出矿结构，通过优化切割天井位置，以溜矿口上方留的桃形体作为安全隔柱，利用溜矿口空间作为底部拉槽凿岩和装药的空间；
采用平行中深孔和扇形中深孔相结合的方式进行布眼，形成底部桃形体出矿结构，避免采用人工浅孔爆破施工安全风险，切割槽爆破到位，底部桃形体出矿结构成型良好且稳固安全。此次优化改进工作为盘龙铅锌矿改变留矿法落后工艺，推进采用深孔、中深孔安全高效采矿方法打下了坚实的基础。该技术已在全矿应用，推广到阶段深孔爆破采场还可以降低孔深，减少深孔偏斜大带来的大块以及堵孔积水装药困难等问题。