草袋如何大幅提高缓倾斜薄矿体回采效率?!
某缓倾斜类难采薄矿体金矿，25 m标高以上矿体采用全面嗣后充填法开采，但矿石损失率和贫化率较高，采场生产效率较低，下部25～-200 m标高及-200m以下矿体需要重新选择采矿方法开采。为此吴爱祥教授等结合矿体赋存状况及原采矿方法存在的问题，基于矿体和围岩均稳固的矿岩性质，结合机械化开采生产效率高，作业安全的特点提出采用机械化上向水平高分层充填采矿法。试验采用采场长度100 m、阶段高度50 m、分层高度5 m的菜场结构参数；为增大采场生产能力，降低矿石的损失率和贫化率，减少矿石开采成本，采用两步凿岩、分次出矿、一次分区充填的不留矿柱连续回采工艺，选用复合早强胶结材料和尾砂充填物料。试验研究表明：采用机械化上向水平高分层充填采矿法回采效率明显增加，采场生产能力提高40%左右，矿石损失率和贫化率分别下降6%、5%，采矿直接成本与原采矿方法相当，经济效益和生态效益显著提高。
这是世界性难题
1 采矿方法
（1） 采场结构参数
采场沿矿体走向布置，结合采场矿岩稳定性和采场稳定性数值模拟分析结果，确定采场长度100 m，开采宽度为矿体水平厚度，阶段高度50 m，分段高度15 m，分层高度5 m。采场间开采顺序由上到下，采场内回采顺序为由中央向两端的前进式回采。采场内留设3 m底柱，不留设顶柱和间柱。
（2） 采准切割工程
脉外采准巷道主要有分段运输巷道、溜井、分层联络道、斜坡道，脉内采准巷道有回风平巷、人行通风井（充填天井）、穿脉巷道。由采场阶段运输巷道掘进穿脉巷道到达矿体，穿脉巷道断面为2.6 m×2.9 m。沿着矿体走向掘进滤水平巷兼做下部采场通风平巷，断面为2.0 m×2.0 m；以穿脉巷道为自由面在矿体上盘掘进通风天井，与上阶段通风平巷相连接形成贯穿风流，断面为1.5 m×2.0 m。斜坡道经各分段巷道和分层联络道与回采工作面联通，上、中、下三个分层回采矿石经同一分段巷道运输，分段巷道兼做人员、材料和设备运送通道，断面为2.8 m×3.0 m。由分段运输巷道掘进下分层联络道，以上分层联络道以挑顶、垫底方式进行，分层联络道坡度≤12°。沿着矿体走向在矿体下盘脉外每隔100 m布置溜井，溜井与采场下部穿脉巷道相连，断面规格为Φ2.0 m。
切割工作主要为在底柱上部掘进拉底巷道，并以拉底巷道为自由面向矿房边界扩大，形成拉底空间后再向上挑顶2.0 m，崩落的矿石经铲运机运送至溜井放出。形成4.0 m的拉底空间后，浇筑1.0 m厚的钢筋混凝土假底。
（3） 回采工艺及顺序
分段间自下而上回采，采用5.0 m的高分层，两部凿岩出矿，一次充填。以天井和拉底空间为爆破自由面，向采场端部崩矿。在采场内部划分为2个分区，分区内均布设通风天井，分区一长30 m，分区二长70 m，分区一和分区二交替凿岩。充填分区一时采用胶结充填，分区二采用水砂充填，不同充填区采用充填隔墙分开，采矿方案见图1。
（1）落矿工作。采用Boomer 281凿岩台车凿岩，浅孔落矿，孔径为42 mm。炮孔采用“大孔距小排距”方形布孔方式，排距1.0 m，孔距1.2 m，采用BQF-100装药器进行连续耦合装药，炸药为2号矿山岩石炸药。每分层两步凿岩爆破，每次崩落矿石高度为2.5 m，孔深4 m，崩落炮孔排数为10 ~ 12排，按照矿体厚度一次崩矿。在靠近矿体上下盘处，设计采用光面爆破，用微差电雷管爆破，以控制矿岩界限，降低矿石的贫化。
（2）排险工作。凿岩爆破后，新鲜风流清洗工作面30~40 min方可进入采场。新鲜风流经斜坡道经分段巷道、分层联络道送至工作面，清洗工作面后，通过充填回风天井，最终汇入上阶段回风平巷。待炮烟排净后，工人方可进入采场，检查顶板并清除浮石，并对顶板局部不稳定的局部区域进行锚杆支护。
（3）采场运搬。一步凿岩后，采用WJD-1.5电动铲运机将矿石运搬至矿石溜井后，再由YCC2-6侧卸式矿车配合ZK7-6/250型架线式电机车将矿石运送至主井，最终经罐笼提升至地表；二步凿岩崩落剩余分层高度矿石，采场内两条分层联络道可同时出矿，采场内废石不出井，直接充填进入采场作为充填骨料。
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（4） 采场分区充填工艺
为保证上一分层工人安全，每一分层出矿完毕后，立即进行充填。对采场两个分区采取不同的充填方式，以降低充填成本。一分区采用胶结充填形成强度较高的人工矿柱，充填材料为水泥、尾砂和早强剂组成的复合早强胶结材料，1 d强度达到1.0 MPa，3 d后强度可达1.5 MPa以上；二分区采用水砂充填，充填体表面浇筑一层0.3 m左右的复合早强胶结充填材料，以利于无轨设备的运行，提高回采效率，降低矿石损失贫化。采用砌筑砖挡墙将待充填区域封闭，用尾砂草袋隔墙将分区隔开，并在在二分区布设两条顺路滤水井。充填后，矿体与充填体之间保留3m左右的爆破空间。采场上部矿体和上阶段预留底柱同时回采，采用胶结充填进行采场充填接顶。
2 采矿方法技术经济指标对比
采用机械化上向水平高分层分区充填采矿法，矿石贫损指标、充填成本均较低，将其与矿山原本采用的全面采矿嗣后充填法进行技术经济指标对比，结果如表1所示。
由表1可知，上向水平分层充填和全面采矿嗣后充填相比，矿石损失率和贫化率分别下降6%、5%，采场生产能力明显增加，分区充填使充填成本降低。为提高回采效率采用无轨设备作业，增加了矿山开采初期投资和采切工程量，“大孔距小排距”布孔方式和控制爆破技术造成炸药单耗有所增大，但两种采矿方法的采矿直接成本相当。
3 结 论
（1）针对矿床的赋存条件和矿岩性质优化采场结构参数，适当增大采场长度至100 m，采用高度为5 m的高分层充填采矿法，无轨设备双巷道出矿，采场生产能力提高40%左右，实现了贵重金属缓倾斜薄矿体高效开采利用。
（2）多自由面、两步凿岩爆破、分次出矿，可以提高凿岩效率和铲运机出矿效率，降低矿石大块率，高分层一步充填减少了采场充填次数，显著提高充填效率。
（3）采场内不留设间柱和顶柱，构筑人工假底为下阶段底柱回采创造安全条件，在新采矿方法下，矿石损失率和贫化率分别为8%、5%，可以最大程度回收矿产资源，增加矿山经济效益。
（4）采用分区充填优化采场充填工艺，早强胶结充填体形成人工矿柱和无轨设备运行充填体表面，在确保采矿作业安全的同时实现采场的快速回采，同时降低了充填成本。
