1 概述

我国钨矿资源丰富, 钨的地质储量、钨精矿产量及出口量均居世界首位。目前开采仍以急倾斜薄矿脉型黑钨矿床为主, 在生产的统配钨矿24个, 年矿石生产能力约×××万t。这些矿山多系具有60、70年开采历史的老矿, 多数采深己达500~600m。开拓系统, 上部用平窿、溜井开拓, 主平窿以下用竖井或斜井开拓。采矿方法, 除脉群合采用深孔阶段矿房法或中深孔分段空场法外, 主要用浅孔留矿法开采, 其所占比例为80%。因此法适合钨矿薄矿脉赋存特点, 且开采工艺简单, 管理方便, 物料消耗少, 采矿成本低, 在钨矿山广泛使用，经久不衰。然而此法存在机械化程度低、劳动强度大、矿石积压、贫化率大等缺点。众所周知，这种石英脉型薄矿脉脉幅很小, 沿走向、倾向变化大, 回采工作面窄小、弯曲, 使采掘设备的使用受到严格限制。随着开采不断延深, 采空区不断增加, 在地压活动区下部及地应力集中带, 以及矿脉围岩受构造破坏、稳定性差的区段, 勉强使用普通留矿法, 往往造成采不上或放不出, 使矿石损失及二次贫化增大, 经济效果急剧下降。加之越往深部开采, 地质品位下降, 生产费用上升, 而钨精矿市场不稳定, 矿山负担日益加重, 使钨矿逐渐陷入困境。因此，开展钨矿薄矿脉采矿工艺及设备研究, 是依靠科技进步, 振兴钨业的一个重要方面。

自1980年国家科委在西华山钨矿召开首次全国钨业科技会议以来, 由于上级的重视, 在科研院所、矿山的共同努力下, 通过十年的锲而不舍的努力, 钨矿山地压控制、开采工艺及设备、通风防尘方面取得了一批较高水平的研究成果, 初步形成了具有中国特色的钨矿开采技术模式。本文就钨矿开采工艺及设备研究方面取得的成就及今后发展途径进行论述。

2 主要成就 2.1 爬罐法掘沿脉天井

钨矿薄矿脉开采, 采准天井(沿脉天井)掘进量大, 传统的支柱法掘进, 劳动强度大, 坑木消耗多, 掘进速度慢, 已不能适应。不少矿山由于天井掘进跟不上, 只好用顺路天井开采，致使采场作业条件恶化, 探矿不清造成资源损失, 天井掘进技术落后是钨矿山长期未解决的重大问题。60年代，大吉山钨矿首先试验成功的吊罐法掘天井, 只能用于溜矿并、通风井掘进, 对倾斜、沿脉天井不适用。参照瑞典经验, 通过论证, 确认以采用爬罐法为宜。委托重庆矿山机械厂试制2台PG-1型天井爬罐, 1984年在大吉山钨矿首次试验成功, 其主要技术经济指标与支柱法比较见表 1。

试验证明, 采用爬罐法掘沿脉天井有以下优点:(a)天井可以45°~90°倾角掘进, 在倾斜方向可以随矿脉变化拐弯，使天井始终沿脉掘进; (b)爬罐沿导轨升降, 并有制动闸、离心限速器、安全器三套安全装置, 工作安全可靠; (c)掘进速度快; (d)节约坑木。在坑木来源日益困难，坑木价格不断上涨情况下, 爬罐法成本比支柱法要低。爬罐法掘天井试验成功是薄矿脉开采中的重大技术突破。

2.2 薄矿脉机械化留矿法(爬罐留矿法)

为了提高薄矿脉留矿法的回采速度及机械化作业率, 在留矿法的工艺与设备改进研究方面采用了四项配套技术措施, 并称为"薄矿脉机械化留矿法"。

2.2.1

爬罐法掘沿脉天井并用于采场提升。

2.2.2

装配式金属小井(φ0.7m), 做采场通风、安全出口。

2.2.3

装配式轻型振动放矿机出矿。

2.2.4

长梯段、浅孔大循环回采, 高精度毫秒雷管及导爆管起爆技术。提高每循环的采矿量，相应减少平场等辅助作业量。

经在大吉山钨矿试验, 获得的主要技术经济指标见表 2。

从2表看出, 机械作业率、采矿强度有明显提高, 坑木消耗大幅度减少。但由于采用金属小井及振动放矿, 成本有所上升, 这可由减少矿石积压时间得到补偿。

2.3 水力出矿分段留矿法

钨矿中有少量倾角在40°~60°的倾斜矿脉，用普通留矿法开采, 放矿困难, 滞留在底板的高品位粉矿, 损失尤为严重。针对这一问题, 在盘古山钨矿首先试验成功了水力出矿分段留矿法。其特点是:分段开采、分段放矿、水力冲运。水力出矿系统由2个25m³集水池, 一台90m扬程水泵及管路、水枪组成。试验采场在91号脉, 倾角42°~50°, 脉宽0.19m, 品位WO₃2.84%, 顶底板为砂岩, 抗压强度104.8MPa, 中等稳固, 采场长68m, 斜高90m, 划为3个分段回采。共采出矿石12600t, 其中回收滞底粉矿1800t, 品位比平均出矿品位高l倍以上。矿块回采率86.9%，二比使用普通留矿法高16.9%, 冲运矿石耗水量为0.44m³/t矿石。该方法工艺简单可行, 经济效果明显, 是开采围岩较稳固的倾斜薄矿脉的较好的采矿方法。

2.4 高压注浆、长锚索, 加固围岩浅孔留矿法

对受地质构造破坏, 围岩松软破坏的矿脉, 过去勉强使用普通留矿法开采, 往往采不上或放不下, 使资源遭受损失。画眉坳钨矿主破碎带10~15m范围内的矿块是其典整实例, 过去此类矿块回采率仅有34.7~55.2%, 通过现场调查, 应力分析论证, 确定加固重点为上盘围岩的中、上部位, 采用高压注浆、长锚索技术加固, 然后用浅孔留矿法开采。注浆材料为500^#水泥, 长锚索用φ28mm旧钢丝绳。注浆参数:注浆压力4MPa, 注浆孔径75mm, 扩散半径为3m。试验采场长45m, 垂高49m, 倾角82°~85°。注浆孔6个, 检查孔1个，共170m注浆8.77m³, 水泥消耗4.15t, 长锚索127.5m，每米耗水泥32kg。注桨加固改善了围岩的物理力学性能, 增强了其稳定性, 经检验，加固后岩心采取率提高45%, RQD值提高21.7%。主要技术经济指标:采场采矿量5471t, 回采率90.2%, 提高45%。每吨矿石加固成本为3.1元, 总加固费为1.68万元, 而提高回采率多回收钨金属产值为34.2万元, 可见其经济效果是明显的。此法试验成功, 为钨矿山难采矿块开采开辟了新途径。

2.5 削壁充填采矿法

削壁充填采矿法(又称分采充填法)，50年代在岿美山、湘东等钨矿曾进行过试验, 由于劳动强度大、效率低、金属损失高而停止。近年来, 随着钨矿开采延深, 地压活动加剧, 用充填处理采空区逐渐增加。加之对围岩稳固性差或倾角较缓或脉幅极小矿块, 用普通留矿法回采率低、变化大、出矿品位低、经济效果差。因此, 削壁充填法又重新引起人们注意。画眉坳、石人嶂钨矿均进行了削壁充填法试验, 取得了新的进展。

画眉坳钨矿选择削壁充填法的条件是:脉幅在0.4m以下, 品位较高, 产状规则, 矿脉围岩接触较明显; 相邻矿脉其夹墙厚度在4m以内; 受地质构造影响，围岩中等稳固; 矿脉倾角在45°以上, 65°以下; 采空区需及时充填的矿块。试验采场长67m，高50m, 中央先进天井, 两端顺路天井，采场中均布5个溜矿井，即用3mm钢板预制的φ 600mm，高500mm的溜矿筒。顺路天井利用崩落废石干砌块石隔墙, 垫层用旧皮带, 回采工作面人工出矿，每个台班配备21名工人、其中装运矿石平场工10人, 每天一个循环。主要技术经济指标见表 3。

此法能提高回采率, 减少贫化, 提高出矿品位是显而易见的, 但是由于工艺较复杂, 劳动强度大, 效率低, 特别是采场矿石装运问题至今尚未解决, 使其应用范围受到了很大限制，有待进一步研究解决。

3 发展途径 3.1 因地制宜, 推广一批适合钨矿薄矿脉开采特点的工艺及设备，并在推广中不断完善 3.1.1

爬罐法掘沿脉天井，钻进法掘脉外天井, 逐步淘汰支柱法掘天井。

3.1.2

平巷掘进全液压凿岩台车, 提高平巷掘进效率及速度。

3.1.3

机械化留矿法。包括机械提升、振动放矿、金属小井、长梯段浅孔大循环回采。也可根据条件、选择其中单项推广应用。

3.1.4

水力出矿分段留矿法, 用于倾斜薄矿脉开采。

3.1.5

高压注浆、长锚索加固技术。加固范围:松软破碎的上、下盘围岩、薄夹墙等, 以改善留矿法开采条件，防止在回采过程中围岩或夹墙过早地破坏。

3.2 继续开展薄矿脉新采矿方法研究 3.2.1 窄采幅空场法研究

对于产状比较规则、脉幅较宽、围岩中等稳固以上的矿脉, 试验"窄采幅空场法", 以取代留矿法。苏联维尔赫尼多金属矿使用天井中深孔采矿法, 用КЛВА1型爬罐掘天井, 直径58mm水平中深孔落矿。日本钟打钨矿"脉幅回采法", 为改良的分段空场法，从分段坑道向上、向下打单排中深孔爆破, 采幅可控制在0.7m以内。参考国外经验.结合钨矿薄矿脉特点, 进行窄采幅空场法研究，以克服留矿法本身所固有的缺点。

3.2.2 削壁充填采矿法研究

对极薄矿脉来说, 削壁充填法无疑是减少贫化, 提高出矿品位的有效方法。从50年代开始, 试验工作一直在断续进行，近年来有了较大进展。研究的关键是在已有成果的基础上，解决回采工作面的矿石运搬, 减少金属损失、溜矿井架设工艺及工作面的支护等问题, 以减轻劳动强度, 提高采矿效率。

3.2.3 尾砂充填试验

为了控制地压, 防止大规模地压灾害, 钨矿山十分重视留矿法开采后的采空区处理。对矿脉密集区或地压活动区下部, 多采用块石充填处理采空区。此法工艺简单、成本低, 但充填速度慢、效率低、周期长。为适应钨矿下部开采需要，进行尾砂充填试验是必要的。钨矿采用尾砂充填的有利条件是:

a.钨矿为重选厂，尾砂颗粒较粗, 含泥少，+0.074mm(+200目)占80%, 脱水快, 是理想的充填料。

b.随着选矿技术进步, 尾砂中有用金属含量甚微, WO₃含量只有0.04%左右, 可以用于井下充填。

c.尾砂水力充填, 速度快, 质量好, 有利于下部开采地压控制。

d.尾砂做井下充填，可减少地面尾砂库堆存量, 延长其服务年限, 一举两得。

可见，钨矿尾砂用于井下充填, 技术上是可行的, 经济上是合算的, 主要取决于尾砂管道输送费用。以往在上部开采, 尾砂输送总扬程高, 动力消耗大, 随着开采中段下移, 扬程降低, 动力费用相应降低, 实现的可能性逐渐增大。

3.3 设备配套研究

为满足钨矿薄矿脉采矿工艺试验需要, 必须相应地进行设备配套, 使工艺试验能取得预期效果。

3.3.1

微型铲运机研制。参照法国铲运机公司的CT500HE微型铲运机(铲斗容积0.38m³, 机身宽0.8m, 转弯半径1.4m), 在此基础上再微型化, 以用于削壁充填或分层充填法工作面的矿石、废石装运及副中段、分段坑道掘进出矿。

3.3.2

研制小型、全液压凿岩台车, 用于分段坑道中打上向、下向或水平中深孔。

3.3.3

组织天井爬罐的定点、批量生产, 提高质量, 降低造价, 以利推广。用爬罐掘天井及做采场提升, 是高悬空作业, 设备质量及安全可靠至关重要, 只有通过严格的质量检测, 验收合格才允许生产。