摘要：为解决抚顺某地下矿山深部开采接续问题，实现高效安全回采，基于该矿山地质条件与机械化装备应用现状，设计了-877m～-977m中段回采生产工序。该工序涵盖凿岩装药、采场通风、撬毛支护、二次破碎、出矿、充填及生产衔接七大核心环节，通过采用智能化台车装备、优化工艺参数、构建循环作业模式，实现了生产效率提升与安全风险降低。

　　关键词：生产工序；机械化回采；安全高效；充填采矿法

　　抚顺某地下矿山作为区域核心矿山，正处于新老系统接替关键阶段。目前，矿山主要生产中段为老系统的-767m中段、-827m中段及新系统的-877m中段，全矿生产能力550000t/a，其中新系统承担200000t/a产能。但-877m中段现有矿量仅约580000吨，仅能维持新系统3年开采，亟需推进-877m～-977m深部中段开拓。该深部区域矿体倾角74°~82°,属急倾斜矿体，矿岩稳固性达Ⅰ级（参考矿岩稳定性评价报告），水文地质条件简单（以基岩裂隙水为主，矿坑正常涌水量1200m3/d），但深部开采面临地压控制、效率提升与安全保障等多重挑战。基于矿山现有机械化装备基础（天井钻机、遥控铲运机等），结合水平分层上向充填采矿法特点，本文系统设计了中段回采生产工序，明确各环节工艺参数、设备选型与操作规范，旨在通过工序优化实现“安全、高效、低成本”开采目标，为矿山智能化转型提供支撑。

　　1生产工序总体设计

　　抚顺某地下矿山-877m～-977m中段采用“两采场交替回采—机械化作业—循环充填”的生产模式，生产工序按“凿岩装药→爆破通风→撬毛支护→二次破碎→出矿→充填养护”顺序开展，形成闭环作业流程。

　　该中段矿体走向长420m，平均厚度9m，设计将其划分为两个长210m、高100m的采场，预留8m顶柱、4m底柱，采场间留8m间柱，矿体中间辉绿岩夹石保留作为连续保护岩柱，确保单个采场顶板暴露面积小于1000m2。

　　2采切工程布置

　　2.1采场构成要素

　　-877m～-977m中段共布置两个采场，采场沿走向布置，长210m，高100m，预留8m顶柱，4m底柱。两个采场之间留8m间柱。矿体中间发育有一条辉绿岩夹石，在开采过程中予以保留，做为连续保护岩柱，辅以点柱或间柱以保证单个采场顶板暴露面积小于1000m2。

　　2.2采准切割

　　2.2.1采准工作

　　为躲避矿体下盘辉绿岩脉，在-977m中段中区矿体上盘岩石移动圈范围外掘一条坡度为15.84%（9°)的折返式斜坡道，连接-877m中段和-977m中段。斜坡道仅作为设备、人员和材料的运输通道，无矿石运输功能。因此，断面尺寸可取较小值。根据最高、最宽设备，斜坡道左右和顶部各设置0.6m安全距离，确定斜坡道断面尺寸为3.2m×2.8m，弯道处坡度为0°作为斜坡道进路的布置平台，弯道内侧加宽0.2m外侧加宽0.3m。长约1473m，在斜坡道东西两侧设置分段进路，分别通往矿房的东西两区。斜坡道的两个进路位于采场交界处，作为相邻的两采场的安全出口兼有入风功能。为了形成出渣通道，在采准斜坡道转弯平台处增设出渣溜井，为铲车出渣创造条件，斜坡道施工结束后，该溜井可作为采场的脉外出矿溜井继续发挥生产作用。

　　矿体中部发育有一条辉绿岩夹石，在开采过程中予以保留做为连续保护岩柱，辅以点柱或间柱以保证采场顶板暴露面积小于1000m2。矿体下盘辉绿岩脉由西自东逐渐向矿体靠近，距离西采场远，东采场近。

　　东西两个采场最外侧设一条人行回风井，布置于矿体下盘。采场间预留8m间柱，矿体下盘间柱附近布置一条采场联络道联通东西两个采场，作为西采场的应急安全出口，该出口随着每个分层的开采向上联通，回采过程中采取临时封闭措施以保证两个采场相对独立。西采场内设两个充填井，架设两条脱水井，脉外布置两条溜井。充填井与溜井及脱水井应错开布置，错开距离不小于5m。天井掘进采用天井掘进钻机，斜坡道、穿脉、切割等采用凿岩台车。斜坡道掘进时采用2m3遥控铲运机出渣。采场首先施工采准工程，对溜井、斜坡道、人行通风天井、充填井进行施工。

　　2.2.2切割工作

　　在采准工程施工完毕后，进行切割工程施工。采区由东至西拉开，先在东西两个矿房底部施工3m切割层，切割工程采用机械化凿岩。在切割层拉切时，应使底板平整，遇有较大夹石，需尽量作为保安岩柱保留。

　　3关键生产工序详细设计

　　3.1凿岩装药

　　3.1.1作业流程

　　采场底部完成3m高切割层施工后，采用后退式凿岩方式，由采场两侧向中间斜坡道进路推进，此设计可避免人员、设备长时间暴露于高空顶板下，降低冒顶风险。切割层施工需保证底板平整，遇较大夹石时优先保留作为岩柱，减少矿石贫化。施工前需对切割层岩性进行现场取样检测，根据岩样抗压强度调整后续钻孔与装药参数，确保工序适配性。

　　3.1.2设备选型与参数

　　选用CYTC76(D)DL-mini迷你型采矿凿岩台车，具备遥控操作功能，机身尺寸（1350mm×2168mm×4366mm）适配3.2m×2.8m断面斜坡道作业，钻孔参数设计为，孔径51mm（定制适配矿岩特性），布孔网度1.2m×1.4m，上向浅孔深度3.5m，单孔装药量根据孔深与矿岩爆破特性精准计算，配套采用电子雷管实现毫秒延时爆破，减少爆

破震动对围岩的扰动。

　　3.1.3装药工艺

　　采用人工装药方式，炸药选用符合《冶金矿山安全规程》的工业炸药，单耗控制为0.27kg/t矿石，较原设计（0.285kg/t矿石）降低5.2%，既保证爆破效果，又减少炸药消耗。装药前需清理孔内岩粉，采用高压风枪（风压0.6MPa）吹扫孔道，确保炸药与孔壁贴合，避免出现“空孔”影响爆破效率；装药后采用炮泥封堵孔口，封堵长度不小于0.5m，增强爆破能量利用率。

　　3.1.4分层与分段设计

　　分层高度设定为3m，每4个分层组成一个12m高分段，此参数基于铲运机作业高度（最大卸载高度1755mm）与充填体养护周期优化，待矿山熟练掌握遥控铲装技术后，可结合矿岩稳定性监测数据适当提高分层高度至4m~5m。分段交界处预留0.3m厚过渡层，采用弱胶结充填料填充，减少分段回采时的应力集中。

　　3.2采场通风

　　3.2.1通风系统布置采用“压入式通风+专用回风井”复合模式。新鲜风流由2#盲罐笼井进入-977m中段，经斜坡道进路（断面3.2m×2.8m）送入采场；污风通过采场东西两侧人行回风井（断面2.5m×1.5m）排至-877m中段，最终汇入主回风井排出地表。回风井内同步布置梯子间，兼具应急安全出口功能，梯子间踏步采用防滑花纹钢板，间距30cm，保障紧急情况下人员撤离安全。

　　3.2.2风量计算与设备配置

　　根据《冶金矿山安全规程》要求，结合三大核心因素核算风量。①回采作业面需求。2个回采面（含1个备用面）需风量11m3/s（局部漏风系数1.1）。②柴油设备功率。2台WJ-2A(XUL305)铲运机（总功率238kW）需风量19.36m3/s（按4m3/(min·kW)计算，含1.1×1.1漏风系数）。③井下人员。8名作业人员需风量0.5m3/s（按4m3/(min·人)计算）。

　　取最大值19.36m3/s配置通风设备。主通风系统现有通过风量15m3/s，需增设1台K40-4-NO.10矿用节能通风机（全压168Pa~776Pa，风量8.5m3/s~18.6m3/s，电机功率15kW），于采场入风处采用压入式通风，铲运机作业时同步开启，确保爆破后15min内污风置换完成。通风机配备智能变频控制系统，可根据采场作业人数、设备运行数量动态调节风量，降低能耗。

　　3.2.3通风构筑物设置

　　在-977m中段巷道回风侧设置2道调节风门（间距5m），通过电动控制调节风量，确保新鲜风流按需进入采场；斜坡道与采场联络道独头掘进期间，采用φ800mm阻燃风筒导向通风，污风经斜坡道返回-977m下盘运输巷道，避免串风污染作业面。风筒接口采用快速卡箍连接，密封性能良好，漏风率控制在5%以内，同时定期对风筒进行检查维护，及时更换破损段。

　　3.3撬毛支护

　　3.3.1撬毛作业

　　爆破通风后10min内，启动XMPYT-53/450型撬毛台车对采场顶板及两帮进行全面撬毛。该台车最大工作面高度6.1m，冲击能量≥450J，钎杆直径45mm，可有效清除爆破后残留的浮石与松动岩块。

　　3.3.2分级支护方案

　　基于该矿山深部矿岩稳定性分级(Ⅰ级）与采场暴露面积控制要求，采用“差异化分级支护”策略。

　　基础支护区域。顶板跨度＜14.2m、控顶距＜19m且岩性稳定区域，采用φ33mm管缝锚杆支护，网度1m×1m，通过CYTM41/2型锚杆台车作业，锚杆锚固力≥100kN，确保围岩表层稳定；支护后采用锚杆拉力计现场抽检，抽检比例不低于10%，不合格锚杆及时补打。

　　强化支护区域。岩性不稳固（如节理发育段）或顶板跨度＞14.2m、控顶距＞19m区域，预留φ5m矿柱（间距15m），同步采用“管缝锚杆+锚索+钢筋网”联合支护：锚索间距与排距均为2m，顶板锚索长度8m，两帮锚索长度6m，采用两根φ15.20mm型钢绞线（GB/T5224-2014），M20水泥砂浆全长黏结，锚头选用MJ-1型锚具；钢筋网采用φ6mm钢筋焊接（网格100mm×100mm），与锚杆纵横焊接形成整体骨架，紧贴岩壁布置，防止局部围岩脱落；锚索施工后采用超声波检测仪检测注浆饱满度，确保支护质量。

　　特殊支护区域。矿体与辉绿岩脉接触带，增设φ20mm注浆锚杆（长度5m），通过注浆加固接触带裂隙，提高围岩完整性。注浆材料选用水泥—水玻璃双液浆，水灰比1:1，注浆压力控制在1.5MPa～2MPa，注浆结束后养护72h方可进行后续作业。

　　3.4二次破碎

　　因凿岩台车钻孔直径（51mm）大于传统手持凿岩机（38mm），矿石大块率上升至8%～10%。结合《金属非金属矿山禁止使用的设备及工艺目录》要求，摒弃传统爆破破碎方式，选用矿用液压破碎台车（适配f=12~14矿岩）进行二次破碎。破碎台车作业时采用遥控操作，配备红外测温仪实时监测破碎头温度，避免长时间作业过热损坏；破碎后矿石块度控制在600mm×600mm以内，通过皮带输送机旁的块度检测装置进行在线监测，超标块度及时返回破碎，确保铲运机高效装载。

　　3.5出矿作业

　　3.5.1设备选型与作业流程

　　采用2台WJ-2A(XUL305)地下遥控铲运机，发动机功率119kW，最大牵引力140kN，遥控/手动双模式），爆破后的矿石经铲运机转运至脉外出矿溜井（直径2.5m，深度100m）。操作人员在斜坡道进路内或空顶≤3m的安全区域遥控作业，作业半径控制在50m以内，避免暴露于高空顶板下。

　　3.5.2出矿能力保障

　　采准斜坡道转弯平台处增设2个φ1.8m出渣溜井，形成“采场—溜井—运输巷道”高效出矿通道，斜坡道施工完成后该溜井转为永久出矿溜井。溜井内壁采用耐磨混凝土衬里，厚度150mm，减少矿石下落时的磨损；底部安装振动放矿机，控制放矿速度与均匀性，避免堵井。两台铲运机采用“交替作业+错峰转运”模式，单个采场日出矿能力可达350t，两采场合计日出矿能力700t；受充填养护影响，日均有效出矿能力590t，满足200000t/a的产能需求。

　　3.6充填作业

　　3.6.1充填材料与配比充填材料选用矿山尾砂为主，辅以掘进废石、尾砂及水泥，符合“绿色矿山”固废资源化要求。采用分级充填工艺。

　　分层底部2.4m。采用低灰砂比（1:20～1:30）充填料，充填体强度0.8MPa～1.2MPa，主要起支撑围岩作用。

　　上部0.6m。采用胶结浇面（灰砂比1:6.5），充填体强度达2MPa，作为下一分层作业底板，满足铲运机行走要求（接触应力≤1.5MPa）。

　　3.6.2充填流程与参数

　　充填线路：地表充填站→-977m中段充填巷道→采场充填井（直径1.2m）→采场，通过3个下料口多点排放，采用激光测距仪监测充填面高度，确保充填面平整度误差≤100mm。充填速度90m3/h，每日充填14h，单分层充填方量3528m3，充填时间2.8d；充填后养护5d（养护期间环境温度≥5℃),待充填体强度达标后再进行下一分层回采，采充循环时间47.8d。

　　3.6.3脱水与泄压措施

　　出矿后立即在采场角落架设净断面1.2m×1.2m的木框架式脱水井，框间预留50mm~60mm空隙，外包编织布（200目）与铁丝网(φ4mm，网格50mm×50mm），滤出水经采场水沟汇入-1177m中段永久水仓（容积5000m3）。水仓配备自动清淤装置，定期清理沉积尾矿，保证排水畅通。针对中段充填管路垂直深度大（100m）的特点，在-877m中段与-927m中段分别设置水平泄压阀与螺旋管道泄压段，避免管道压力超过2.5MPa或浆体凝固堵管（泄压阀动作压力设定为2MPa）；管路每隔50m安装压力传感器，实时传输压力数据至充填站控制系统，异常时自动启动泄压程序。

　　3.7生产衔接优化

　　采用“两班制循环作业”模式（每班12h），优化生产衔接效率，减少设备闲置时间。

　　第一班（8点至20点）。完成2个作业面打眼（3h/面）、装药（1h/面）、爆破（0.5h）及通风（0.5h），同步安排撬毛台车与铲运机日常检修（2h）。

　　第二班（20点至8点）。完成作业面通风与撬毛检查（1h/面）、出矿（5.6h/面），同步安排凿岩、装药设备检修（2h）或斜坡道掘进打眼（2h）。

　　年生产时间按330d计算（扣除设备大修与节假日），每年可完成6.9个采充循环，年生产能力195000吨，满足新系统深部接续需求。

　　4工序应用效果

　　该生产工序在抚顺某地下矿山-877m～-977m中段应用后，通过1年工业试验，取得显著技术经济成效。

　　生产效率提升。中段日平均生产能力达590t/d，较原设计-927m、-977m两个中段联合开采的432t/d提高36.6%；随着操作人员对遥控设备的熟练掌握，后期日产能可提升至650t/d。

　　安全水平改善。通过遥控凿岩、撬毛、铲运设备应用，井下劳动定员从120人降至32人，减少65%高空作业与顶板暴露风险，试验期间未发生顶板事故或设备安全事故。

　　成本显著降低。可比回采直接成本从96.76元/t降至34元/t，其中人工成本降低72%（人员减少）、材料成本降低18%（炸药单耗下降），年节约直接成本778.33万元。

　　资源回收率提高。通过优化矿柱设计与充填体支撑，矿石损失率从5%降至3%，增加回采矿量21192t，按该矿山矿石平均价值1086元/t计算，新增经济价值2301.5万元。

　　机械化水平提升。凿岩效率提升3倍（从60m/台班增至180m/台班）、出矿效率提升2.46倍（从240t/d增至590t/d），推动矿山“少人化、智能化”转型。

　　5结论

　　抚顺某地下矿山深部中段回采生产工序通过“机械化装备集成+工艺参数优化+循环作业设计”，有效解决了深部开采效率低、安全风险高、成本高的难题，核心创新点如下。①构建“遥控装备+人员隔离”安全作业体系，适配深部高应力环境下的安全开采需求；②基于矿岩稳定性分级设计差异化支护方案，兼顾支护效果与成本控制；③通过“一采一充”交替作业与两班制衔接，实现采充平衡与设备高效利用；④优化充填工艺与管路泄压设计，解决中段充填体沉降与管道安全问题。