引言
在矿产资源开采领域，极薄矿脉的开采一直是个难题。极薄矿脉，一般指厚度小于 1 米的矿脉 ，这类矿脉在我国贵金属和有色金属矿山中占有一定比例。随着矿产资源的不断开发，易采的厚大矿体逐渐减少，极薄矿脉的开采愈发重要。削壁充填法作为开采极薄矿脉的一种干式充填法，在采矿领域发挥着举足轻重的作用。其独特的回采方式，即分别崩落围岩和矿石，采下矿石经溜井放出，崩落的废石则存留在采空区进行充填，支撑围岩并作为回采工作平台，使得它成为极薄矿脉开采的关键技术之一，为有效开发这类矿产资源提供了重要手段，也因此备受采矿工程师们的关注。
一、基本特征及适用条件
削壁充填法作为一种独特的采矿工艺，是专门用于开采极薄矿脉的干式充填法 。在回采过程中，它有着区别于其他采矿法的显著特征。在作业时，会分别崩落围岩和矿石，采下的矿石会经溜井放出，而崩落的废石则存留在采空区进行充填，这一过程有着多重意义。一方面，废石充填能够有效支撑围岩，防止围岩因采空而发生垮塌，保障采矿作业的安全进行；另一方面，充填后的废石堆还作为回采工作平台，为后续的采矿作业提供了稳定的操作空间 。
在自下而上分层回采时，先采矿石还是先采围岩需要根据具体条件灵活决定。当矿石易于采掘，且有用矿石不易在开采过程中因震动等原因脱落，就可以先采矿石；反之，若围岩比矿石更稳固，或者矿石在开采时容易因震动等因素而受到破坏，则先采围岩。一般来说，开采急倾斜矿脉时，若围岩稳固条件较好，通常先崩落矿石；而当围岩稳固条件差时，为了保障开采安全和顺利进行，应先崩落围岩。在开采缓倾矿脉时，通常先崩落围岩，若矿石稳固性差，则应崩落顶板围岩 。
这种采矿方法适用于特定的矿体条件。它要求矿脉产状稳定，这样才能保证在开采过程中，采矿工艺能够按照既定的方案顺利实施，不会因为矿脉的不稳定而频繁调整开采方式，影响开采效率和安全性。同时，矿脉与围岩接触明显且易于分离，这使得在分别崩落围岩和矿石时能够较为准确地操作，减少矿石与围岩的混杂，提高矿石的纯度 。围岩不含矿或矿化少也是削壁充填法适用的重要条件之一，否则，在崩落围岩进行充填时，可能会导致大量低品位矿石混入，降低整体矿石的质量和价值。此外，该方法主要适用于矿脉厚度在 0.2 - 0.7m 的极薄矿脉，对于这类矿脉，削壁充填法能够在保障开采安全的前提下，最大限度地回收矿产资源 。
二、采场结构参数
采场结构参数的合理确定对于削壁充填法的高效、安全开采至关重要，这些参数直接影响着采矿作业的各个环节，包括开采效率、矿石回收率以及作业安全性等。
•矿房布置方向：一般沿矿体走向布置 。这种布置方式能够充分利用矿体的走向特点，便于采矿设备和人员在采场内的作业。沿走向布置矿房，可使采准工程如运输平巷、通风天井等的布置更加合理，有利于矿石的运输和通风系统的构建，减少运输成本和通风阻力 。在实际开采中，若矿体走向较为规则且稳定，沿走向布置矿房能够更好地控制开采进度和质量，提高采矿效率 。
•阶段高度：通常在 30 - 50m 之间，具体数值会随围岩稳固程度和矿体形态而变化 。围岩稳固性是确定阶段高度的关键因素之一。若围岩稳固性好，能够承受较大的采空区暴露面积和压力，阶段高度可以适当增大，这样可以减少采准工程的数量，降低开采成本 。相反，若围岩稳固性差，为了防止围岩垮塌，保障开采安全，阶段高度则应减小 。矿体形态也会对阶段高度产生影响，若矿体形态复杂，变化较大，为了更好地适应矿体变化，准确开采矿石，阶段高度也需要相应调整 。
•矿房长度：一般为 40 - 60m ，其长度主要取决于工作面的顶板和上盘围岩所允许的暴露面积 。当顶板和上盘围岩稳固性好，允许有较大的暴露面积时，矿房长度可适当增加，如围岩稳固可高达 80 - 120m 。增加矿房长度可以减少矿房之间的矿柱数量，提高矿石回收率 。但如果顶板和上盘围岩稳固性差，过长的矿房长度会导致顶板和围岩的暴露面积过大，增加垮塌风险，此时就需要缩短矿房长度 。
•矿柱尺寸：一般不留间柱，顶、底柱厚 2 - 3m 。不留间柱可以提高矿石的开采量，减少矿石损失 。顶、底柱的存在主要是为了支撑顶板和底板，保障采场在回采过程中的稳定性 。顶柱能够防止顶板岩石在回采过程中垮塌，保护采场内的作业人员和设备安全；底柱则为下部采场提供支撑，确保下部采场的安全开采 。顶、底柱的厚度需要根据矿体的赋存条件、围岩的稳固性以及开采工艺等因素综合确定，若这些条件发生变化，顶、底柱的厚度也应相应调整 。
•最小工作面宽度：一般为 0.8 - 0.9 米 。这个宽度是保证采矿作业人员和设备能够正常工作的最小空间。工作面宽度过小，会影响人员的操作和设备的运行，降低采矿效率，同时也会增加安全风险 。在实际开采中，需要根据具体的采矿设备和作业要求，合理确定工作面宽度，在满足安全和生产要求的前提下，尽量减小削壁量，提高矿石的开采效率 。
•合理的削壁量计算：计算公式为 M + m = m・K，其中 M 为矿层厚，m 为削壁厚，K 为围岩的松散系数 。这个公式的原理是基于崩落的废石在松散状态下能够填满采空区，同时保证采场的稳定性 。在实际应用中，需要准确测量矿层厚度 M 和围岩的松散系数 K 。围岩的松散系数 K 会受到围岩的岩性、破碎程度等因素的影响，不同的围岩条件下，K 值会有所不同 。通过合理计算削壁量，可以在保证采场安全的前提下，最大限度地减少废石的崩落量，降低采矿成本，提高矿石的开采效益 。
三、采准切割工程
采准切割工程是采矿作业中至关重要的环节，它为后续的回采工作奠定了基础，直接关系到采矿的效率、安全性以及资源回收率 。以河南某铅锌银矿无间柱连续阶梯式回采削壁充填采矿法为例，其采准工程主要包括以下几个关键部分：
•阶段运输平巷：该矿设有上中段运输平巷和下中段运输平巷，断面尺寸均为 (2×2.2) m² 。阶段运输平巷犹如采矿系统的 “动脉”，承担着运输矿石、设备、材料以及人员的重要任务 。它将采场内采出的矿石高效地运输至提升系统，再运往地面，确保矿石能够顺利进入后续的加工流程 。在运输过程中，稳定的巷道结构和合理的断面尺寸能够保证运输设备的正常运行，提高运输效率 。
•人行通风天井：断面尺寸为 (2×1.5) m² 。人行通风天井是人员通行和通风的重要通道 。在采矿作业中，作业人员需要通过人行通风天井安全地进出采场，保障人员的生命安全 。它还是通风系统的关键组成部分，新鲜空气通过天井进入采场，为采场内的工作人员提供充足的氧气，同时将采场内产生的有害气体和粉尘排出，改善作业环境，降低安全风险 。
•溜矿井：溜矿井包括普通溜矿井 (2×1.5) m² 和溜矿铁溜井 (直径 1.0m) 。溜矿井是采场与运输平巷之间的矿石通道，采下的矿石通过溜矿井迅速下放到运输平巷，实现矿石的高效转运 。在实际开采中，溜矿井的畅通与否直接影响采矿效率，若溜矿井发生堵塞，会导致采场出矿受阻，影响整个采矿流程的正常进行 。
•探矿及出矿穿脉：断面尺寸为 (2×2) m² 。探矿穿脉用于进一步探明矿体的赋存状态，为采矿提供更准确的地质信息，确保采矿作业能够准确地沿着矿体进行，减少矿石损失和贫化 。出矿穿脉则是将采场内的矿石引出至溜矿井的通道，它与采场和溜矿井紧密相连，保证了矿石能够顺利地从采场运输到溜矿井 。
•底柱：底柱厚度为 3m 。底柱在采场中起着重要的支撑作用，它承受着上部矿体和岩石的压力，防止采场底部垮塌，保障下部采场的安全开采 。在回采过程中，底柱的稳定性对于整个采场的安全至关重要，若底柱受到破坏，可能引发严重的安全事故 。
这些采准工程相互配合，构成了一个完整的采矿系统，为削壁充填法的顺利实施提供了有力保障 。在实际采矿过程中，采准切割工程的合理布置和施工质量直接影响着采矿的效率和成本 。若采准工程布置不合理，可能导致运输线路过长、通风不畅等问题，增加采矿成本，降低生产效率 。因此，在进行采准切割工程设计和施工时，需要充分考虑矿体的赋存条件、开采技术条件以及安全因素，确保采准工程的科学性和合理性 。
四、回采工艺
回采作业流程
削壁充填法的回采工艺是一个系统且严谨的过程，涉及多个关键步骤，这些步骤相互关联，共同构成了一个完整的回采循环，确保采矿作业的高效、安全进行 。
打眼是回采作业的起始步骤，这一环节需要严格依据爆破设计来确定炮眼的位置、深度和角度 。炮眼的合理布置对于后续的装药崩矿效果起着关键作用，直接影响矿石的破碎程度和开采效率 。在实际操作中，打眼工人需熟练掌握打眼设备的使用技巧，确保炮眼的精度和质量 。例如，在一些矿脉硬度较大的矿区，打眼时需要选择合适的钻头和钻进参数，以提高打眼效率和质量 。
装药崩矿环节，要根据矿石的性质和炮眼参数精准确定炸药的种类和装药量 。合理的装药能够使矿石充分破碎，便于后续的运输和处理 。在装药过程中，必须严格遵守安全操作规程，防止出现安全事故 。装药完成后，按照预定的起爆顺序进行崩矿，将矿石从矿体中分离出来 。
通风在回采过程中至关重要，它能够有效排出爆破产生的有害气体，如一氧化碳、二氧化氮等，同时为作业人员提供新鲜空气 。良好的通风条件是保障作业人员身体健康和安全生产的必要条件 。通风系统的设计和运行需要根据采场的结构和实际情况进行合理调整，确保通风效果 。
放矿是将崩落的矿石通过溜井运送到运输平巷的过程 。在放矿时，要控制好放矿速度和放矿量，避免出现放矿不畅或矿石堵塞溜井的情况 。放矿过程中，还需要密切关注矿石的品位变化，及时调整放矿策略，以提高矿石的回收率 。
顶板管理是回采作业中的关键安全措施，它直接关系到作业人员的生命安全 。在回采过程中，要密切观察顶板的稳定性，及时采取支护措施，如架设支柱、安装锚杆等，防止顶板垮塌 。对于顶板条件较差的采场，可能需要采用特殊的支护方式，如锚索支护、棚架支护等，以确保顶板的安全 。
平场是将采场内的矿石和废石进行平整，为后续的作业创造良好的工作条件 。平场过程中，要将矿石和废石分开堆放，便于后续的处理 。平场作业还需要注意保持采场的排水畅通，防止积水影响作业安全和效率 。
辅助作业包括设备维护、材料运输等工作，这些工作虽然看似琐碎，但对于整个回采作业的顺利进行起着重要的支持作用 。定期对采矿设备进行维护和保养，能够确保设备的正常运行，减少设备故障对生产的影响 。及时运输所需的材料和设备，能够保证回采作业的连续性 。
关键操作要点
在落矿之前铺设垫板是削壁充填法回采工艺中的关键操作之一，其目的是防止粉矿落入充填料中 。粉矿一旦混入充填料，会导致矿石损失，降低矿石的回收率，增加采矿成本 。铺设垫板时，要确保垫板的质量和铺设的平整度，使其能够有效地阻挡粉矿 。在选择垫板材料时，通常会考虑木板、铁板或废输送带等，这些材料具有一定的强度和耐磨性，能够满足铺设要求 。在铺设过程中，要注意垫板之间的拼接紧密，避免出现缝隙，防止粉矿从缝隙中漏下 。
崩落围岩和矿石的先后顺序需根据矿体倾角和矿岩的稳固程度灵活确定 。当开采急倾斜矿体时，若围岩稳固性较好，一般先崩落矿石，这样可以充分利用矿石的自重，便于矿石的运输和开采 。但如果围岩稳固性较差，为了保障开采安全，则应先崩落围岩，利用围岩的支撑作用，防止采场垮塌 。在开采缓倾斜矿体时，通常先崩落围岩，若矿石稳固性差，则应崩落顶板围岩，以确保采场的稳定性 。在实际开采中，需要根据现场的地质条件和矿岩的实际情况，综合判断崩落顺序，确保采矿作业的安全和高效 。
五、案例分析与实践应用
为了更直观地了解削壁充填法在实际应用中的效果和面临的挑战，我们以盘马金矿马家瑶矿区为例进行深入分析。该矿区 - 80m 中段 2 号脉 7 线至 11 线揭露的矿体具有急倾斜薄矿脉的典型特征，矿体倾角在 60 - 70 度之间，厚度为 0.4 - 1m，平均厚度 0.7m，平均品位 2.8g/t 。在该矿区采用削壁充填法进行开采，取得了显著的成效，但也遇到了一些问题，通过针对性的解决方案，有效保障了采矿作业的顺利进行 。
在采准工作方面，该矿区在下盘距矿体 6 米处平行矿体施工一条规格 2m×2.2m 的脉外平巷作为出矿巷道 。从出矿巷道的两侧及中央分别施工穿脉至矿体，在两侧穿脉中各施工一条规格 1.5m×1.5m 的脉内人行天井，兼顾行人及通风，在中央的穿脉位置随着回采的进行，架设一条矿石溜井 。这种采准布置方式充分考虑了矿体的赋存条件和开采要求，为后续的回采工作提供了便利 。脉外平巷的设置有利于减少对矿体的扰动，保证矿石的完整性；人行天井和溜井的合理布局，保障了人员的安全通行和矿石的高效运输 。
切割工作自中央穿脉向两侧施工规格 1.4m×1.8m 的切割巷道，为落矿提供自由空间 。在切割巷道底板铺设 0.3m 厚的钢筋混凝土人工假底，这一措施有效避免了矿石的损失和贫化 。人工假底的铺设能够承受矿石和废石的压力，防止矿石混入废石中，提高了矿石的回收率 。
落矿工作前，在该分层的底板铺设胶带以减少矿石的损失贫化 。每分层的落矿工作分两步走，第一步从中央矿石溜井开始向人行天井方向回采一层，第二步从人行天井向中央矿石溜井方向再回采一层 。爆破时要求先爆矿石后爆下盘围岩，这样的落矿顺序能够更好地控制矿石的破碎程度和崩落方向，减少围岩的混入，提高矿石的质量 。
矿石运搬工作中，落矿后对毛石进行手工剔除，以降低毛石混入率，剔除毛石后，用手推车将矿石运至中央溜井 。溜井下端安置震动放矿机，矿石经震动放矿机进入矿车，由矿用电瓶牵引车运至 1# 竖井，经提升设备将矿石运至地表 。手工剔除毛石虽然增加了劳动强度，但能够有效提高矿石的品位，减少后续选矿的难度和成本 。震动放矿机和矿用电瓶牵引车的使用，提高了矿石运输的效率和安全性 。
充填工作在每分层崩落矿石清理完毕后进行 。卷起及妥善放置好之前铺设的胶带，架设好中央矿石溜井，方可进行充填作业 。充填料采用下盘距顶板 1.5 - 2m 处的围岩，由凿岩工人完成围岩的爆破切削，充填宽度应不大于 1.8m 。削下围岩后，要进行场地的平整及大块废石的二次破碎，经采矿技术人员验收合格后方可重新铺设胶带，进行下一分层的回采 。这种充填方式充分利用了围岩作为充填料，降低了充填成本，同时保证了采场的稳定性 。
然而，在实际应用过程中，该矿区也遇到了一些问题 。例如，由于矿体倾角较大，在落矿和放矿过程中，矿石容易出现滚动和滑落，导致矿石损失增加 。为了解决这个问题，在采场中设置了挡矿设施，如在溜井入口处设置挡矿板，在运输巷道中设置防滑装置等，有效减少了矿石的损失 。在充填过程中，由于充填料的压实度难以控制，可能导致采场顶板出现下沉和开裂的情况 。针对这一问题，加强了对充填料的质量控制和压实度检测，采用分层压实的方法，确保充填料能够充分支撑顶板，保障采场的安全 。
通过在盘马金矿马家瑶矿区的实践应用，削壁充填法有效地解决了急倾斜薄矿脉开采中矿石损失贫化严重及地压管理困难的问题 。虽然在应用过程中遇到了一些挑战，但通过合理的采场设计、严格的施工管理以及针对性的解决方案，该方法在保障矿石回收率和采矿安全方面取得了良好的效果，为类似矿山的采矿工作提供了宝贵的经验和借鉴 。
六、评价与发展方向探讨
现存问题分析
在实际应用中，削壁充填法存在一些亟待解决的问题。铺设垫板是削壁充填法中的一个重要环节，其目的是防止粉矿落入充填料中，从而减少矿石损失和贫化 。在实际操作中，由于垫板质量参差不齐，难以达到理想的铺设要求，导致这一环节的效果大打折扣 。一些垫板材质强度不足，在采矿过程中容易损坏，无法有效阻挡粉矿；部分垫板铺设不平整，存在缝隙，使得粉矿容易从这些缝隙中漏下，混入充填料 。这些问题直接导致了矿石损失率和贫化率较高，降低了矿产资源的回收利用率，增加了采矿成本 。
削壁充填法的工艺相对复杂，涉及多个步骤和环节，包括打眼、装药崩矿、通风、放矿、顶板管理、平场、辅助作业等 。每个环节都需要严格按照操作规程进行，任何一个环节出现问题都可能影响整个采矿流程的顺利进行 。这种复杂性不仅增加了采矿作业的难度，还对操作人员的技术水平和管理能力提出了很高的要求 。在实际生产中，由于工艺复杂，导致采矿效率低下，难以满足大规模、高效率采矿的需求 。采矿过程中，需要频繁地进行人员和设备的调配，增加了生产组织的难度，也容易出现操作失误，影响生产进度 。
劳动强度大也是削壁充填法面临的一个突出问题 。在狭窄的工作空间内，操作人员需要进行大量的体力劳动，如搬运矿石、铺设垫板、架设支护等 。长时间的高强度劳动不仅容易导致操作人员疲劳，降低工作效率，还会对操作人员的身体健康造成损害 。在一些矿山，由于劳动强度大，操作人员的流动性较大，给矿山的生产管理带来了困难 。而且高强度劳动还可能导致安全事故的发生，增加了矿山的安全风险 。
发展方向展望
针对削壁充填法现存的问题，研制适合于窄工作面条件下的小型机械设备是未来的重要发展方向之一 。在狭窄的工作面内，传统的大型采矿设备无法施展，而小型机械设备则具有灵活性高、适应性强的优势 。研发小型凿岩设备，能够在有限的空间内高效地进行打眼作业，提高打眼效率和质量 。这类设备应具备体积小、重量轻、操作简便的特点，便于在狭窄的工作面内移动和操作 。小型铲运设备也是未来发展的重点，它能够快速地将矿石从采场运输到溜井，提高矿石运输效率，降低劳动强度 。小型铲运设备应具有良好的机动性和通过性，能够在复杂的采矿环境中顺利运行 。
智能化技术的应用也将为削壁充填法带来新的发展机遇 。通过引入传感器、自动化控制等技术，可以实现采矿过程的智能化监测和控制 。利用传感器实时监测采场的顶板稳定性、矿石品位、设备运行状态等参数，一旦发现异常情况，系统能够及时发出警报，并采取相应的措施进行处理 。自动化控制技术可以实现设备的远程操作和自动化运行，减少人工干预，提高采矿效率和安全性 。在装药崩矿环节，可以通过自动化控制系统精确控制炸药的装药量和起爆时间，提高崩矿效果，减少矿石损失和贫化 。智能化技术的应用还可以优化采矿工艺，提高生产组织的科学性和合理性，降低生产成本 。
在未来的发展中，削壁充填法还应注重与其他采矿技术的融合创新 。可以将削壁充填法与充填采矿法中的其他工艺相结合，如胶结充填、膏体充填等，充分发挥各自的优势，提高采矿效率和资源回收率 。也可以借鉴其他领域的先进技术和理念，如地下工程中的隧道掘进技术、建筑领域的支护技术等，为削壁充填法的发展提供新的思路和方法 。通过不断地融合创新，削壁充填法将在极薄矿脉开采领域发挥更加重要的作用，为矿产资源的高效、安全开发提供有力保障 。
