削壁充填采矿法(Narrow Vein Stoping)的发展

1 引言

在一些标准的采矿工程和采矿岩石力学教材中，没有把削壁充填采矿法作为一种独立的采矿方法，但削壁充填采矿法在贵金属开采中经常使用。尽管从字面上有"充填",不过当比较采矿方法时，削壁充填采矿法应该与浅孔留矿法《漫谈浅孔留矿法(Shrinkage Stoping)》划为一类比较合适。

削壁充填采矿是开采极薄矿脉的一种干式充填法，在回采过程中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。在矿脉倾角为60～85°矿体较薄, 厚度小于0.8米的急倾斜矿体中，普遍使用了削壁充填法。

2 削壁充填法的英文翻译

正是由于削壁充填采矿法的这种作业方式，中国学者发表的英文论文或英文解释中，削壁充填法最常见的翻译形式为: waste lifting stoping和resuing stoping，而在实际的采矿工程中，使用"Narrow Vein Stoping"来描述这种采矿方法更合适些。

3 削壁充填采矿法的发展

显而易见，对于厚度小于0.8m的脉状矿床开采，一个最大的问题是机械设备太宽不能正好适应矿体边界，而人工手选劳动强度太大，因此过去三十年针对这种采矿方法，主要是发展小型机械设备，例如Sandvik在2019年生产的这种窄形钻机。机械化水平的提高导致了更高的安全水平，同时提高了生产力减少了成本。除此之外，还有许多新技术应用于削壁充填采矿法中，包括:

(1) 监测岩体和预测岩爆状况的地震系统现在已被广泛使用在削壁充填采矿法中;

(2) 充填技术的改进提高了回收率，因此不必留下矿柱，可以紧靠回填面进行开采；

(3) 电子雷 管的使用使得爆破精度得到了极大提高；

(4) 工人可以在保护舱内工作;

(5) 新的软件可以进行狭窄矿脉的建模和设计；

(6) 使用电池驱动的车辆，对于狭长矿脉，最大好处是减少热量和柴油排放；

(7) 无人机和LiDar测量，LiDar是测绘狭窄矿脉作业的理想选择，因为它能产生高分辨率、精确的三维可视化，并且不受光线条件、灰尘、深度等因素的影响；

(8) 机器人的使用，例如Boston Dynamic公司的四足机器狗；

4 钻探式可持续采矿

对于矿脉太窄或地质条件过于复杂的矿体，加拿大的初创公司Novamera正在使用一种新的采矿方法，称之为钻探式可持续采矿(SMD, Sustainable Mining by Drilling)。这种技术将传感器、机器学习算法和定向钻探技术纳入了一个两阶段系统。在第一阶段，使用金刚石钻头沿着矿体的倾角向下钻，在矿脉的上盘和下盘之间开出一个导向孔。钻头由近钻孔成像工具引导，该工具能够感知岩石和矿脉之间的对比。在第二阶段，大直径钻头沿着导向孔挖掘矿石，并利用反向循环、气举辅助技术将矿石带到地面。一旦到了地表，矿石被送入一个固溶分离系统进行脱水，然后被运到当地的一个工厂进行加工。这两道工序沿着矿脉走向继续进行，一直持续到整个矿体被开采完毕。由于不涉及爆破，它是一种比其他大多数方法更安全、更稳定的采矿方法。

Novamera公司对温室气体排放和能源消耗做了初步工作，他们将SMD与澳大利亚的Costerfield矿场进行了比较，后者采用充填采矿方法开采。通过比较发现SMD在能源消耗、二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物排放方面减少了50%或更多。此外还可以节省运营成本。Novamera公司的模型显示，SMD的成本约为$100/t，而传统的采矿方法的成本约为$125-200/t。

5 结束语

虽然新的技术很诱人，不过在现有条件下，对于脉状矿床，首先考虑使用浅孔留矿法，如果脉状矿床太窄，现有机械设备没法使用，可以考虑使用削壁充填法，使用最原始的方法进行手采，这样也可以解决一部分劳动力问题。