安慶銅礦不規(guī)則二步驟礦柱采場(chǎng)回采實(shí)踐

楊志強(qiáng)，吳福和，楊小聰 ，衛(wèi) 明

(1.北京礦冶研究總院，北京 100070；2.安慶銅礦，安徽 安慶 246131)

安慶銅礦是一大型鐵銅地下開采礦山，開采規(guī)模為3500t/d[1,2]。1#礦體為隱伏接觸交代矽卡巖型富銅富鐵礦體,賦存于-176～-640m，礦體形態(tài)厚大規(guī)整，是目前生產(chǎn)的主礦體。采礦方法為高階段大直徑深孔回采嗣后充填采礦法，回采階段高度為60～120m，采場(chǎng)垂直礦體走向布置，分礦房、礦柱兩步驟回采，房柱寬度均15m，采場(chǎng)崩礦采用VCR法掏槽與倒梯段側(cè)向崩礦聯(lián)合爆破，炮孔直徑165mm。礦山經(jīng)過(guò)18年的生產(chǎn)，目前主礦體-510m中段以上大部分礦房采場(chǎng)已回采完畢，兩側(cè)礦房回采過(guò)程中礦巖垮塌嚴(yán)重的礦柱采場(chǎng)回采，成為安慶銅礦現(xiàn)階段生產(chǎn)所面臨的重大挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和生產(chǎn)實(shí)踐，運(yùn)用小孔徑VCR法掏槽、上向扇形中深孔側(cè)向崩礦的技術(shù)，很好地解決了這一難題。

1 工程概況

1.1 試驗(yàn)采場(chǎng)概況

9#柱采場(chǎng)介于1#礦體西部厚大區(qū)域11#房和9#房之間，-400～-460m中段屬礦柱采場(chǎng)，二步驟回采。礦體厚大，厚度60m～80m。通過(guò)對(duì)9#柱相鄰采場(chǎng)11#房、9#房爆破設(shè)計(jì)、空區(qū)充填記錄的細(xì)致分析，得出11#房、9#房-400m～-460中段在此前回采過(guò)程中，均存在較大程度的礦巖塌落，11#房礦巖塌落體積約為8800m3，9#房礦巖塌落體積約為9800m3，如表1所示。礦房垮落，致使9#柱礦體形態(tài)極不規(guī)則。

1.2 兩側(cè)礦房充填體調(diào)查及測(cè)試

為進(jìn)一步探明兩側(cè)礦房回采過(guò)程中，礦巖實(shí)際垮落界線以及測(cè)試回采完畢后實(shí)際充填體強(qiáng)度，在礦體下盤布置人行天井，上盤布置回風(fēng)井以及 -410m水平、-425m水平、-440m水平穿脈及探礦橫巷。圖1為礦山采礦工區(qū)提供11#房、9#房-400m～-460m中段實(shí)際充填高度及充填配比分布圖。

表1 11#房、9#房回采過(guò)程中礦巖垮落體積計(jì)算

圖1 9#柱采場(chǎng)兩側(cè)礦房實(shí)際充填配比分布圖

根據(jù)在加拿大諸多與安慶銅礦類似采礦方法，礦山得到成功應(yīng)用的米切爾(Mitchell)法[3,4]，計(jì)算出安慶銅礦不同暴露高度和充填體長(zhǎng)度情況下，所需的具體充填體強(qiáng)度要求。圖2為利用MATLAB計(jì)算繪制出其膠結(jié)充填體強(qiáng)度與暴露高度和充填體寬度的等值線圖。假設(shè)9#柱采場(chǎng)利用大直徑深孔采礦方法回采，破頂后兩側(cè)礦房充填體暴露的寬度將達(dá)到60～80m，高度達(dá)到60m。查圖2可知，膠結(jié)充填體強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到1.3～1.5 MPa，側(cè)向充填體才不至于產(chǎn)生明顯片幫破壞。表2列舉了5#取樣點(diǎn)7組試塊強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。5#取樣點(diǎn)膠結(jié)充填體配比為1∶8，除底部受礦硐室兩側(cè)約5m高度配比為1∶4膠結(jié)充填體外，其平均抗壓強(qiáng)度值最大，為1.146 MPa。據(jù)此可以推斷，繼續(xù)采用大直徑深孔嗣后充填采礦法對(duì)9#柱進(jìn)行回采，不僅給開采帶來(lái)很大的技術(shù)難度，增加了回采過(guò)程中的安全隱患，礦石貧化率也會(huì)大大增加[5,6]。

為減少回采過(guò)程中充填體暴露面積及高度，保障回采安全，確定采用多分層鑿巖的中深孔進(jìn)行回采[7,8]。

圖2 充填體抗壓強(qiáng)度要求等值線圖

表2 充填體強(qiáng)度測(cè)試記錄表

2 切割工作

鑒于安慶銅礦多年來(lái)應(yīng)用大直徑深孔VCR掏槽及倒梯段側(cè)向崩礦的成功經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新性將小孔徑VCR法技術(shù)運(yùn)用于中深孔采場(chǎng)切割工作中。

(1)炮孔直徑

根據(jù)礦山實(shí)際鑿巖設(shè)備應(yīng)用情況，選用BA-100型高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)鉆鑿垂直平行深孔，鉆孔直徑為Ф100mm。

(2)VCR法最佳埋置深度

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)漏斗爆破試驗(yàn)，直徑(60～65mm 的炮孔，裝填2#巖石乳化炸藥(重量658g)，得出的爆破漏斗最佳埋深為L(zhǎng)j0= 0.88 m 。

由公式可計(jì)算出孔徑為(100～110mm 的炮孔裝填重量為7kg的藥包時(shí)，VCR法最佳埋置深度Lj1為：

因此，取小孔徑VCR法拉切割槽的最佳埋置深度為1.94m。小孔徑VCR法爆破的孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)為2.0m×2.0m，即按炮孔排距和孔距均為2.0m布置切割槽炮孔。分段平面圖如圖3所示。

圖3 9#柱-410m分段平面圖

(3)裝藥結(jié)構(gòu)

使用人工制作的堵孔環(huán)堵孔，藥包為Ф85mm乳化炸藥，裝藥時(shí)底部填約0.5m巖渣，藥包上部填塞0.8～1.0m黃沙，每個(gè)孔的藥面高度控制在同一水平面上，爆破后的深孔不至于造成堵孔或翻孔。當(dāng)拉槽區(qū)孔深距離頂板4.5m左右，即可進(jìn)行小范圍破頂形成切割槽。破頂采用雙層裝藥一次性爆破成槽。裝藥結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 小孔徑“VCR法”拉槽及破頂裝藥結(jié)構(gòu)圖

3 回采工作

在各分段鑿巖巷道中打上向扇形中深孔，按安慶銅礦和其他類似礦山的經(jīng)驗(yàn)[9]，選取中深孔排距為1.2～1.4m，孔底距按經(jīng)驗(yàn)公式a=mw計(jì)算選取為1.4～1.8m。全部炮孔施工完畢后，以切割槽為自由面進(jìn)行側(cè)向崩礦，每次爆破3～5排，自上分段開始，呈梯形向下分段爆破作業(yè)。特殊情況視放礦條件確定，上、下分段保持2排炮孔的超前距離，保證上分段爆破作業(yè)的安全。崩落的礦石借自重落到底部受礦硐室，采用斗容為3.8m3的ST-5C型鏟運(yùn)機(jī)出礦，大塊礦石在出礦進(jìn)路里進(jìn)行二次破碎。圖5為小孔徑VCR法掏槽，上向扇形中深孔側(cè)向崩礦技術(shù)示意圖。

圖5 小孔徑“VCR法”掏槽及中深孔側(cè)崩示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

VCR法通常采用Ф150～165mm的大直徑深孔進(jìn)行爆破，而采用Ф100mm左右的炮孔進(jìn)行VCR法爆破，在國(guó)內(nèi)外都不多見。與傳統(tǒng)中深孔采礦法利用切割天井形成切割槽的方法相比較，具有采切工程量小、生產(chǎn)效率高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、安全性好等特點(diǎn)。同時(shí)，先進(jìn)的出礦設(shè)備ST-5C鏟運(yùn)機(jī)，確保了采場(chǎng)的出礦能力。此方法為礦山持續(xù)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供了技術(shù)保證，而且研究成果已成功在其他采場(chǎng)推廣應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 謝源，陳躍達(dá)，葛樹高,等．安慶銅礦高階段采礦工藝試驗(yàn)研究[J]．礦冶，1997，6(1)：1-4.

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