安慶銅礦深部礦體大直徑深孔采礦法回采實踐

衛 明

(銅陵有色金屬集團股份有限公司安慶銅礦， 安徽懷寧縣 246131)

安慶銅礦深部礦體大直徑深孔采礦法回采實踐

衛 明

(銅陵有色金屬集團股份有限公司安慶銅礦， 安徽懷寧縣 246131)

概述了安慶銅礦高階段采場大直徑深孔回采工藝技術，對其采準工程、鑿巖爆破、出礦及充填等關鍵技術進行詳細論述，并圍繞該厚大型礦體高階段采場回采進行了地壓控制，采用錨索支護，保證采場穩定性，實現順利回采。

安慶銅礦;大直徑深孔采礦;采準工程;控制爆破;錨索支護

1 安慶銅礦礦山概況

1.1 礦山開采技術條件

安慶銅礦是大型銅鐵采選企業，設計日采選能力3500 t，礦山主礦體為矽卡巖型鐵銅礦體，礦體走向125°～304°，傾向總體上為南西，部分傾向北東，主體部分為急傾斜礦體，賦存標高－180～－880 m，礦體走向長度大于700 m，平均厚度40～50 m，厚大區域礦體平均厚度達100 m以上。主要采用高階段大直徑深孔回采嗣后充填采礦法開采。采場垂直礦體走向布置，按照隔一采一的回采順序，分礦房、礦柱2步驟回采，采場寬度均為15 m，回采階段高度120 m，實行分段鑿巖(分段高60 m)，連續回采，階段出礦。鑿巖設備為Simba－261型潛孔鉆機，炮孔直徑165 mm。采用斗容3.8～4.0 m3的ST－10系列鏟運機出礦，采場空區實行嗣后一次性充填，礦房回采后用尾砂膠結充填，礦柱回采后用廢石、尾砂充填。

1.2 礦區巖體特征

礦區整體上是一個“基底－蓋層”結構，蓋層厚度較大，為沉積巖，塊體結構;基底由圍巖和礦體組成，圍巖主要有變質粉砂巖、矽卡巖、大理巖、閃長巖，礦體主要有含銅磁黃鐵礦、透輝石矽卡巖、含銅磁鐵礦、磁鐵礦。主要礦巖物理力學參數見表1。

表1 礦區巖石物理力學參數

安慶銅礦巖體屬中等穩定，節理裂隙較發育，礦區中粉砂巖夾泥灰巖，遇水泥化，易形成破碎帶，礦體上盤圍巖主要是大理巖，下盤圍巖主要是矽卡巖和閃長巖，均較穩定。

1.3 礦區原巖應力特征

安慶銅礦地應力以水平應力為主，最大主應力的方向基本水平，方位由上部的近東西向轉向下部的近北東－南西向，主要受礦區構造應力控制。

隨著開采進一步深入，區域構造應力的影響在增大，地應力也隨之增大。－280～－400 m中段之間，最大主應力為12～20 MPa，屬于中等應力區，而－580 m水平的最大主應力為23～24 MPa，屬高應力區。因此可得，隨著開采深度進一步加大，原巖應力對穩定性的影響增加。由于受東西向應力場和褶皺的影響，構成復式倒轉背斜，礦區NW－SE方向斷裂較多，且被煌斑巖充填，礦區主斷層F1橫貫礦區，向南北延伸，將主礦體分成東西2塊(即1#，2#礦體)，F1斷層破碎帶膠結較好。

1.4 采場結構參數

采場結構參數是影響采場穩定性的關鍵技術因素之一，安慶銅礦－280～－400 m階段礦房采場穩定性良好，個別礦柱采場因空區暴露高度、充填體質量和巖體構造等因素的影響，出現原巖礦柱、充填體等部分垮落。－400～－510 m礦房采場回采過程中，因采場長度過長(達90 m以上)，給礦柱采場回采造成很大的困難。參考國外部分類似礦山的生產實踐經驗，采場長度宜控制在40 m以內，對于礦體厚度達50 m以上的，分上盤、下盤采場回采。同時采取合理的回采順序及回采工藝技術，確保充填體質量，才能實現礦房、礦柱采場的順利回采。

2 大直徑深孔采礦法采場回采實例

礦區巖體、原巖應力特征、采場結構參數是制約采場安全、穩定回采的內在要素，回采工藝技術為外在要素，安慶銅礦就采準工程布置、炮孔孔網參數、崩礦方式、爆破參數、出礦方式、地壓控制、充填工藝等進行了不斷的探索。

9#柱為安慶銅礦1#礦體主采場之一，－510 m中段以下為礦房采場，以上則為礦柱采場。礦體底部在－618 m水平基本尖滅，－560 m中段以上礦體厚大，最大厚度達84 m左右。－560 m以下礦體傾角在50°以上。－510～－560 m中段上盤礦體部分上凸，總體呈馬鞍狀形態，下盤礦體傾角較陡。

9#柱從礦體底部的－618 m中段回采。首先回采－560～－618 m中段。該段礦體形態呈上寬下窄的“V”字形，礦體形態對采場穩定有利，因此用一個回采單元回采，為一步驟回采采場。－510～－560 m中段礦體厚度60～85 m，在深部地應力升高條件下，為避免和減少兩側礦柱的垮落，將－510～－560 m中段劃分為上下盤2個回采單元，使得每個回采單元的側面暴露寬度控制在40 m左右，實現9#柱采場安全開采。其采場結構如圖1所示。

圖1 安慶銅礦采場結構示意

2.1 采準工程布置

(1)在－618 m中段采用單側塹溝的底部結構，布置受礦硐室和單側出礦進路，出礦進路布置在9#房一側;

(2)在－560 m中段首先形成下部中段穿孔使用的深孔鑿巖硐室，下部中段開采結束后此鑿巖硐室則改為上部中段的受礦硐室，采用平底－雙側進路出礦的底部結構;

(3)在－510 m中段布置上、下盤回采單元的鑿巖硐室。

2.2 鑿巖爆破

鑿巖爆破參數主要根據1#礦體－560 m中段深部爆破漏斗小型試驗結果來確定。為防止超采及減少采場側幫垮落，在采場兩側的炮孔按光面爆破的要求布孔。光面爆破的最小抵抗線為2.4 m，孔間距為2.2 m，邊孔距采場左右邊界線0.6 ～0.8 m;中間孔排距2.9～3 m，孔間距為3 m。在 －560～－510 m中段為保證上盤采場充填體穩定及下盤采場回采安全，在上、下盤采場分界線下盤1.8 m處按松動爆破的要求布置1排炮孔，炮孔孔間距2.5 m。

采用“VCR”法掏槽—倒梯段分段側向崩礦回采工藝，可有效控制爆破規模、減小爆破振動對相鄰區域的影響，并為采場邊排孔實施控制爆破創造條件。選用低密度乳化油炸藥，炸藥為柱狀包裝，每卷炸藥重10 kg或5 kg，藥卷直徑Φ150 mm。首先進行槽區掏槽爆破，每次掏槽的高度為2.5 m，每孔裝藥量為30 kg。槽區爆破高度為8～12 m時，即可進行槽區上下盤相鄰兩側礦巖側向爆破。側向崩礦時，炮孔采用不耦合裝藥，空氣間隔結構，中間孔先行起爆，邊排孔滯后起爆。中間孔每層裝藥量為30 kg，空氣間隔長為1.5 m，選用竹筒間隔。裝好藥后用砂子或巖屑堵塞藥面，每次堵塞長度為1.2～1.5 m。采用“V”型斜線起爆順序，以減少中間孔的動態抵抗線。根據地壓監測結果和巖體力學數值分析，破頂層安全厚度取6～8 m。由于破頂層礦量較多，盡可能增加雷管段數，減少最大單響藥量，降低爆破振動對周圍區域的影響。

邊排孔采用控制爆破技術落礦，實行光面爆破以保證采場邊界規整，并有利于相鄰采場回采時充填體能夠保持穩定。邊孔要求采用“一”字型起爆，同段孔數在3個或3個以上。邊孔每層裝藥量為10 kg，采用不耦合裝藥，空氣間隔結構，空氣間隔長度為1.2 m，每次爆破的堵塞長度為1.2 m。徑向不耦合系數為1.1，中間孔超前爆破，使邊排孔里的每層藥包均有臨空面，然后再爆破邊排孔。采用毫秒微差爆破技術，經過試驗確定，合理的起爆方式為中間孔與邊排孔合理間隔時間為75～100 ms，邊孔間微差間隔時間為25～50 ms。

采用非電環形起爆系統:起爆器→激發導爆管→瞬發雷管→主導爆索→孔口非電毫秒微差雷管→孔內導爆索→低密度乳化炸藥。每個炮孔孔內采用雙導爆索全長起爆，孔口采用2發同段非電毫秒微差雷管。微差雷管導爆管一端分別搭接在不同的主導爆索上，雷管一端在孔口處分別與孔內導爆索綁在一起，再帶響孔內各層炸藥。將主導爆索引出端與瞬發雷管粘在一起，再將激發導爆管延長200 m外安全距離處用起爆器起爆。

2.3 采場出礦及充填

采場出礦為從裝礦進路中裝礦經穿脈巷道運至脈外溜礦井。采場爆破期間，崩落礦石盡量留在采場內，對兩側礦巖起臨時支撐作用;總體爆破完畢后，再進行大量出礦。受礦硐室的殘礦采用遙控鏟運機清理，應避免人員直接進入受礦硐室作業。大塊礦石統一運至附近裝礦進路中用炸藥進行二次破碎。

9#柱－510～－618 m中段為礦房采場，采場回采完后要及時采用尾砂膠結充填采空區，控制地壓和保證相鄰礦柱采場將來回采時充填體能穩定自立。為保證充填體強度，充填濃度≥70%，充填能力要求≥600 m3/d。具體充填方案為:－618 m中段采場充填自下而上分為4層，高度分別為6，51.5，1和0.5 m。充填灰砂比分別為 1∶4、1∶10、1∶4，上部為0.5 m厚的澆筑混凝土。

充填過程中，要求保證一定砂倉砂面的高度，確保造漿濃度，通過自動控制儀表嚴格控制灰砂配比和充填濃度。采用多點下料、多點脫水，嚴格禁止引管水、洗管水進入采場，以減少離析現象，保證充填體的均勻性。同時要加強充填過程管理，加強尾砂粒級、充填濃度、充填強度、水泥質量檢測工作，確保充填質量。

3 地壓控制

－560 m中段鑿巖硐室掘進完畢，地壓活動明顯，硐室頂板出現冒落并有明顯裂縫，點柱亦出現垂直裂縫。－510 m中段鑿巖硐室局部也出現相應破壞，這與靠近F1斷層及區域地壓活動有關。整個鑿巖硐室及時采用長錨索+錨桿+噴漿聯合方式加固，局部破碎地段采取了掛網噴漿支護。

－510～－560 m中段上盤礦體呈馬鞍狀形態，上盤采場回采結束空區頂板形成懸臂狀大理巖薄板，大理巖節理較發育，且受多次爆破振動影響，懸臂狀薄板極不穩固。如大理巖薄板垮落則極易造成井下安全事故以及礦石大量貧化，因此必須對其進行加固。根據9#柱地質條件、礦體賦存特征及礦巖穩固情況等，經研究采用大直徑爆破孔預留段(圍巖部分)錨索注漿錨固技術加固大理巖薄板。

3.1 錨索材料和結構

(1)采用豎井廢棄鋼絲繩作為錨索索體材料，根據不同鉆孔的具體情況，分別采用副井首繩和主井首繩。安慶銅礦目前的副井首繩直徑31 mm，抗拉強度 1700 N/mm2，最小破斷拉力 57.5 t，主井首繩直徑39 mm，抗拉強度1670 N/mm2，最小破斷拉力 90.9 t。

(2)利用爆破剩余的大孔作為錨索孔，錨索結構分為堵孔段、內錨段、填充段和外錨段。堵孔段長度約0.5 m，包括堵孔塞、堵孔砂和堵孔砂漿。內錨段長度為6 m，是錨索底部的受力端，其繩索底端為解散繩體并向上翻轉的錨頭結構。外錨段長度為4 m，是錨索頂部及孔口的受力端，其外錨頭由橫臥孔口的鋼筋與繩體通過繩卡連接而成。內錨段和外錨段灌入的水泥砂漿其灰砂比均為1∶1。填充段是內錨段與外錨段之間的部位，由灰砂比為1∶10的砂漿灌入而成。填入低強度的膠結體使得錨索具有一定的韌性，能抵抗較大的變形，同時提高其抗爆破破壞的能力。

(3)灌漿水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥。

3.2 錨索支護施工

(1)材料制作與準備。根據每個鉆孔的孔深切割鋼絲繩，鋼絲繩的長度大于孔深1.5 m。用柴油清洗鋼絲繩，除去鋼絲繩表面的油污和鐵銹，并對鋼絲繩一端打毛，形成內錨頭。另外根據設計要求制作對中器、外錨鋼筋、洗孔器等，并準備此次錨固所需要的各種材料。

(2)洗孔。將洗孔器接至高壓水管，放入孔內上下沖洗孔壁至孔壁干凈為止。

(3)堵孔。首先采用堵孔塞堵塞孔底，堵孔塞的高度約高于孔底0.2 m，然后放入少量黃沙以便堵住孔塞與孔壁間的空隙，再灌入約0.2 m高的水泥砂漿，使孔底完全被封住。孔底的最終封堵高度約為0.5 m，孔底封堵后，應靜置24 h，以便堵孔砂漿凝固。

(4)送繩。送繩前，先檢查孔內是否有積水，若有積水，用風管吹干。先用測繩準確量出堵塞后的孔深，將對中器套入鋼絲繩(每根錨索套3個對中器)并用鐵絲固定，然后將制作好的鋼絲繩放入孔內，利用扒桿、滑輪懸吊鋼絲繩，使鋼絲繩在孔內的長度等于孔的深度。在孔口用繩卡將鋼絲繩與孔口鋼筋連接，使鋼絲繩固定，然后可松解滑輪和扒桿。

(5)灌漿。分別按灰砂比為1∶1和1∶10配制2種水泥砂漿，前者宜采用機械攪拌，以保證攪拌質量。水灰比以保證砂漿有適宜的流動性為好，取0.35～0.4。首先將灰砂比為 1∶1的砂漿灌入孔內，用測繩測量高度，灌漿高度達6 m時，內錨段灌漿完成，改用灰砂比為1∶10的砂漿灌漿，繼續用測繩測量高度，當高度至孔口還有4 m時，填充段灌漿完成，再改用灰砂比為1∶1的砂漿灌至適當高出孔口，形成孔口封閉，完成外錨段灌漿。

－510 m中段懸臂狀大理巖薄板錨索錨固共利用大孔16個，孔深合計287 m，錨索長度311 m。錨索安裝完畢直至上盤采場空區充填結束，頂板大理巖未出現明顯垮落，說明大孔錨索錨固效果良好。

4 結語

實踐表明，采場穩定是采場回采的核心環節，只有在充分研究礦、圍巖，充填體的穩定性的基礎上，選擇合理的采場結構參數、回采工藝技術，才能實現采場順利回采。安慶銅礦經過多年的科學研究和生產實踐，探索出一套較為完善的生產管理、生產技術體系，為高階段大直徑深孔采礦法在安慶銅礦的廣泛應用打下了堅實的基礎。

[1] 龍維祺，霍永基，等.工程爆破理論與技術[M].北京:冶金工業出版社，1992.

[2] 韋永登.誘導崩落技術在銅坑礦的應用[J].采礦技術，2008，8(2):9－10.

[3] 王善元.我國大直徑深孔采礦技術的研究與發展趨勢[J].礦業研究與開發，1998，18(3):8 －11.

[4] 鄒賢季，衛 明.高階段大直徑深孔采場穩定性影響因素分析及回采技術措施[J].采礦技術，2005，5(3):1 －2.

[5] 孫再東，李樟鶴.安慶銅礦高階段大直徑深孔采礦技術研究與實踐[C]∥第五屆全國采礦學術會議論文集，成都:中國硅酸鹽學會，1996.

2011－02－15)

衛 明(1968－)，男，安徽金寨人，高級工程師，主要從事采礦技術現場施工和管理工作。