導流放礦技術在謙比希銅礦的應用

丁航行，任鳳玉，曹建立，張晉軍，楊清平

（1．東北大學 資源與土木工程學院，遼寧 沈陽110004；2．中色建設非洲礦業有限責任公司 謙比希銅礦，贊比亞 基特偉22592）

1 概述

謙比希銅礦主采區Ⅴ盤區礦體，水平厚度11～13m，傾角36～50°，采場平均品位2．0%～2．54%。在礦體下盤賦存一層0．5m厚的富礦帶，富礦品位3%～7%。礦巖中等穩固到不穩定。近年在謙比希采礦方法研究中，我們將沿脈布置回采進路的無底柱分段崩落法，引入含不穩巖層的傾斜中厚礦體的開采中，通過優化參數，解決了采準工程的塌冒難題［1－3］，實現了采場的正常生產，在一定程度上降低了采礦成本，提高了生產能力，但仍然存在著礦石損失貧化大的問題。這是因為，由于礦體傾角不足，大部分崩落礦石只有一次回收機會，該分段放不出來的礦石，絕大部分將殘留于下盤形成永久損失［4］。雖然采取了較小的分段高度與開掘下盤巖石等一整套降低下盤損失的技術措施，但仍不能很好地解決礦石損失貧化大的難題。近期采取導流放礦技術，有效地改善了無底柱分段崩落法在傾斜中厚礦體中的開采效果。

2 導流放礦原理及參數

實驗研究發現，在傾斜中厚礦體分段崩落法的放礦過程中，覆蓋層廢石沿上盤邊壁快速到達漏口軸線的上方，并以較快的速度到達出礦口［5］，這是導致下盤側形成較大的下盤殘留體的主要原因 （圖1）。

圖1 傾斜中厚礦體崩落礦巖移動過程的實驗圖形

為降低下盤損失，通常采取降低分段高度與開掘下盤巖石的方法，前者會增大采準工程量，從而增加了采礦成本；后者在放出部分下盤殘留礦石的同時，需放出大量的廢石，由此增大了放出礦石的貧化率。由此可見，僅僅通過上述兩種方法，不能很好解決下盤礦石損失貧化大的問題。

為減小下盤殘留礦量和放出礦石的廢石混入量，除現有技術措施外，還需要限制上部覆蓋層廢石的移動速度，而增大下盤側崩落礦石的移動速度。為此，本文提出導流放礦的采場結構，即在回采炮孔排面的頂部，留下三角形臨時頂柱，阻擋沿上盤邊壁的快速流動的廢石流，將覆蓋層廢石下移的位置引導到下盤側，使其通過下盤側的開口 （導流口）流入分段采場內，由此達到降低覆蓋層廢石移動速度和增大下盤側崩落礦石移動速度的目的 （圖2）。預留的上盤三角礦柱，通過合理確定尺寸，使其在出礦后期自然冒落，在本步距或下一步距的出礦過程中得到回收。此外，再根據不同礦體的特性，確定最佳的開掘巖石高度、沿脈回采進路的合理位置和合理的分段高度［6］，以與上盤留三角形礦柱和下盤導流的措施有機結合，便可使開采傾斜中厚礦體的礦石損失貧化大的現象得到更好控制。

上盤三角頂柱和導流口的尺寸，是導流放礦技術的兩個主要參數 （圖3）。

圖2 導流放礦采場結構與礦巖移動過程示意圖

圖3 導流放礦參數示意圖

上盤三角頂柱的寬度 （w），主要由礦體的水平厚度決定；高度 （h）主要由礦巖穩固性確定。若礦體穩固性較好，頂柱的高度可取小些；若穩固性較差，取大些。三角頂柱的下表面呈弧形，其曲率半徑的大小，由該部位礦石的可冒性決定，一般取分段高度的1～1．5倍。當礦石容易冒落時，取用較大的曲率半徑；反之，取用較小的曲率半徑。

導流口的尺寸，即下盤側邊孔與相鄰炮孔的孔底距離 （l），使形成的導流口，確保上部散體沿下盤流動，達到導流的目的。下盤側的第三個炮孔，不應與上分段采場崩透，也不應留下過厚的頂柱，為此，要控制該炮孔的深度，使其孔底至上分段采場邊界的距離略小于0．7755倍的抵抗線。

3 現場試驗方案

2010年2～5月，我們在謙比西銅礦Ⅴ盤區547ML分段Ⅴ－6＃采場，進行了導流放礦工業試驗。該采場位于2070線與2130線間 （圖4），礦體水平厚度12～13m，傾角39～48°，平均地質品位2．30%，下盤富礦帶的厚度0．5m，品位3%～7%。

試驗回采炮排為1～10排，考慮到爆破空間關系，將1～5排設為正常回采炮排，6～10排設為導流放礦的試驗炮排 （圖4、圖5）。回采進路的布置原則，是使下盤邊孔角為65°時，盡可能多的回收礦石。按照此原則，布置的進路中心距礦體下盤邊界水平距離為8．0～8．4m。回采進路的支護，采用錨索和錨桿加金屬網條聯合支護，錨桿長度1．8m，每排7根，排間距2m；錨索長度6m，每排3根，排間距6m。

切割工程布置在采場的端部，回采時從切割槽向采場聯巷進行退采。炮孔采用Simba H1354型鑿巖臺車進行雙鑿巖中心鑿巖，鑿巖中心高度1．9m，間距1．0m，炮孔直徑76mm。為提高鑿巖效率，采用集中鑿巖，一次將采場的炮孔全部鑿完。崩礦步距為2．0m，炮孔下盤邊孔角65°，上盤邊孔角50°，孔底距為2．2～2．6m （圖6b）。爆破采用粒狀銨油炸藥，為保護眉線不遭破壞，孔口不裝藥的長度為1．5m和3．0m間隔布置。出礦采用TR 2m3柴油鏟運機出礦。

試驗采場分段高度9．6m，礦巖中等穩固，上盤三角頂柱的高度取3～4m，寬度取7～8m，曲率半徑取用1．2倍的分段高度，即 1．2×9．6＝11．52m。導流口的尺寸為2．3～2．6m。

4 試驗結果分析

現場試驗表明，采用導流放礦技術后，礦石的回采率得到提高，貧化率有所降低。由表1可知，采用導流放礦技術的炮排回采率比正常炮排提高了6．26個百分點，而貧化率降低了3．91個百分點，試驗效果顯著。同時，由取樣分析可知，采用導流放礦技術的炮排，高品位礦樣 （品位≥3%）的出現頻率，約高了正常炮排的一倍。由于品位高于3%的礦石主要集中在下盤側富礦帶內，可見導流放礦技術對于促進下盤側礦石的回收起到了積極作用。

圖4 Ⅴ－6＃試驗采場平面圖

圖5 試驗采場炮孔布置對比

表1 試驗采場主要技術經濟指標對比表

5 結論

（1）謙比希銅礦主采區Ⅴ盤區為傾斜中厚礦體，應用無底柱分段崩落法開采，礦石損失貧化較大的原因之一，是覆蓋層廢石沿上盤邊壁快速到達出礦口，由此造成貧化礦石放出的時間過長和下盤礦石殘留體過大。

（2）從改進廢石漏斗的形成過程入手，采取導流放礦措施，即在采場頂部預留上盤三角礦柱，只在下盤側與上分段采場崩透，形成導流口，將散體重力流在放礦初期引向采場的下盤側，由此減緩頂部廢石的下移速度，可有效地改善放礦效果。

（3）現場工業試驗表明，導流放礦技術可顯著降低礦石損失貧化率，并可明顯加大謙比希銅礦下盤富礦帶的回采率。

［1］ Ren F Y，Wang Q，Li Y H，et al．An experimental study on stress－relieve sublevel caving at the Chambixi Copper Mine ［C］．／／21st World Mining Congress ＆ Expo．2008．Poland：The World Mining Congress，2008：7－12．

［2］ 王文杰，任鳳玉．謙比西銅礦巖體穩定性分級及錨桿支護參數優化 ［J］．中國礦業，2008，17 （7）：58－61．

［3］ 張晉軍．謙比希銅礦主礦體無底柱分段崩落法改進途徑［J］．中國礦山工程，2009，38 （5）：10－12．

［4］ 王劼，楊超，張軍，等．傾斜中厚礦體分段崩落法損失貧化控制技術 ［J］．金屬礦山，2010，408：57－59．

［5］ 王文杰，任鳳玉．無底柱分段崩落法礦石貧化原因分析［J］．中國礦業，2008，17 （3）：69－72．

［6］ 陶干強，劉振東，任鳳玉，等．無底柱分段崩落法采場結構參數優化研究 ［J］．煤炭學報，2010，35 （8）：1269－1272．