無底柱分段崩落法在謙比西銅礦的應用

綦曉磊 蘇永定

(1.西部銅業有限公司;2.金誠信礦業管理股份有限公司)

謙比西銅礦隸屬于中色非洲礦業有限公司(NFCA)，該公司由中國有色礦業集團有限公司與贊比亞政府和贊比亞國家聯合銅礦公司共同組建(ZCCM)。銅礦位于贊比亞北部銅帶省，距盧薩卡(Lusaka)360 km、距贊比亞第二大城市——基特韋市(Kitwe)28 km。礦山設計規模為年采選礦石180萬t，日采選礦石6 000 t，設計采用主混合井加輔助斜坡道開拓方案，主要采礦方法有無底柱分段崩落法、上向水平分層充填法、空場嗣后充填法。現主要介紹無底柱分段崩落法在該礦山的實際應用。

1 地質概況及開采技術條件

謙比西礦區位于贊比亞銅礦帶的西南帶，在基特韋(Kitwe)和欽戈拉(Chingola)之間。構造上位于北西—南東走向的卡富埃(Kafue)背斜的西南翼。地層主要由基底和加坦加(Katanga)系構成。基底為盧福布(Lufubu)系片巖、石英巖、片麻巖、變質花崗巖和穆瓦(Muva)系石英云母片巖。區內揭露的加坦加系地層主要包括下羅恩(Lower Roan)組和上羅恩(Upper Roan)組沉積變質巖。主礦體走向近東西，傾向南，傾角45°左右。礦體走向長2 000多m，平均厚度7.4 m左右，平均品位2.7%左右。礦體延深從地表附近至900 m以下，深部沒有封閉。

2 原采切設計方案及生產中存在的問題

2.1 原采切設計方案

礦塊沿走向布置，長50 m，礦塊寬度為礦體厚度，中段高度200 m，分段高度15 m。

采用脈內外聯合采準，每分段在礦體下盤圍巖內沿礦體走向布置脈1條外運輸巷，在礦體內靠近礦體下盤沿走向布置1條鑿巖巷，在靠近礦塊中間位置布置1條聯絡巷聯通鑿巖巷與脈外運輸巷，在礦塊兩端垂直于礦體走向分別布置1條切割巷，形成2個礦塊共用1條切割巷的條件，在切割巷上盤端部布置1條切割井。

2.2 生產中主要存在的問題

采場由兩端向中間后退式爆破回采，崩礦步距2 m，由于采場回采時間較長，礦體不太穩固，回采過程中鑿巖巷頂板不斷受到爆破沖擊波的破壞，造成采場兩端分別回采至靠近采聯10 m左右時鑿巖巷發生頂板垮塌情況，致使中深孔無法裝藥爆破，礦石無法回收，損失率超過40%，同時因巷道垮塌而增加了安全隱患，給安全生產帶來了巨大壓力。為了解決此問題，經技術與生產部門研究決定在鑿巖巷垮塌區域采取錨索與鋼拱架同時支護方式進行頂板支護實驗，實驗結果是依舊無法控制鑿巖巷頂板在此區域的垮塌情況(垮塌及支護區域見圖1)。

圖1 垮塌及支護區域示意

針對上述出現的問題，在采取比較保守的支護手段仍不能解決問題的前提下，結合礦體下盤圍巖較穩固的現狀，技術部門決定變更采切設計方案進行實驗。

3 新設計方案、鑿巖爆破及回采工作

3.1 采切變更方案

3.1.1 礦塊結構參數

礦塊結構參數與原設計方案相同。

3.1.2 采切工程布置

采切工程布置見圖2。

圖2 采切工程布置

(1)變更設計后沿走向布置的無底柱分段崩落法采切工程有分段脈外運輸巷、脈外鑿巖巷、切割巷、采場聯絡巷、切割井。

(2)采切工程布置方式:鑿巖巷由原設計的脈內鑿巖巷變更為脈外鑿巖巷，其他采切工程布置方式與原設計方案相同。

(3)采切工程斷面規格:為滿足中深孔鑿巖設備運行及作業，運輸巷、鑿巖巷、切割巷、采聯等采準工程斷面規格均設計為3.7 m×3.7 m，切割井規格為2 m×2 m。

3.2 鑿巖爆破及回采

(1)切割槽爆破參數。切割槽原布孔方式為上向扇形中深孔，但在生產過程中經常發生懸頂現象，因此將布孔方式改為每排布置4個平行上向中深孔，實踐證明此布孔方式大大降低了懸頂機率。炮孔排距1.2 m，孔間距0.5 m，每次爆破1～4排，采用排間微差爆破。

(2)鑿巖。采用SB1254鑿巖臺車在切割巷及脈外鑿巖巷內分別施工垂直上向平行深孔和垂直上向扇形深孔，正常排排距2 m，孔底距2.2 m，穿孔直徑76 mm，邊孔角30°。

(3)裝藥、爆破、回采。采用多孔粒銨油炸藥，BQF－100型裝藥器進行裝藥，導爆管雷管孔底、孔口雙向起爆方式進行起爆，從采場兩端分別同時向切割槽方向擠壓爆破，后退式回采，每次爆破1排，回采至接近采聯位置時預留5排左右中深孔同時裝藥爆破。裝藥系數0.8～0.9，炸藥單耗0.38 kg/t，每米崩礦量8 t。

(4)出礦。采用無底柱出礦結構，在鑿巖巷內進行出礦，分段落礦，分段出礦。使用ST1030、TR410、TR307等4 m3、2 m3鏟運機進行出礦，礦石倒入脈外溜井，通過中段運輸巷進入主井提至地表。

(5)通風。由于井下溫度較高，鏟運機油煙較大，采用自然通風與局扇通風相結合的方式，回采過程中回采分段與上分段采空區采通，污風排至上分段采空區，再通過中段回風巷排至回風井排至地表。同時在采聯與脈外運輸巷交匯口處架設1臺11 kW風機，連接風筒布至出礦工作面，壓入新鮮風流，改善作業環境。

(6)支護。由于采場回采周期較長，為了保證脈外鑿巖巷頂板的穩定，在靠近采聯位置巷道頂板施工6 m長錨索進行支護，錨索從采聯與鑿巖巷交匯口處分別向兩邊各施工3排，4 m施工1排，每排施工5根。

4 遇到的主要問題及解決辦法

(1)由于鑿巖巷布置方式由脈內變為脈外，增加了廢石掘進量，加重了主提升系統的負擔，主井為混合井，提升能力不足，采取優先提礦的原則，因此區隊在生產組織中采取了措施減少廢石出坑:①充分利用回采結束采場的采聯等廢舊巷道將廢石堆入;②采區如果有充填法采場，在充填前將掘進廢石回填采場。

(2)爆破過程中由于沖擊波不斷破壞鑿巖巷頂板，經常導致中深孔孔口位置發生變形，出現錯孔現象，裝藥管無法伸入孔內裝藥。此問題的解決方法為:將少量卷裝炸藥放至孔口錯孔處，將錯孔位置的圍巖先炸掉再進行裝藥。

(3)鑿巖巷布置在脈外，部分中深孔在廢石內鉆鑿，爆破后爆堆先是廢石，如直接往礦石溜井里出礦，貧化率接近40%，因此在實際生產中采取2個措施降低貧化:①在裝藥過程中進行控制，參照設計，中深孔孔口廢石段盡量不裝藥或少裝藥，減少爆破廢石量;②爆破后在出礦前先將爆堆內廢石分出至廢石溜井，再進行出礦。通過采取以上措施，使貧化率由原來的40%左右降至25%左右。

(4)礦體上部有含水層，部分中深孔施工完后孔內有大量水流出，導致散裝藥無法裝藥，影響裝藥效率與爆破效果。解決問題的措施有:①超前施工采準工程，同時采用鉆孔與巷道進行提前疏水;②從炸藥廠訂購與孔徑匹配的卷狀乳化炸藥，遇出水較大的孔用乳化炸藥代替散裝藥;③采取即裝即放的方式，裝完藥后馬上警戒放炮。

5 結語

無底柱分段崩落法在謙比西銅礦回采中占有較大比重，通過變更設計與實踐摸索總結，解決了因巷道垮塌導致安全隱患大、回收率低的問題。在生產過程中通過采取一系列措施解決了因變更設計帶來的實際問題，為礦山完成任務指標提供了保證，同時也為其他類似礦山提供了參考經驗。

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