謙比希銅礦下向深孔爆破分段嗣后充填采礦法試驗與應用*

2014-03-21 05:34:52楊清平王貽明劉曉輝胡文達

采礦技術 2014年1期

楊清平，王貽明，劉曉輝，胡文達

(1.北京科技大學土木與環境工程學院，北京 100083； 2.中色非洲礦業有限公司，北京 110105)

謙比希銅礦原隸屬于贊比亞聯合銅礦有限公司(ZCCM)，1965年開始露天開采，1975年露天轉地下開采，至1987年停產。1998年中國與贊比亞聯合組建中色非洲礦業有限公司(NFCA)，恢復對謙比西銅礦的開發。經核實，恢復建設時礦山保有礦石儲量29020443 t，平均銅品位2.69%，銅金屬量779627 t。礦山設計采用豎井和斜坡道聯合開拓，豎井提升，大型無軌設備回采和運輸，目前正在生產的有500 m(相對地表標高)、700 m以及900 m三個采區，已形成1,300,000 t/a的生產能力，平均出礦品位為1.8%[1]。

根據礦體的賦存條件和礦巖穩定性[2]，礦山在不同區域采用了不同的采礦方法，回采初期主要采用上向深孔爆破分段空場嗣后充填采礦法。在生產過程中，存在采切比大，礦石損失貧化嚴重、中深孔錯孔或堵塞頻繁及上盤圍巖大量塌落等諸多問題。通過大量論證分析，將原方案更改為下向中深孔爆破落礦。為了及時發現方案中存在的工藝缺陷，并進一步優化完善，擬在683～633 mL的55#采場進行下向孔回采實驗。

1 開采技術條件

683分段55#采場屬礦巖不穩固區域，礦體的直接底板為下盤礫巖，下盤圍巖還包括泥質石英巖、卵石礫巖、長石石英巖、底部礫巖等。礦體的直接頂板為礦化泥質板巖，上盤圍巖還包括石英巖和泥質板巖互層、石英巖、燧石白云巖等。泥質板巖礦體和上盤礦化泥質板巖厚度均為10 m左右，銅礦物主要為黃銅礦。采礦的大部分脈外采準工程均在泥質石英巖和中礫礫巖內。礦體與下盤泥質石英巖接觸帶有一層0.5-1.5 m厚的底礫巖，穩固性差(見圖1)。礦體水平厚度為5.28 m，傾角48°。683～650 mL分段高度30.7 m，采場地質礦量11573 t，地質品位3.01%。礦體下盤泥質石英巖較穩固。

圖1 實驗采場工程地質調查結果

2 采準切割

采用分段嗣后充填法回采，采場沿礦體走向布置，采場長30 m，采場之間留4 m間柱；分段高度31.4 m。分683 mL出礦水平和650 mL鑿巖爆破充填水平(見圖2)。683 mL出礦水平布置有脈外沿、出礦進路、受礦塹溝和切割小井。出礦結構采用平底結構，出礦進路間距10 m左右。650 mL為鑿巖爆破充填水平，沿650 9/865 mL分段平巷垂直礦體布置若干條進路(進路間距10 m左右，兼作下分段充填進路及上一分段的出礦進路)，隨后沿礦體走向布置鑿巖道，垂直礦體走向布置拉槽硐室，拉槽硐室布置在采場中央，具體采切工程量見表1。

表1 試驗采場設計采切工程量

3 開采工藝

3.1 采掘順序

整體上采用從下到上、從中間到兩翼，橫向隔一采一，縱向兩步驟回采的生產組織順序，采用廢石充填方式。具體采掘順序如下：650 mL和683 mL采場進路→683 mL采場鑿巖道→683 mL-650 mL上向人工天井→683 mL中深孔→683 mL切割槽爆破→683 mL出礦→683 mL正常排爆破→650 mL采場鑿巖道→683 mL出礦(出礦量占爆破量1/3)→650 mL下向切割天井及切割槽深孔施工→650 mL切割天井爆破(VCR法)→650 mL正常排深孔施工→650 mL切割槽爆破→650 mL正常排爆破→650 mL大規模出礦→650 mL廢石充填。

3.2 鑿巖道及頂板支護

根據礦體賦存條件，鑿巖道一般布置于礦體下盤的礦巖接觸帶上，其間的底礫巖層穩定性較差，因此，鑿巖道的有效支護成為必須解決的問題[3]。經過論證分析，設計采用錨噴支護[4-5]，主要包括：2.1 m管縫式錨桿支護、6.5 m的錨索支護以及噴射混凝土支護。管縫式錨桿隨進路和鑿巖道掘進支護，網度(1～1.5)m×(1～1.5)m，重點支護區域在進路及鑿巖道腰線以上，鑿巖道支護網度較密。鑿巖道、鑿巖道與進路交叉口、進路與進路交叉口加長錨索，設計采用6.5 m錨索支護，排距4 m。在加密錨索支護后，對650鑿巖道、切割巷進行全面噴射混凝土支護，噴射厚度約50 mm。實際支護效果表明[6]：“錨噴支護”方式保證了鑿巖道、切割巷以后的鑿巖、爆破施工安全(見圖3)。

同時，由于礦體上盤圍巖極不穩固，在爆破擾動下，上盤圍巖大量崩落提前混入，崩落礦石被包裹其中不能順利放出，導致礦石大量損失和貧化。因此，能否保證礦體頂板的穩定性是該開采方案成功與否的關鍵，必須對礦體頂板進行支護，以期達到預定效果。設計在相關采切工程完成后采用長錨索(錨索長度15.5 m和10.5 m)對礦體頂板進行支護，支護排距為2 m，具體見圖2。

圖2 分段布置與護頂長錨索

圖3 鑿巖道“錨噴”支護

3.3 鑿巖爆破

3.3.1 切割拉槽

采場下部拉底工程的切割井布置于礦體上盤，高13.5 m，規格1.5 m×1.5 m，使用普通法自下而上掘進[7]。以該天井為自由面，采用SimbarH1354鉆鑿垂直平行中深孔側崩形成切割槽，槽孔孔徑為Φ76 mm，排距1.5 m，間距1 m。采場上部(18 m)的切割井則采用中深孔分段爆破成井工藝，選擇球形藥包掏槽方案。鑿巖設備采用銅陵產T- 100高氣壓環型潛孔鉆機，孔徑為Φ100 mm，通過擴孔后，最大孔徑可達120 mm。切割井規格為2 m×2 m，炮孔采用9孔菱形布置，單次裝藥長度約0.6 m，爆破進尺約2 m。

3.3.2 采場爆破

切底工程的采場爆破以下部切割槽為自由面，采用SimbarH1354鉆鑿上向扇形孔側崩落礦，扇形孔孔徑Φ76 mm，排距2.4 m，孔底距為2～2.5 m；上部礦體以上部切割槽為自由面，側向崩礦，采用T- 100鉆機鉆鑿下向扇形孔，孔徑Φ100 mm，排距為2.1 m，每排根據礦體厚度布置5～7個扇形孔，每次爆破1～2排，直至采場回采完畢。具體炮孔布置見圖4。

圖4 炮孔布置

3.3.3 裝藥

上向爆破全部使用散裝炸藥，采用裝藥器裝藥。下向切割井和拉槽孔采用Φ80 mm，長度為400 mm的卷裝炸藥，正常排則采用散裝炸藥。藥卷采用懸吊方法裝入設計位置，采用間隔裝藥，間隔可以采用鑿巖時的返碴做間隔。對于通孔，裝藥前先堵孔；對于盲孔，裝藥前應采用高壓風吹孔將孔內水除去。

采用非電毫秒雷管孔口延期起爆導爆索，再由導爆索起爆炸藥，為防止拒爆等影響因素，對于切割井和切割槽爆破，應在藥包內配起爆彈，以達到萬無一失。

3.4 采場通風

采用礦井總負壓通風，對于局部或獨頭巷道，采用局扇通風，采場內炮煙排盡并由專業人員確認安全后方可進入下一工序作業。

3.5 采場出礦及充填

爆破落下的礦石在683 mL出礦進路內采用TR 007(或ST1010)型鏟運機出礦，并由鏟運機運至就近溜礦井(52#溜礦井)，出礦效率為400 t/臺班。采場采用強出強充的方式，出礦過程中要嚴格控制出礦量，盡量不要讓采場出空，避免導致采場頂板和下盤暴露出現垮塌，出礦時要各條出礦進路均勻出礦，不允許出現只出一條進路的情況發生。對于采場內的大塊，應采用二次爆破后再卸入溜井，以防大塊堵住溜井口。

采場出礦結束后，空區采用廢石充填。廢石采用鏟運機或坑內卡車運至650 mL進路內向采空區充填，廢石充填時，不充滿，充至與原鑿巖硐室底板平齊為止。