盤區機械化上向中深孔高分層充填法在銅綠山礦的應用

成 涌，戴宏輝，周科禮，熊國雄，史秀志，邱賢陽

(1.大冶有色金屬集團控股有限公司， 湖北黃石市 435500；2.中南大學資源與安全工程學院， 湖南長沙 410083)

盤區機械化上向中深孔高分層充填法在銅綠山礦的應用

成 涌1，戴宏輝1，周科禮1，熊國雄1，史秀志2，邱賢陽2

(1.大冶有色金屬集團控股有限公司， 湖北黃石市 435500；2.中南大學資源與安全工程學院， 湖南長沙 410083)

針對銅綠山礦深部開采面臨的礦巖穩固性變差、礦體開采技術條件差等難題，試驗研究盤區機械化上向中深孔高分層充填法。該采礦方法鑿巖、裝藥爆破、出礦等均采用機械化配套設備，12m的高分段采用2個高分層回采。經多現場試驗研究，該采礦方法采礦效率高、采場綜合生產能力大、綜合勞動強度小、采場作業較安全，已經在銅綠山礦得到了大規模推廣應用。

盤區機械化上向分層充填法；采場結構；回采工藝；深部礦體

0 前 言

目前，銅綠山已全面進入深部開采，不僅面臨深井“三高一擾動”的惡劣環境，而且深部礦體和上部中段相比有較大的變化，厚大礦體所占比例縮小很多，礦體傾角變化大，分支復合現象普遍，礦巖穩固性變差。目前礦山主要使用上向分層充填法，該采礦方法采用氣腿鑿巖、人工裝藥爆破，生產效率低、勞動強度大，且人員暴露在空場下作業，安全性差。為確保深部資源安全高效回采，保持礦山生產的連續性，銅綠山礦于2014年開始在普通上向分層充填法的基礎上成功試驗盤區機械化上向中深孔高分層充填法。該采礦方法的鑿巖、裝藥爆破、出礦等工藝均采用機械化配套設備，12m的高分段采用2個高分層回采，大大提高了采礦采場生產效率和作業安全性。

1 深部礦體開采技術條件

根據銅綠山礦目前的開采情況，深部礦體開采主要位于6＃～9＃勘探線之間[1]，礦體總長約1000m，主礦體為Ⅲ、Ⅳ號礦體，約占總礦量的80%。其中，Ⅲ號礦體位于0～13勘線之間，長約350～400m，傾角50°～80°，一般厚度為5～25m，最大厚度達120m；Ⅳ礦體主要為銅鐵礦石，還有少量單銅礦石及鐵礦石，礦體呈長條狀，剖面上呈似層狀。礦床水文地質屬于以溶洞為主，頂底板直接進水，水文地質條件中等至復雜。礦體項板圍巖在15線為矽卡巖及大理巖，19～29線為大理巖或白云質大理巖，底板為花崗閃長斑巖，均屬堅固巖石，Ⅳ號礦體圍巖穩定性強于Ⅲ號礦體。

2 采礦方法

2.1 采場結構參數

礦體厚度較大時，采場垂直走向布置，階段高度60m，采場長度為礦體厚度，寬度為8～12m，底柱高度12m，分段高度12～13m，每個分段分成2個分層回采，第一分層回采高度3.0～5.0m，第二分層回采高度5.0～6.0m，回采由下往上進行，分礦房、間柱兩步驟回采。

2.2 采準切割

斜坡道布置在礦體下盤，采掘人員和設備由斜坡道通過分段平巷聯絡道進到分段平巷中，從分段平巷中掘進路進入采場，每個采場布置一個天井，用于通風和掏槽自由面，如圖1所示。第一分層回采時，施工一條切割巷，并拉寬到采場寬度，形成3.0m的補償空間和鑿巖設備作業空間。分段平巷及彎道等巷道斷面3.2m×3.0m，分段聯絡道，分層聯絡道，等巷道斷面3.0m×3.0m，拉底巷3.0m×3.4m，回風天井2m×2m。

2.3 回采工藝

(1)鑿巖。采用Boomer K41X型鑿巖臺車鉆鑿上向平行炮孔，孔徑51mm，第一分層孔深為3.0～5.0m，第二分層孔深5.0～6.0m，按梅花狀布孔，掏槽區孔網一般為1.0m×1.2m，側崩區孔距為1.3m～1.5m，排距為1.4～1.6m，為保證兩幫不受沖擊波的損害，礦房采場邊孔距離邊界0～0.4m，間柱采場邊孔距充填體0.6～0.8m，邊孔孔距0.5m，并每隔3～5m用水平臺車打一個仰角45°的邊幫控制孔。

(2)裝藥爆破。一個分層采場鑿巖后一次裝藥爆破。采用裝藥臺車裝填銨油炸藥，導爆索與起爆藥包一起裝入孔底，采用雙發雷管引爆，抵抗線1m，孔口裝填炮泥0.5m。由于采場空高較高，尤其第二分層最高空場達9m，為保護邊幫，邊孔采用不耦合裝藥或竹筒間隔裝藥。采用1～30段高精度毫秒雷管起爆炸藥，邊孔滯后一段起爆，整個爆破網絡采用導爆索與毫秒雷管非電復式起爆網絡起爆。

圖1 采礦方法示意圖

(3)頂板松石處理。一個分層采場爆破后，必須經過足夠時間的通風才能進入采場進行松石處理。人工在爆堆上從采場口由外向里處理頂板和邊幫松石，第二分層爆破后由上一分段的聯絡道進入采場處理松石，必要時進行錨網支護。每次作業前均需進行松石處理，尤其注意礦石鏟出后露出邊幫的處理。

(4)出礦。確保頂板和邊幫安全后才能進行出礦作業。采用EST－31/2型電動鏟運機鏟裝礦石，運往礦石溜井卸載。

(5)采場充填。采場分層出礦后進行充填作業。礦房采場采用細砂膠結或尾砂膠結充填，間柱采場采用非膠結或尾砂膠結充填。充填高度為分層爆破高度，保留3.0m左右高度作為下分層爆破的補償空間和設備作業空間。待充填體達到強度后方可進行下一分層的回采作業。

3 采礦方法關鍵技術

3.1 高陡邊幫控制

邊幫控制是本采礦工藝最為關鍵的作業。為提高生產效率，12m的高分段采用兩分層回采，第一分層采后空場高度為7m，第二分層采后空場高度達9m，如果邊幫控制不佳，容易引起邊幫垮落，影響出礦、充填和下一分層的鑿巖作業，甚至可能出現大面積垮塌。因此，必須采取措施確保爆破后邊幫齊整。針對這一情況，采場爆破時邊孔采用光面爆破，邊孔孔距設計為0.5m，同時采用竹筒間隔裝藥，為施工方便，也可采取孔內放置PVC管的不耦合裝藥，PVC管放置在邊幫一側，同時，邊孔滯后于中間孔起爆，確保邊孔自由面朝向采場中間，降低炸藥爆破對邊幫巖石的沖擊破壞。經過現場試驗，邊幫控制效果很好，從未出現垮塌現象。

3.2 高分層換段爆破

第二分層爆破后，人員從上一分段的聯絡道進入礦堆上進行頂板處理作業，因此該次爆破非常關鍵。首先必須確保聯絡道施工至超過采場邊界一定距離，并設計好聯絡道坡度、彎道角度，以便設備進出方便。第二分層炮孔施工深度必須足夠，以便爆破后頂板高度高于聯絡道底板，確保第二分層爆破能炸穿上部聯絡道。由于上部提前施工好聯絡道，因此采場部分炮孔會打穿聯絡道，這給爆破帶來一定難度，該部分炮孔必須在上部聯絡道進行堵塞，確保裝藥到位，同時確保聯絡道沒有水，以免對裝藥爆破施工造成困難，造成爆破事故。

3.3 高空場頂板安全處理

分層采場爆破后，在礦堆上處理頂板松石，由于一次爆破面積大，且爆堆高度不均，尤其是側崩爆破區域，礦石往往向拉槽區域拋擲，造成采場口礦堆較矮，空高太高，這對頂板松石處理帶來一定困難。為克服這一難題，需通過改變起爆順序來解決礦堆高度不均的問題。采用如圖2的起爆順序，中間炮孔采用兩排同段爆破，且排間微差采用最短微差間隔，三段起爆后邊孔往中間爆破，減少礦石的拋擲。第二分層爆破后從上一分段的聯絡道進入采場處理頂板松石，采場與聯絡道接口處的炮孔先起爆，另一側的炮孔延后起爆，確保接口處爆堆高度足夠。由于炮孔施工深度控制不均，爆破后頂板容易出現凹凸不平的情況，必要時可用手持式鑿巖機施工一排水平孔，采用光面爆破將頂板切平，減少頂板松石處理難度，增加頂板穩定性。

圖2 側崩區起爆順序示意

4 結 論

銅綠山礦深部礦體條件復雜，采用盤區機械化上向中深孔高分層充填法，該采礦工藝鉆鑿上向中深孔回采，鑿巖、裝藥爆破、出礦等工藝均采用機械化配套設備，12m的高分段采用2個高分層回采。經現場試驗，該采礦方法采礦效率高、采場綜合生產能力大、綜合勞動強度小、采場作業較安全，已經在銅綠山礦得到了大規模推廣應用。

[1]岑佑華，余 琳.銅綠山礦深部開采開拓方案[J].中國礦山工程，2004，33(6):1-4.

[2]張 剛.淺談銅綠山銅鐵礦深部開采的地壓問題[J].采礦技術，2005，5(2):14-15.

[3]張木毅.凡口鉛鋅礦盤區機械化中深孔留礦法的應用[J].采礦技術，2002，2(3):24-26.

[4]劉穎歆.空氣間隔裝藥在銅綠山礦深孔爆破中的應用[J].爆破，1998(2):55-58.

[5]張 剛.銅綠山礦地下采礦技術的發展[J].礦業研究與開發，2000(12):8-9.

[6]趙金三.中深孔機械化采礦法在凡口礦的應用[J].世界采礦快報，2000，16(7):229-230.

[7]冷復生.銅錄山礦上向分層水平充填法的特點及發展[J].礦業研究與開發，2000，20(6):10-12.

[8]王海軍，任 萌.高分段空場采礦法的應用與施工優化[J].有色金屬，2013，65(5):15-19.

[9]盧 霞.盤區上向中深孔配套機械化采礦法實踐[J].采礦技術，2001，1(3):22-24.

2015-06-11)

成 涌(1967－)，男，湖北石首人，高級工程師，主要從事地下礦山采礦技術與安全管理方面的工作，Email:qiuxianyang_csu＠163.com。