分段空場嗣后充填采礦法在銅綠山礦的應用

熊國雄

(大冶有色金屬有限責任公司銅綠山銅鐵礦)

?

分段空場嗣后充填采礦法在銅綠山礦的應用

熊國雄

(大冶有色金屬有限責任公司銅綠山銅鐵礦)

銅綠山礦原主要采用上向水平分層充填法，手工鑿巖，生產效率低下，勞動強度大，安全性差，無法滿足深部礦體安全高效開采要求。通過引進分段空場嗣后充填采礦法，并在井下采場試驗。結果顯示，變更采礦方法生產能力可達到450 t/d,礦石貧化率可控制在5%，回收率可提高到94%，大大提高了生產能力、生產效率和資源回收利用率，分段空場嗣后充填采礦法在銅綠山礦具有較好的推廣應用價值。

分段空場嗣后充填采礦法 中深孔爆破 貧化率 回收率

銅綠山銅鐵礦礦床位于鄂東南地區，長江中下游銅鐵礦成礦帶西部,是一個以前震旦系為基底、自震旦紀至三迭紀的坳陷帶，發育了一套海相、陸相的穩定沉積，后經印支、燕山多旋回運動，形成了結構復雜的蓋層褶皺帶。礦體在剖面上呈透鏡狀或似層狀，主要賦存在巖漿巖與大理巖的接觸帶，其次賦存在接觸帶的大理巖間，接觸構造為礦區主要控礦構造[1]。礦體總體傾向東南，傾角為60°～80°,巖石節理裂隙發育，屬中等穩固；頂底板圍巖主要為矽卡巖、大理巖、斜長石等，巖性復雜，屬中等穩固～不穩固[2]。目前主要回采Ⅲ#、Ⅳ#礦體，-305,-365,-425,-485 m 4個中段。其中Ⅲ#礦體長約600 m，礦體厚7～80 m；Ⅳ#礦體長約1 400 m，厚3～5 m。隨著開采深度的不斷增加，礦體逐漸變薄。同時，礦巖內部的原巖應力隨之加大。在沒有開采工程擾動的情況下，巖體處于原始平衡狀態。地下巷道或采場的開挖打破地層原始平衡狀態，導致地應力釋放，從而引起巖體的變形和向自由面的位移，使得圍巖應力重新分布。圍巖的過量位移和應力集中將導致圍巖局部或整體的失穩和破壞，穩定性越來越差。銅綠山礦原采用VCR采礦法，由于礦體變小，開采深度增加，礦石貧化嚴重，采場邊幫和頂板穩定性變差；后來采用普通法上向水平分層充填采礦法，由于人工強度大，生產效率低下，均無法滿足安全生產的需要[3]，急需對現有采礦方法變更優化。

1 采礦方法選擇

為保證井下安全高效生產，銅綠山礦和中南大學展開合作，決定變更現有采礦方法。

采礦方法選擇原則[4]：

(1)具有安全和良好的工作條件。

(2)能夠充分、高效、綜合利用地下礦產資源。

(3)具有較大的生產能力和較高的生產效率。

(4)開采成本低、經濟效益高，對生態環境破壞小。

(5)具有通用性。

根據以上原則，中南大學結合銅綠山礦的生產需要和井下作業條件，確定采用分段空場嗣后充填采礦法。該采礦方法機械化程度高，人工強度低，生產效率高，采切工程量小，礦石貧化小，安全系數高。

2 采礦工藝

2.1 采場結構參數

采場垂直礦體布置，礦塊長度是礦體厚度，礦塊寬10 m，60 m，頂柱高12 m，底柱高8 m，分4個分層回采，分層高13 m。在礦體上盤穿脈內設置一條通風管纜井，規格尺寸為1.6 m×1.6 m。分段空場嗣后充填法示意見圖1。

2.2 采切工程布置

2.2.1 鑿巖巷道

每個分層的鑿巖巷道布置在脈內礦體上盤，且為了鉆孔時排間孔深趨于平均，爆破時方便落礦，通常把鑿巖巷道布置在采場中間。為滿足鑿巖、裝藥、出礦設備的進出，巷道尺寸為4.0 m×3.5 m，施工過程中以礦界為作業界限，不得超出采場界限。

2.2.2 切割槽

在每個分層鑿巖巷道的端部施工2 m×2 m切割橫巷，然后采用上向中深孔一次爆破成井法施工2 m×2 m天井，以天井為自由面分別向采場兩幫控制線擴幫，最終形成寬10m、高12m的切割槽，為后續連續爆破提供充分的自由面和補償空間。

圖1 分段空場嗣后充填采礦法示意(單位：m)

2.2.3 底部出礦結構

為保證采場出礦效率，沿采場方向布置3條出礦進路，斷面規格為3 m×2.8 m。

2.3 回采作業

中深孔分段鑿巖設備主要有YZ-90型鉆機、阿特拉斯K41型鑿巖臺車、山特維克DL331型鑿巖臺車。為提高鉆孔功效，選擇山特維克DL331型鑿巖臺車。

切割槽區域鉆鑿垂直上向平行孔，分段鑿巖巷道鉆鑿上向扇形平行炮孔，鉆孔直徑為76 mm，切割槽孔排距為1.2 m，正常孔排距為1.5～2 m，孔底距為2～2.5 m，邊孔角度為15°，裝藥系數為0.8。

首先要完成切割井的爆破落礦工作，一次成井后兩邊擴幫，向中央掏槽方向爆破，形成切割槽。正常區域每次爆破3～5排，向切割槽空區內爆破，依次后退式開采。采用金能JNJR-100型裝藥臺車裝藥，非電導爆管排間微差孔底起爆，微差間隔時間為25 ms。

采場回采過程中，要控制好鉆孔角度和偏斜率，遇到破碎帶要控制鉆孔速度；使采場頂板沿礦體走向形成微拱形；嚴格控制頂板、采高及礦體邊界，嚴格按地質測量人員的標定進行回采，以控制好損失率、貧化率。采場回采完畢后必須達到設計要求。

2.4 礦石搬運

采用機械搬運和重力搬運相結合的方式，分段平巷每隔30 m布置一個脈外漏斗。采場爆破結束后，采用WJD-2型電動鏟運機從每個分段的鑿巖巷道鏟運部分礦石，遺留下的礦石留待下部分段出礦。一個分段回采完成后再回采下一分段，最后一個分段回采后，空場內遺留的礦石采用遙控鏟運機出礦，將鏟出的礦石卸至周邊溜井，統一階段運輸。出礦大塊最好不要在采場內進行二次爆破，防止對底部出礦結構造成破壞。

2.5 通 風

采用局扇通風，新鮮風流由中段石門巷道或采準斜坡道進入出礦巷道或分段鑿巖巷道，沖洗工作面后，污風由分段巷道或采場空區、上中段回風道至風井排出地表。

2.6 充 填

采場出礦結束后，一次充填采空區。充填前采場內設置好濾水管，做好堵壩工作。充填材料為全尾砂和固化劑，一步采礦房充填采用全尾砂膠結充填，灰砂比為1∶13；二步采礦柱充填采用全尾砂充填，膠結鋪面，鋪面厚0.5 m，灰砂比為1∶6。

3 技術經濟分析

通過分段空場嗣后充填法現場試驗得出，該方法相比原采礦方法生產能力大，礦石損失貧化小。詳情見表1。

表1 部分技術經濟指標對比

4 結 論

分段空場嗣后充填法在銅綠山礦取得了成功，有效改善了生產功效不足的現狀，提高了生產機械化程度和勞動生產率，降低了人員定額和勞動強度，減少了采準切割工程量和礦石貧化損失，作業安全性較好，成本低。在銅綠山礦深部開采不斷延伸過程中，還需要根據現場情況，不斷總結經驗，優化設計方案和工藝參數，提高管理水平和設備效率，進一步推進該采礦方法在地下礦山的應用。

[1] 成 涌,戴宏輝,周科禮，等.盤區機械化上向中深孔高分層充填法在銅綠山礦的應用[J].采礦技術.2015,15(6):3-5.

[2] 熊國雄,趙雄文,盧 波，等.上向水平進路充填法在銅綠山礦的應用[J].現代礦業，2012(11):4-6.

[3] 周科禮,黃 憲,王 耀，等.高效采礦方法優化方案在銅綠山礦的試驗[J].現代礦業，2010(9):69-71.

[4] 薛希龍.黃梅磷礦高濃度全尾砂充填技術研究[D].長沙：中南大學，2012.

2016-07-26)

熊國雄(1979—)，男，助理工程師，435101 湖北省黃石市大冶市金湖街道。