分段空場嗣后充填法在某銅礦深部開采中的研究

王 耀

(1.大冶有色金屬集團控股有限公司， 湖北 黃石市 435500；2.湖北省有色金屬資源開發與綜合利用工程技術研究中心， 湖北 黃石市 435500)

分段空場嗣后充填法在某銅礦深部開采中的研究

王 耀1,2

(1.大冶有色金屬集團控股有限公司， 湖北 黃石市 435500；2.湖北省有色金屬資源開發與綜合利用工程技術研究中心， 湖北 黃石市 435500)

某銅礦地下開采逐步轉向深部開采，為了解決深部開采面臨的問題，必須尋求適合深部開采的采礦方法，因此，提出了分段空場嗣后充填法，并對其礦塊布置、技術參數、施工與回采順序進行了試驗研究。通過試驗可以得出，該采礦方法施工工藝簡單，采礦作業更加安全，作業效率高，生產成本也較低，是一種可以滿足深部礦體安全高效開采的可行的采礦方法。

深部開采；分段空場嗣后充填；中深孔爆破

0 引 言

當前國內大部分礦山淺部資源即將或者已經消耗殆盡，礦山地下開采逐步轉向深部開采。深部開采面臨著“三高”等復雜地質條件，這些復雜的地質條件包括高應力環境，高溫環境等，會導致采礦成本的提高。而淺部開采適用的一些采礦方法可能無法解決深部開采的問題，因此，必須尋找更適合深部開采的高效采礦方法。

分段空場嗣后充填法本質是分段崩落、集中出礦、最后形成階段空場。該采礦方法對礦體地質條件與產狀有一定的要求：

(1) 礦體與圍巖必須中等穩固以上，否則就會導致采場大面積垮落冒頂而失去控制，引起礦石嚴重貧化；

(2) 采區布置必須連續性好，否則會引起礦石貧化損失；

(3) 適宜崩落法的采場傾角要大，否則緩傾斜礦體上盤貧化率大，下盤損失率大，技術經濟指標達不到要求；

(4) 礦塊劃分，若礦體厚度小于8～15 m時，沿走向布置；若礦體厚度大于8～15 m時，垂直走向布置。

分段空場嗣后充填法裝藥爆破均在鑿巖巷道內進行，采場作業頂板暴露面積小，采場作業安全，采礦工序簡單，作業效率高，與其他采礦方法比有一定的優勢，因此，對深部開采進行采礦方法試驗，以便深部開采應用。

1 某銅礦深部開采地質條件

某銅礦目前開采的礦體主要有Ⅲ號、Ⅳ號、Ⅺ號礦體。礦體走向接近南北，總長約1000 m。其中Ⅲ號礦體長約350 m，傾角50°～70°，厚6～60 m，礦體以含銅磁鐵礦為主，致密堅硬，f=8～12，屬中等穩固到穩固；其次為含銅大理巖和含銅矽卡巖，含銅大理巖f=7～8，屬中等穩固，含銅矽卡巖f=3～6，穩固性差，但以混合礦與原生礦為主的含銅矽卡巖，則致密堅硬，f=9～17，較為穩固。

Ⅲ、Ⅳ號礦體的上盤圍巖主要是大理巖或白云質大理巖，一般致密堅硬，完整性較好，屬中等穩固，f=7～15。礦體下盤巖性復雜，主要有矽卡巖、斜長巖和花崗閃長斑巖。矽卡巖、斜長巖為中等穩固，花崗閃長斑巖，堅硬穩固。局部矽卡巖化斜長巖、花崗閃長斑巖因高嶺土化、蛇紋石化，巖性松軟，穩固性差。本次試驗采場選擇在Ⅲ號礦體進行，礦體約30 m厚，礦體傾角約75°，礦體上盤為火成巖，下盤為矽卡巖。試驗區礦體中段高度為60 m,分段高度15 m，試驗采場垂直走向布置，試驗采場范圍標高-620～-665 m。

2 空場嗣后充填法試驗方案

2.1 礦塊布置試驗方案

試驗區礦體厚度30 m左右，試驗采場采用垂直走向布置，在試驗方案選擇上，所選試驗方案要有一定的代表性，以便后期推廣使用。

(1) 試驗方案要具有可操作性，設備易于施工，操作且易被人掌握。

(2) 試驗采場貧化損失率，采礦效率等技術經濟指標要好。

(3) 試驗技術參數要合理，采場大塊率要低，易于鏟裝。

綜合以上特點，試驗設備選擇采用YGZ—90鉆機，鑿巖孔徑65 mm，風動裝藥器裝藥，WJD—2電動鏟運機鏟礦，鑿巖巷道斷面3 m×2.8 m。

試驗采場礦塊寬度分別設計為8，6 m。當礦塊寬度為6 m時，采場跨度小，采場采空區小，但是設備不易擺布，且礦石損失大，效率低；礦塊寬度為8 m時，設備易擺布，網孔布置較均勻，效率較高，在地壓管理上，盡量采取前期少出礦，后期崩落完成后，大量快速出礦，盡快充填防止采空區片幫。最終確定采場跨度8 m較為合適。

采場底部采用塹溝出礦結構，每隔6 m布置一條出礦進路，端部切割槽位置專門布置一條出礦進路以便切割槽鑿巖、爆破與出礦以形成補償空間。

2.2 分段空場嗣后充填法合理技術參數

2.2.1 切割天井與切割槽設計

切割槽位置布置在礦體上盤，切割槽設計應考慮切割天井施工的安全，盡可能優化貧化損失率技術指標。切割天井采用YT—28鉆機施工，切割井斷面大小要合理，以防止切割槽爆破巖石夾制力過大導致爆破效果不理想，切割天井斷面設計為2 m×2 m，高度約12 m；切割槽孔網參數既不能過大，也不能過小，過大可能導致巖石爆破效果不理想，過小可能會對后排炮孔導致破壞，設計切割槽采用排距1.2 m，孔距1 m，每排3孔，共5排的布置方式。

2.2.2 孔網參數設計

圖1為分段空場采礦法設計方案，設計爆破排距為1.5 m，每排孔最小爆破邊孔角為50°，根據前期爆破可爆性與爆破塊度試驗孔底距確定為1.5 m較為合理，每排孔深度范圍為12～13.5 m。

爆破采用孔底起爆方式，雷管裝置于新型起爆彈內，孔口采用間隔裝藥，導爆索孔內串聯炸藥，起爆彈起爆，分段微差爆破(如圖2所示)。開始起爆時，一次爆破1排，后期爆破空間大時，一次爆破2排。

2.3 分段空場嗣后充填法施工與回采順序

分段空場嗣后充填法先施工底部塹溝結構，在分段鑿巖巷道內上下立體平行施工，-665，-650，-635 m鑿巖巷道需穿過礦體，-620 m巷道施工根據爆破界限范圍確定，以便后期充填。然后采用YT—27施工切割天井，按照-650，-635 m施工順序自上而下施工。最后采用YGZ—90自上而下施工各分段中深孔。

圖1 分段空場嗣后充填法

圖2 扇形中深孔單孔裝藥剖面圖

回采按照-665，-650，-635 m自上而下順序爆破切割槽，上一分段超前下一分段2～3排(3～4.5 m)，直至爆破回采完畢。

試驗中深孔完成裝藥后進行起爆，未能完全起爆或者部分炮孔未起爆，并有局部未崩落，形成立壁。為此，在中深孔爆破后，先檢查導爆管是否已經起爆，若導爆管已經起爆，需重新洗孔裝藥設置起爆器材，再起爆；若導爆管未起爆可設置起爆器材重新起爆；對于爆破殘眼，施工平行孔起爆，孔距大于15倍炮孔距離，然后裝藥起爆，如果立壁依然不能崩落，可錯位增加孔數起爆。

采場前期出礦時，根據爆破后空間適時調整出礦量，如果空間足夠一次爆破量，可以減慢出礦效率，這樣采場內留足夠礦量支撐空區，防止采場出現片幫或者冒頂；在采場爆破采礦接近尾聲或者爆破采礦已經結束后，采場盡可能大量出礦，減少采空區暴露時間，防止采空區片幫和冒頂。

采場出礦完畢后，底部塹溝出礦進路堵口，三分段進路接管，全尾砂膠結充填采空區，便于二步驟回采礦柱采場。

3 結 論

(1) 分段空場嗣后充填法適用于深部開采，其回采安全、效率高；且節約大量掘進工程，成本低；施工工藝簡單，大幅度降低了勞動作業強度，機械化程度高，易于在現場試驗推廣。

(2) 按照試驗方案中的分段空場法，每次崩落礦量約為2000 t，有利于調節生產能力，減少作業中段，生產作業點更加集中，有利于降低成本，對低品位礦石回采是一種優越的采礦方法。

(3) 分段空場嗣后充填法試驗參數大多數是依據某礦山經驗數據，試驗中選取最優的技術工藝參數，需要在試驗中檢驗。

(4) 分段空場嗣后充填法本質還是空場法，在應用范圍時，必須要考慮礦體與上下盤圍巖穩定性。否則因礦體不穩固會導致采場大面積冒頂，圍巖不穩固會造成礦石貧化損失率較大，不能取得好的經濟技術指標。

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2017￣01￣17)