銅綠山礦采礦方法優化研究及應用

戴宏輝

(大冶有色金屬集團控股有限公司， 湖北 大冶市 435101)

0 引言

銅綠山礦是大冶有色金屬集團控股有限公司的三大主力礦山之一，也是建國以來就開始開采的老礦山之一，當前產能為132萬t/a。隨著近地表的礦體逐漸開采殆盡，已逐步向深部的Ⅵ礦體、Ⅻ礦體開采[1-3]。

由國內其他礦山的開采經驗與銅綠山礦的實際表明，隨開采深部的逐漸增加，地應力逐漸升高，礦巖的穩定性逐漸下降，特別是礦體的自立性變差最為明顯，這就導致淺部采用的 VCR法、分段鑿巖階段空場嗣后充填法等使用時，造成貧化損失率偏大，甚至造成二步驟采場無法回采。在此條件下，僅能采用盤區機械化上向分層進行礦體的回采工作，但受采礦方法、設備水平、操作水平等因素的制約，導致人員須暴露在頂板下進行作業，安全風險較大，且產能較小，無法滿足礦山實際的開采需求[4-5]。

為了解決深部礦體開采過程中采礦方面遇到的技術及安全難題，提出高分層空場嗣后充填開采工藝，其不僅能解決礦體自立性差的問題，也能解決采用上向水平分層充填采礦法時的安全問題。

1 礦山概況

1.1 礦山開采現狀

銅綠山礦進入地下開采以來，最深已開采至-605 m水平，已開拓至-800 m左右，整體回采深度已達到900 m左右，已形成10多個中段，采用豎井開拓，中段運輸，由箕斗井提升礦石。

采礦方法有盤區機械化上向水平分層充填法、分段鑿巖階段空場嗣后充填法、VCR法、上向進路充填法等，這其中盤區機械化上向水平分層充填法占比最高，達到70%左右，其他幾種方法占比較低，采場生產能力平均可達到100 t/d，貧化損失率均在20%左右。

1.2 礦山開采技術條件

目前主要開采的礦體為Ⅲ、Ⅳ與Ⅴ礦體，平均厚度為30 m，傾角為60°～70°，走向長度為1000 m，礦體呈條帶狀，上盤圍巖為含矽卡巖的大理巖，下盤圍巖為長斑花崗巖，均屬較為穩固的巖體，相比較起來，下盤圍巖穩定性要優于上盤圍巖。礦體矽卡巖化較為明顯，整體穩定性較好，經現場調查發現，上盤圍巖及礦體內部發育大量的潛在結構面，受爆破振動等擾動時，易產生離層、脫落現象。

2 現有采礦方法存在的問題

2.1 采礦方法

目前，銅綠山礦采用的采礦工藝主要有：VCR法、分段鑿巖階段礦房法、盤區機械化上向水平分層充填法和上向進路充填法等。

2.2 存在的問題

隨著開采逐漸向深部邁進，受礦床開采條件、地壓條件、設備條件、充填質量等的影響，目前采用的采礦方法存在的問題有：

（1）礦體角度偏緩，分枝復合現象明顯，采用VCR法易導致貧化損失率大；

（2）采用分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法，易因無法控制礦柱采場的礦石垮落，造成大量的礦體損失貧化；

（3）配套的機械設備較少，采用上向水平分層充填采礦法時，在進行敲幫問頂時，易發生安全事故；

（4）受生產壓力的影響，整個礦區的回采節奏較快，各個采場的通風措施井無法快速到位；

（5）由于充填體質量無法保證，在采用兩步驟空場嗣后充填法回采礦柱時，貧化損失率大，礦石回采率無法保證；

（6）受礦巖條件影響，采用普通法施工切割天井較為困難，效率低下。

3 高分層空場嗣后充填采礦法

根據對銅綠山礦的采礦方法的論述及其存在的問題，結合礦體開采技術條件，通過大量的摸索及現場實踐，提出了高分層空場嗣后充填采礦法（見圖1）。該方法是將分段鑿巖分段空場嗣后充填采礦法與上向水平分層充填采礦法進行綜合，取二者各自的優點，即在原有的分段空場基礎上，運用分層充填的回采方式進行回采，通過降低分段高度及提高機械化水平，可以減少礦體自立性變差及人員長時間暴露在直接頂板下作業的安全隱患。

圖1 高分層空場嗣后充填采礦法

3.1 采場結構參數

根據礦體厚度設置礦房走向，當礦體厚度小于15 m時，礦房沿礦體走向布置，當礦體厚度大于15 m時，礦房垂直礦體走向布置。因此，礦體垂直走向布置，礦房寬度為6 m～8 m，采用兩步驟方法進行回采，礦房高為階段高60 m，預留8 m底柱，分段高度為10 m～15 m，不留頂柱和間柱。

3.2 采準切割

采用斜坡道開拓，斜坡道布置在礦體下盤，連接上下中段。

斜坡道送至分段高度時，施工分段聯絡道，后由其沿脈施工分段巷，再由分段巷沿礦房中線垂直礦體掘進3.0 m×3.0 m鑿巖巷，后由其向兩側擴幫至礦體邊界，形成底部拉底空間。最后在礦體靠上盤施工Φ1.5 m切割天井，切割天井兼做采場的通風充填井。

3.3 回采工藝

（1）鑿巖爆破。采用BoomerK41X、YG90等鑿巖設備，上向平行施工鉆孔，孔徑為64 mm～76 mm，孔深為分段全高，炮孔間距為1.0 m～1.2 m，炮孔排距為 1.2 m，同時，為了避免爆破影響兩幫的礦體或者充填體，在靠近邊幫施工預裂孔時，沿礦房邊界孔間距為0.5 m～0.8 m，孔徑為64 mm。

爆破采用粉狀乳化炸藥，采用BQF100裝藥器進行人工裝藥，起爆藥包采用藥卷+非電導爆雷管加工而成，采用孔底起爆，整個采場分 2～3次爆破。起爆順序為預裂孔先爆，后再進行采場內崩落礦石。

（2）出礦。礦體崩落后，采用EST-31/1型電動鏟運機進行出礦。

（3）采場充填。采場出完礦后，對下部的垂直礦體的鑿巖聯絡巷進行封堵，后即進行采場充填。充填擋墻采用廢石、裝袋尾砂進行構筑，采場充填采用全尾砂膠結充填，充填比例為1:6～1:8。

（4）采場通風。采場通風劃分為兩個階段。一是在進行鑿巖聯絡巷施工時，每個采場需要設置獨立壓入式風機進行強制通風，出風口距掌子面的距離應不大于5 m；二是切割天井施工完成后，風流由該分段聯絡巷進入采場，洗刷工作面后，經采場切割天井，回至上分段聯絡道，后經斜坡道回至上中段回風道。

3.4 頂板圍巖處理

在采用該方法進行礦體回采時，采場頂板圍巖的處理是極為關鍵的，根據相關現場經驗及頂板圍巖的節理裂隙發育程度，確定處理方法。

當圍巖較為破碎時，需對整個頂板或者部分破碎處，進行錨網支護，錨桿采用2.0 m～2.5 m的灌縫式錨桿，鋼網采用Φ3 mm～5 mm的焊接網。

當圍巖較為穩定時，需要進行詳細的敲幫問頂，無需進行其他的支護工作。

3.5 關鍵工藝及技術

運用該采礦方法進行回采時，為了達到理想的技術經濟指標，關鍵環節需采用特殊的工藝及技術進行施工。

（1）一次爆破成井。為了解決切割井采用普通法施工時，存在的安全隱患大等問題，需采用深孔一次爆破成井技術，以保證施工安全，提高成井效率。一次爆破成井炮孔布置見圖2。

圖2 一次爆破成井炮孔布置

該深孔一次爆破成井，通過沿切割天井的中線間隔布置空孔和掏槽孔，混合不同孔徑的鉆孔，同時，間隔裝藥，針對不同的巖性條件，裝入不同的藥量及空孔布置形式，實現一次爆破成井，從現場實踐來看，效果較好，成功率較高，單次成井速率大幅提升，成井成本較原先的普通法降低了近一半[6]。

（2）遙控機械化裝巖。采場回采后，懸頂高度較高，采用簡單的鏟運機運礦時，極易造成極大的安全隱患。因此，需對現有的鏟運機進行遙控改造，即形成遙控鏟運機，采用遙控鏟運機進行出礦。

（3）嚴控一步驟充填體質量。一步驟充填體質量直接影響著礦柱采場回采時貧化損失率高、出礦效率低等問題。經與同類型礦山的比較分析，最終確定一步驟的充填體強度需達到2.5 MPa，才可保證其自立性，從而不影響二步驟回采的貧化損失指標，進而保證整體貧化損失指標經濟合理。

（4）高懸頂圍巖支護。高懸頂是該方法最值得注意的，其直接關系到上部分段的回采結構。在實際運用中，采用比較多的方式為在進行本分段開采時，即將上分段的底部拉底工程拉開，并對拉底工程的頂板進行錨網支護，錨桿采用管縫式錨桿，網片采用高分子材料的塑料網，避免分段回采時，將網片崩壞。

4 結論

通過方法的優化研究，合理布置工程，將兩種采礦方法結合，保留各自方法的優勢，實現高效回采的同時，又降低了開采的安全風險，且在一定程度上降低了整個的回采成本。

現今采用高分層空場嗣后充填采礦法的采場已占整體的30%左右，在保證整個礦山的開采效率同時，降低了整體的開采風險，并且降低了整個礦山的開采成本，相較于之前，開采成本降低了20%，采場平均生產能力提高至150 t/d～200 t/d，平均貧化損失率降低至15%左右。適合于在國內同類型礦山推廣應用。