礦山深部開拓中采礦工藝的優化

辛帥帥

（銅陵有色金屬集團銅冠礦山建設股份有限公司，安徽 銅陵 244000）

隨著時間發展，上世紀80 年代建立的大部分礦山企業都已面臨資源枯竭，繼續向深部礦體探索開拓的局面。其中銅陵市某礦山于1971 年元月正式投產，設計生產能力66 萬噸／年，服務年限為25.6 年，經過40 多年的開采，上部厚大礦體已回采結束，深部礦體變簿趨于尖滅，現生產能力500t/d。目前-240m 中段以上僅有-240m 中段水平礦柱有少量殘礦在回采；-360m 中段正常回采全部開采結束，-360m 水平礦柱在進行地壓監測；-440m中段開采也接近尾聲，多個采場僅剩接近-360m 中段的最后幾個分層，部分因礦體處于-360m 中段巷道下部，地壓顯現猶為明顯，-360m 中段巷道多處以散體地壓顯現。

礦山現采礦方法主要為上向分層充填法[1]。

1 礦體概述

該礦山銅礦床賦存于鳳凰山巖體西及西南接觸帶中，銅礦體賦存于三疊系中、下統石灰巖（已變質為大理巖）與花崗閃長巖接觸帶上。受斷裂及接觸帶控制，其走向自南向北由南東轉向北東，略呈一弧形。主礦體有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號等4 個主礦體，其中Ⅳ號和Ⅱ號實為一個礦體。Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ號礦體已開采結束，-440m 中段以下只有Ⅱ號主礦體。

主礦體Ⅱ號礦體賦存于三疊系下統南陵湖組石灰巖（已變質為大理巖）與花崗閃長巖接觸帶上，次要礦體、小礦體多賦存于主礦體附近的三疊系下統大理巖或花崗閃長巖中。

Ⅱ號礦體-440m 中段以下34-1 線以北礦體頂板為花崗閃長巖、矽卡巖，底板為大理巖、矽卡巖，34-1 線以南礦體頂板為大理巖、矽卡巖，底板為花崗閃長巖、矽卡巖。

2 擬采用的回采技術方案

本次設計以-500m2#采場為研究試驗采場。

2.1 -500m中段2#采場回采狀況

2#采場在-500m 中段留10m 底柱，由-490m 水平拉底切割形成采場第一回采分層，然后壓頂形成6m 高采高，充填3m 后進行下一回采分層。采場從北端2#和1#采場間柱至南端34-1線南約12m 即廢天井附近，南北長158m。2#采場分別在32-1A線和33-1 線北約7m 處各設計順路溜井及順路人行天井各一對；在34-1 線和34-1 線南約12m 各設通風人行天井一個，其中南部天井圖中標示為廢，本次以下對該天井亦不作利用考慮。

2.2 采場礦巖物理力學性質

礦山主要礦巖類型有花崗內長巖、大理巖和含銅磁鐵礦，-440m 礦體產狀變化大，花崗閃長巖與大理巖交替為礦體頂底板巖體。本次礦巖物理力學參數，引用《鳳凰山銅礦-240m 中段礦柱回采綜合技術研究》結果，如下。

表1 巖石基本力學參數

大理巖為較穩固巖體，完整性好，不易風化，與礦體接觸帶沒有明顯弱面；花崗閃長巖為不穩固巖體，新鮮巖體完整性較好，工程揭露后易風化水化，與礦體觸帶有明顯弱面，界線明顯，接觸處極易發生片幫冒落，采場內經?？梢钥吹降V巖交界處有明顯的光滑面。礦體為穩固巖體，硬度大，完整性較好，礦體如有輝綠巖穿過即破壞其完整性，輝綠巖極發生冒落。

從礦山實際來看因礦體一側圍巖為花崗閃長巖易風化，與礦體分界明顯，加大地壓管理難度，易發生冒落片幫事故，如何優化現有采礦方法和工藝成為礦山面臨的急切問題。

由上分析，采礦方法或工藝優化要從礦山工程實際出發，利用現有回采系統和采出礦設備不作大的變動，可能的優化方案有：

（1）方案一為改上向分層充填法回采為硐室型上向分層充填法回采，通過減小采場尺寸，降低回采高度，即減小采場暴露面積來控制地壓[2,3]。

（2）方案二采用上向分層進路充填法，即進路式回采，采后充填。

2.3 回采技術方案

2.3.1 方案一 硐室型上向分層充填法回采方案

利用現有生產系統，二對順路溜井和天井，一個通風人行天井。

回采工藝：硐室型采場按原沿走向布置不變，采場長度不變，回采寬度不大于4.5m，采高不大于5.0m；礦體寬大于4.5m時，采用垂直礦體硐室回采，回采硐室寬不大于4.5m，采高不大于5.0m，回采硐室間間柱寬為4.0m。硐室采場頂部為拱形，其中墻高3.8m，拱頂高為1.2m，拱頂部采用光面爆破形成。采場在回采壓頂過程中對頂板進行臨時支護，回采結束后大量出礦，出礦結束后起吊T4G 架設順路人行天井和溜井，進行充填。分層充填后滿足現有T4G 能夠通行即可，充填高為3.0m，膠結面為0.5m。

回采要求：硐室采場盡可能沿大理巖一側布設，花崗閃長巖一側礦體厚度超過4.5m 時通過短硐室采場回采，短硐室采場間留4.0m 礦柱保護花崗閃長巖體不完全暴露。硐室采場拱頂部分全部采用光面爆破。

充填工藝：同前期分層充填工藝及要求均不變。

硐室型上向分層充填法回采設計圖見圖1。

圖1 方案一：硐室型上向分層充填法回采設計圖

2.3.2 方案二 進路式回采

本方案是以巷道掘進方式進行回采，在進路掘進回采到設計位置后進行充填的采礦方法。2#采場現最大寬度約8.6m(第4分層)，一般在3.5m～8.0m，從前期開采和現有采場開采充填后3.0m 左右高的空頂高度來看，地壓顯現不明顯，因此，采用進路式回采有利于地壓管理。

現2#采場人行回風天井在采場端部，距離南側順路溜井和順路人行天井分別約為38m 和95m，現在采場系統無法滿足進路式回采要求，需要起吊T4G 天井。

本方案分別在32-1A 線1#順路天井與順路溜井和33-1A 線2#順路天井與順路溜井附近增加通風人行天井作為進路式回采通風與T4G 起吊之用，天井由北至南分別稱為1#、2#、3#天井(原1#天井改稱為3#天井)。

為利于充填和縮短回采周期，把2#采場在33-1 線和33-1A線之間為界分二個回采采場，稱2#北和2#南。新增加1#通風人行天井；新增加2#通風人行天井；方案二進路式回采平面布置圖見圖2。

圖2 方案二：進路式回采平面布置圖

回采工藝：現空區充填前順路人行天井、溜井及通風天井處先挑頂至5.5m 高，進行臨時支護，起吊T4G；然后把現有采場充填高約3m 基本接頂，充填到達養護時間后，以溜井為起點向采場兩側沿礦體以規格d5m×h3m(礦體寬小于5m 時按礦體寬回采)進路巷道回采，掘進回采至回采界線后，主要采出礦工作即告結束；但在礦體寬大于5.0m 時，增加垂直主進路采場以d5m×h3m 進路巷道進行掃尾回采作業，回采進路間留半圓柱或點柱，點柱直徑不小于4.0m。采場全部回采結束后，起吊天井、人行井和溜井附近挑頂至采高約5.5m，并進行臨時支護。

充填工藝：起吊T4G；架設采場充填軟管，充填軟管采用錨桿鋼圈懸掛在采場頂板，掛鉤間距3m～4m，充填管距采場末端15m～20m；采場充填:充填高約3.0m，膠結鋪面0.5m；充填軟管一般不回收。

說明：本方案也可以僅在32-1A 線1#順路天井與順路溜井附近增加一天井2#采場仍作為一個采場回采，但作業點少，需要多鋪設充填軟管以保障充填質量。

2.4 經濟效益

2.4.1 方案一

生產能力：壓頂長度3.5m，一個作業點一次爆破量3.5×4.5×3×3.4=160.65t。

炸藥單耗：0.31kg/t。

損失率：12.96%；(第4 層)。

貧化率5.20%。

優點：利用現有回采工程，在實際操作進行調整即可實施；回采充填工序較簡單，管理較簡單；回采效率較高。

缺點：損失率、貧化率較高；臨時支護工作量大。

2.4.2 方案二

增加2 條天井工程量：1#天井39.8×4+14×8.37=276.38m3；2#天井39.8×4+(3+4.4)×8.37=221.14m3。

生產能力：一次掘進長度2.5m，一個作業點一次爆破量2.5×5×3×3.4=127.5t。

炸藥單耗：0.62kg/t。

損失率：3.15%。

貧化率4.5%。

優點：損失率、貧化率較小，有利于資源回收；臨時支護工作量??；采空臨時面低有利地壓管理。

缺點：需要增加回采工程，對現有生產有影響；回采充填工藝較復雜，管理復雜、效率較低；回采成本較高。

3 結語

通過2.3.1 與2.3.2 技術方案的比較兩種方案都可以減少采場暴露面積，提高回采工作的安全性，由2.4.1 與2.4.2 技術技術方案經濟效益的對比，方案一即硐室型上向分層充填法回采方法相比方案二巷道掘進方式進行回采的回采成本較低，回采效率較高。故最終選擇硐室型上向分層充填法回采方法。