凡口礦盤區機械化中深孔超常規采礦探索與研究

龍顯日，孫勇，張宗國

(1.凡口鉛鋅礦，廣東 韶關市 512325；2.中南大學 資源與安全工程學院，湖南 長沙 410083)

0 引言

凡口鉛鋅礦投產52 年來，依靠科技進步，不斷改進采礦生產工藝，使礦山生產蒸蒸日上，經濟效益不斷提高，在采礦方法[1?2]、技術裝備[3]、充填技術[4?5]、安全管理[6?7]等各方面皆取得了較大進步，特別是試驗成功的盤區機械化上向分層充填采礦法、盤區機械化上向中深孔充填采礦法[8]、無底柱深孔后退式崩礦嗣后充填采礦法[9]等采礦工藝達到國際先進水平，使中金嶺南凡口礦成為了世界一流的鉛鋅礦生產企業。

隨著深部開拓工程的完工投產，2008 年左右企業生產達到了年產18 萬t 鉛鋅金屬量，而經過近10年的高產、穩產，急傾斜的厚大礦體也基本消耗殆盡，在深部逐漸出現一些厚度不均勻、產狀平緩至傾斜、分支復合復雜礦體以及一些間柱和邊柱礦體，利用常規的采礦工藝回采安全難度大、生產效率低、貧化損失率高，為解決這些問題，2018 年下半年起，針對此類礦體，凡口鉛鋅礦與中南大學展開合作，分別在Shn-500 m209#S 采場、Sh-550 m209#N 采場、Sh-550Mn6-7#采場開展了機械化中深孔超常規采礦法試驗，取得了良好的效果。

1 常規采礦工藝介紹及面臨的問題

凡口礦傳統的采礦工藝是針對急傾斜厚大礦體開發的，使用傳統方法開采這類平緩至傾斜產狀的礦體時，大直徑深孔打孔困難、很難把握這類礦體的礦灰分界線，無法發揮其崩礦量大、一次崩礦高度高的優勢，因此在開采此類礦體時主要還是使用盤區機械化充填法，而傳統的盤區機械化充填法開采此類平緩至傾斜礦體時也面臨許多問題，以下結合現場案例具體介紹。

1.1 盤區機械化采礦工藝

盤區機械化采場通常垂直礦體走向布置，長度為礦體厚度，一般為30～60 m，采場寬度8 m，每次回采一分層（4～6 m）；礦體下盤沿脈布置分段平巷，每8 m 為一分段，分段之間采用盤區斜坡道連接；如圖1 所示，采場內布通風天井，用于采場通風及作為爆破拉槽區最初的補償空間，首先爆破拉槽區，之后爆破側崩區。如圖2 所示為典型的盤區機械化采場炮孔布置圖，采場寬度8 m，8 m 以外靠近上盤的礦體另行設計開采，靠近下盤的礦體嚴格按照礦界打扇形孔。

圖1 盤區機械化采場平面布置

圖2 盤區機械化采場炮孔布置剖

回采采用HS105 型上向自動接桿臺車施工上向炮孔，孔深2～6 桿，孔距1.3～1.4 m，拉槽區孔網參數1.0 m×1.0 m；采用BIT 型裝藥臺車裝藥，鏟運機出礦。

1.2 盤區機械化開采緩至傾斜礦體時面臨的問題

深部出現的這類平緩至傾斜礦體，厚度普遍為中厚，因此采場變成沿礦體走向布置，采礦寬度達15～22 m，為了提高采礦效率，將一個分段（8～10 m）作一次回采，因此一次爆破后空區高度最高可達10～13 m。

傳統的盤區機械化采礦工藝面臨著許多問題，首先采場結構參數突破了常用的8 m 寬度，為保障安全需預留保安礦柱；傳統拉槽方式的可靠性也面臨著挑戰，為控制貧化損失更加要求打孔質量。

2 盤區機械化中深孔超常規采礦工藝

2.1 超常規采礦工藝介紹

凡口礦超常規采場通常指分層回采寬度超過10 m，分層回采高度超過8 m 的采場。因此超常規采礦工藝是指：在采場回采過程中，根據礦體賦存條件，突破常規分層回采技術參數要求，對分層回采寬度超過10 m（超寬回采），或分層回采高度超過8 m（超高回采）的采場進行開采的技術方法。超常規采場因寬度超過10 m，通常采用雙硐室布置，圖3 為Sh-550 m 盤區N6-7#采場，采場沿礦體走向布置，平均寬度約15 m，最寬處達22 m，設計回采高度超過9 m，采場雙硐室中間預留保安礦柱，礦柱施工水平孔，頂板用鑿巖臺車集中打上向中深孔，集中爆破，并使用遙控鏟運機出礦，出礦完成后及時充填。

圖3 Sh-550 m 盤區N6-7#采場回采平面布置

圖4 為Sh-550 m 盤區209#N 采場炮孔布置剖面圖，采場以3.0 m 為基準線，小臺車施工9.0 桿，采后空高11.1 m。采場中間兩礦柱位置需施工柱子眼及對應斜孔，東幫上盤要求施工至見灰停，采場下盤嚴格控制桿數至充填體停。

圖4 Sh-550 m 盤區209#N 采場分層回采X=8533 炮孔布置

孔網參數：直孔孔網參數為孔距1.5～1.6 m，排距1.4～1.5 m；柱子孔孔網參數為孔距1.2 m，排距1.0～1.2 m；施工斜孔孔底距小于2.0 m。

2.2 超常規采場回采爆破關鍵技術介紹

超高回采時通常采用擠壓爆破，凡口礦常用爆破補償系數為1.5，即單次回采礦石厚度超過6 m（總回采高度超過9 m）時，即認定為擠壓爆破，超高回采（回采高度超8 m）時拉槽區通常采用雙菱形對角掏槽布眼（即“8”字形炮孔布置）[10]，拉槽區具體布置及參數如圖5 所示，其中K1-K10（直徑76 mm）為空孔，1～32 號裝藥孔直徑為51 mm；拉槽孔施工9.5 桿往上采8.6 m，視施工情況根據1 號、2 號孔的桿數做適當調整。為保證礦石有足夠的自由面，在拉槽孔兩側布置側崩孔，列距1.2 m。通過調整孔網參數、拉槽區布眼方式等，較好地解決了爆破補償空間不足的問題。

圖5 拉槽區炮孔布置

2.3 超常規采場出礦與充填

超常規采場分層回采結束后，通常采用局部或全面充填結頂的方式進行充填，確保下步驟回采時作業安全。

2.4 超常規采礦工藝優點

（1）單次回采礦量大。隨著采場結構參數的增大，回采高度、寬度的增加，單次爆破礦量最大可達2 萬噸，相比常規回采工藝提高50%以上。

（2）每萬噸采準工程量小。因單次回采礦量增加，導致萬噸采準工程量降低。

（3）每萬噸施工周期短。采場施工周期基本等同常規回采工藝，但單次回采礦量大幅增加，因此每萬噸施工周期短，見表1。

表1 常規、超常規采場單次回采循環時間對比/d

（4）集中出礦效率高。因單次回采礦量增加，從而減少了各環節作業過程中的輔助環節，提高了出礦效率。

（5）生產能力高，爆破單耗略低。經過計算比較，可知超常規采礦工藝與常規采礦工藝相比，生產能力更高，單耗相對更低，見表2。

表2 常規、超常規采礦工藝主要技術經濟指標對比

（6）充填效率高且根據采場的具體情況可回填廢石，降低充填成本。盤區機械化中深孔超常規采礦工藝具有安全高效的顯著特點，但施工過程中對鑿巖臺車炮孔施工質量的要求相對較高，特別是采用掏槽孔“人工掏槽”的采場，對掏槽孔施工質量及精度有著高要求。

3 結論

（1）盤區機械化中深孔超常規采礦法，采用機械化集中鑿巖、一次性集中爆破、遙控鏟運機連續出礦，出礦效率高，安全性好，屬國內首創。

（2）因只有底部出礦巷和一條通風天井，施工簡單、安全，鉆孔采用上向中深孔鑿巖，利用返水記錄可以很好地控制炮孔的深度，進一步摸清礦巖狀況，可以很好地控制貧化與損失，且因單次充填量大，可有效提高充填效率，降低充填成本。

（3）超常規采礦法吸收了凡口鉛鋅礦幾種采礦工藝的優點，使用遙控鏟運機出礦和遙控破碎臺車處理大塊，規避了人工處理頂板、邊幫松石，人進入采場出礦的風險，提高了作業安全性。

（4）因單次回采產量增加，減少了采場回采循環次數，提高了采、出、充作業效率，對邊角、分支復合緩傾斜至傾斜礦體、沿走向布置的采場是一種高效、安全的采礦方法，可為國內同類礦山提供技術參考。