盘区上向水平分层充填法在谦比西铜矿的应用

郭 雄，乔 伟，罗 骋

(1．贵州开磷(集团)矿肥有限责任公司， 贵州 贵阳 550302;2．长沙矿山研究院， 湖南长沙 410012)

盘区上向水平分层充填法在谦比西铜矿的应用

郭 雄1，乔 伟1，罗 骋2

(1．贵州开磷(集团)矿肥有限责任公司， 贵州 贵阳 550302;2．长沙矿山研究院， 湖南长沙 410012)

根据赞比亚谦比西铜矿的开采技术条件，并吸取过去矿山生产的经验和教训，采用机械化盘区上向分层充填法，达到了很好的经济效益和社会效益。

谦比西铜矿;机械化盘区上向水平分层充填法;采场结构;回采工艺

1 矿床开采技术条件

赞比亚境内的谦比西主矿体位于卡伏埃背斜西翼，谦比西—恩卡纳盆地的北翼。矿体走向东西，倾向南。矿体出露地表，地表走向长度1200 m，地表以下走向长度先增加而后又缩短，在650 m水平走向长度达2250 m，而在900 m水平，走向长度为1800 m。矿体产状与谦比西—恩卡纳盆地北翼岩层产状一致，为向南倾斜的单斜构造。浅部受局部褶皱的影响，局部矿体变得平缓厚大，这部分矿体已用露天开采工艺回采完毕。200 m水平以下(西端除外)矿体呈单斜状，总的趋势是矿体上部倾角缓，下部倾角陡;沿走向东部倾角陡，西部倾角缓;500 m以上西部，矿体平均倾角43°，平均厚度12．7 m;500 m以上东部，矿体平均倾角47°，平均厚度6 m;500～600 m水平平均厚度9 m，平均倾角50°;600～700 m水平平均厚度9 m，平均倾角55°;700～800 m水平平均厚度7．2 m，平均倾角60°;800～900 m水平平均厚度7．3 m，平均倾角70°。

矿体直接上盘围岩是矿化泥质板岩，该岩层厚度约10 m，其岩性与矿体相近，直接上盘围岩下部的矿页岩为粉砂质淤泥板岩，而上部则为砂质泥板岩，矿体上盘边界要通过取样化验确定。下盘片岩是矿体与下盘直接围岩下盘砾岩的分界线。该层矿石含铜品位很高，过去生产在300～400 m水平沿走向中部，厚度达3 m，而品位曾高达15% ～20%。沿走向东西两侧下盘片岩逐渐变薄到1 m或更薄，其品位相对位于其上的矿页岩仍较高，但很少超过4%。综合有关资料和过去生产经验，谦比西主矿体铜品位赋存的特点是:上部高，下部低;东部高，西部低;下盘高，上盘低。

矿体间接上盘围岩有石英岩、石英岩与泥质板岩互层、白云泥质板岩、片岩与石英岩互层和燧石白云岩等，其中对开采影响最大的是距直接上盘约60 m处的燧石白云岩，该岩层是矿区主要含水层之一。矿体本身是矿区另一主要含水层，位于矿体和燧石白云岩之间的隔水层是位于矿体上盘35 m处的上石英岩层，其导水系数远小于1×10－6cm/s。矿体间接下盘有泥质石英岩、中砾砾岩、长石石英岩、基底砾岩和基底花岗岩。采矿的大部分脉外采准工程均在泥质石英岩和中砾砾岩内。根据谦比西矿过去生产经验，当脉外沿脉巷道处于中砾砾岩内时，巷道需用密集锚杆支护。

2 采矿方法选择

根据谦比西铜矿的开采技术条件，并吸取过去矿山生产的经验和教训，结合中国矿山生产的成功经验，对采矿方法进行了进一步论证，并遵循了以下原则:

(1)大量引进充填法取代过去广泛使用的分段空场法和分段崩落法，以提高出矿品位;

(2)对充填法的不同方案进行详细的比较论证，确定最优方案;

(3)考虑留少量永久矿柱，尽量少用胶结充填，降低采矿成本;

(4)选用先进的凿岩设备，严格控制凿岩爆破参数，尽量凿平行炮孔，保证靠下盘的高品位矿石得以充分回收，同时为减少上盘围岩垮落，应保持矿房上盘围岩边界平整，局部可用锚索加固，以减少矿石贫化;

(5)建立完整的矿石和废石系统，避免采掘废石混入矿石中;

(6)针对采场稳定性主要受倾向与矿体倾向相同的层理和节理控制的特点，在同等暴露面积条件下，尽量加大分段高度，缩小沿走向采场长度尺寸;

(7)在过去生产的老采区附近采矿时，充分利用矿山已有采准工程。

按上述原则，结合矿体开采技术条件，选择采用机械化盘区上向分层充填法。

3 机械化盘区上向分层充填法

如图1所示，机械化盘区上向分层充填法采场沿走向布置，长60 m，每2个采场间留3 m永久间柱，每2个采场为1个盘区。采场分层高度3．3 m，每5个分层为1个分段，分段高度16．5 m。

机械化盘区上向分层充填法以盘区为回采单元，并进行采准切割布置。每个盘区布置1条采准斜坡道，1条脉外矿石溜井。在盘区中央、矿体下盘掘进采准斜坡道及分段联络道，自分段联络道掘进进路通达矿体，进路断面4．0 m×3．6 m。通过采场进路，在矿体内沿走向掘进水平拉底巷道，巷道断面3．6 m×3．3 m，然后刷大至矿体水平厚度形成拉底层。在采场远端部掘进人行通风天井，井内设梯子。在盘区中央矿柱内掘充填滤水井，上部做充填井，下部架设顺路滤水井。采场进路自分段联络道先以－15%坡度下掘到达矿体，随逐层采矿而逐层挑顶垫底形成逐层采场进路，以适应每分层回采进路的要求，采场进路最终坡度为+15%。每采完5个分层后重新自分段联络道掘进采场进路。采准斜坡道布置应离开矿体下盘砾岩层。

图1 机械化盘区上向水平分层充填法

采场凿岩采用Boomer281单臂电动液压凿岩台车凿水平炮孔，炮孔直径Φ45 mm，孔网间距1．1 m×1．3 m，孔深4．6 m。采用 ANFO 炸药，装药车装药，非电起爆。爆破通风完毕后，用撬毛车撬毛，然后铲运机出矿。出矿用ST1000型铲运机，铲斗容积5．6 m3。铲运机经采场进路将矿石卸入矿石溜井。出矿完毕即用锚杆台车对顶板进行锚杆支护，锚杆网度1．5 m×1．5 m。回采每循环进尺4．4 m。每分层全部采完后即进行充填。一个采场充填时，另一个采场凿岩爆破或出矿。采准废石回填采空区。

充填准备包括架设滤水井、设置脱水笼、铺设脱水管、架设充填管等。采场充填挡墙不另设置，在分层充填前，先对采场进路挑顶，以挑顶废石自然形成挡墙。采场滤水井布置在盘区中央矿柱内，两侧采场共用1条充填滤水井。滤水井随采矿逐层架设形成。充填管从充填井铺设至采场。每分层充填高度距采场顶板应留出至少1．5 m高的自由空间。

采场通风:新鲜风流来自中段(分段)下盘沿脉巷道，经盘区斜坡道、采场进路进入采场，清洗工作面后的污风从采场端部人行通风天井用局扇送入回风水平巷道。

矿体平均水平厚度按11．75 m计算，倾角小于55°，则采场回采长度57 m。每循环凿岩时间0．75班;爆破及通风时间0．25班;每循环崩矿量为456 t。使用撬毛车，撬毛时间0．1班;出矿时间0．9班。采场顶板支护时间1班。每循环时间3班;每分层回采时间39班;充填准备时间2 d，尾砂、废石充填及胶面时间4 d，养护时间7 d，合计13 d。

盘区内2个采场，其中一个采场的凿岩、爆破、出矿、支护等工序可与另一采场的充填作业平行进行。

采场综合生产能力为227 t/d，盘区综合生产能力取400 t/d。

赞比亚谦比西铜矿的机械化盘区上向分层充填法通过减少损失贫化率，并且将废石充填到井下采空区，达到了很好的经济效益和社会效益。

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2010－11－29)

郭 雄(1967－)，男，湖南岳阳人，工程师，主要从事采矿方法、矿山地压和巷道掘进与支护方面的设计与研究的工作。