无底柱分段崩落法在谦比西铜矿的应用

2013-06-26綦晓磊苏永定

金属矿山 2013年5期

綦晓磊苏永定

(1.西部铜业有限公司;2.金诚信矿业管理股份有限公司)

谦比西铜矿隶属于中色非洲矿业有限公司(NFCA)，该公司由中国有色矿业集团有限公司与赞比亚政府和赞比亚国家联合铜矿公司共同组建(ZCCM)。铜矿位于赞比亚北部铜带省，距卢萨卡(Lusaka)360 km、距赞比亚第二大城市——基特韦市(Kitwe)28 km。矿山设计规模为年采选矿石180万t，日采选矿石6 000 t，设计采用主混合井加辅助斜坡道开拓方案，主要采矿方法有无底柱分段崩落法、上向水平分层充填法、空场嗣后充填法。现主要介绍无底柱分段崩落法在该矿山的实际应用。

1 地质概况及开采技术条件

谦比西矿区位于赞比亚铜矿带的西南带，在基特韦(Kitwe)和钦戈拉(Chingola)之间。构造上位于北西—南东走向的卡富埃(Kafue)背斜的西南翼。地层主要由基底和加坦加(Katanga)系构成。基底为卢福布(Lufubu)系片岩、石英岩、片麻岩、变质花岗岩和穆瓦(Muva)系石英云母片岩。区内揭露的加坦加系地层主要包括下罗恩(Lower Roan)组和上罗恩(Upper Roan)组沉积变质岩。主矿体走向近东西，倾向南，倾角45°左右。矿体走向长2 000多m，平均厚度7.4 m左右，平均品位2.7%左右。矿体延深从地表附近至900 m以下，深部没有封闭。

2 原采切设计方案及生产中存在的问题

2.1 原采切设计方案

矿块沿走向布置，长50 m，矿块宽度为矿体厚度，中段高度200 m，分段高度15 m。

采用脉内外联合采准，每分段在矿体下盘围岩内沿矿体走向布置脉1条外运输巷，在矿体内靠近矿体下盘沿走向布置1条凿岩巷，在靠近矿块中间位置布置1条联络巷联通凿岩巷与脉外运输巷，在矿块两端垂直于矿体走向分别布置1条切割巷，形成2个矿块共用1条切割巷的条件，在切割巷上盘端部布置1条切割井。

2.2 生产中主要存在的问题

采场由两端向中间后退式爆破回采，崩矿步距2 m，由于采场回采时间较长，矿体不太稳固，回采过程中凿岩巷顶板不断受到爆破冲击波的破坏，造成采场两端分别回采至靠近采联10 m左右时凿岩巷发生顶板垮塌情况，致使中深孔无法装药爆破，矿石无法回收，损失率超过40%，同时因巷道垮塌而增加了安全隐患，给安全生产带来了巨大压力。为了解决此问题，经技术与生产部门研究决定在凿岩巷垮塌区域采取锚索与钢拱架同时支护方式进行顶板支护实验，实验结果是依旧无法控制凿岩巷顶板在此区域的垮塌情况(垮塌及支护区域见图1)。

图1 垮塌及支护区域示意

针对上述出现的问题，在采取比较保守的支护手段仍不能解决问题的前提下，结合矿体下盘围岩较稳固的现状，技术部门决定变更采切设计方案进行实验。

3 新设计方案、凿岩爆破及回采工作

3.1 采切变更方案

3.1.1 矿块结构参数

矿块结构参数与原设计方案相同。

3.1.2 采切工程布置

采切工程布置见图2。

图2 采切工程布置

(1)变更设计后沿走向布置的无底柱分段崩落法采切工程有分段脉外运输巷、脉外凿岩巷、切割巷、采场联络巷、切割井。

(2)采切工程布置方式:凿岩巷由原设计的脉内凿岩巷变更为脉外凿岩巷，其他采切工程布置方式与原设计方案相同。

(3)采切工程断面规格:为满足中深孔凿岩设备运行及作业，运输巷、凿岩巷、切割巷、采联等采准工程断面规格均设计为3.7 m×3.7 m，切割井规格为2 m×2 m。

3.2 凿岩爆破及回采

(1)切割槽爆破参数。切割槽原布孔方式为上向扇形中深孔，但在生产过程中经常发生悬顶现象，因此将布孔方式改为每排布置4个平行上向中深孔，实践证明此布孔方式大大降低了悬顶机率。炮孔排距1.2 m，孔间距0.5 m，每次爆破1～4排，采用排间微差爆破。

(2)凿岩。采用SB1254凿岩台车在切割巷及脉外凿岩巷内分别施工垂直上向平行深孔和垂直上向扇形深孔，正常排排距2 m，孔底距2.2 m，穿孔直径76 mm，边孔角30°。

(3)装药、爆破、回采。采用多孔粒铵油炸药，BQF－100型装药器进行装药，导爆管雷管孔底、孔口双向起爆方式进行起爆，从采场两端分别同时向切割槽方向挤压爆破，后退式回采，每次爆破1排，回采至接近采联位置时预留5排左右中深孔同时装药爆破。装药系数0.8～0.9，炸药单耗0.38 kg/t，每米崩矿量8 t。

(4)出矿。采用无底柱出矿结构，在凿岩巷内进行出矿，分段落矿，分段出矿。使用ST1030、TR410、TR307等4 m3、2 m3铲运机进行出矿，矿石倒入脉外溜井，通过中段运输巷进入主井提至地表。

(5)通风。由于井下温度较高，铲运机油烟较大，采用自然通风与局扇通风相结合的方式，回采过程中回采分段与上分段采空区采通，污风排至上分段采空区，再通过中段回风巷排至回风井排至地表。同时在采联与脉外运输巷交汇口处架设1台11 kW风机，连接风筒布至出矿工作面，压入新鲜风流，改善作业环境。

(6)支护。由于采场回采周期较长，为了保证脉外凿岩巷顶板的稳定，在靠近采联位置巷道顶板施工6 m长锚索进行支护，锚索从采联与凿岩巷交汇口处分别向两边各施工3排，4 m施工1排，每排施工5根。

4 遇到的主要问题及解决办法

(1)由于凿岩巷布置方式由脉内变为脉外，增加了废石掘进量，加重了主提升系统的负担，主井为混合井，提升能力不足，采取优先提矿的原则，因此区队在生产组织中采取了措施减少废石出坑:①充分利用回采结束采场的采联等废旧巷道将废石堆入;②采区如果有充填法采场，在充填前将掘进废石回填采场。

(2)爆破过程中由于冲击波不断破坏凿岩巷顶板，经常导致中深孔孔口位置发生变形，出现错孔现象，装药管无法伸入孔内装药。此问题的解决方法为:将少量卷装炸药放至孔口错孔处，将错孔位置的围岩先炸掉再进行装药。

(3)凿岩巷布置在脉外，部分中深孔在废石内钻凿，爆破后爆堆先是废石，如直接往矿石溜井里出矿，贫化率接近40%，因此在实际生产中采取2个措施降低贫化:①在装药过程中进行控制，参照设计，中深孔孔口废石段尽量不装药或少装药，减少爆破废石量;②爆破后在出矿前先将爆堆内废石分出至废石溜井，再进行出矿。通过采取以上措施，使贫化率由原来的40%左右降至25%左右。

(4)矿体上部有含水层，部分中深孔施工完后孔内有大量水流出，导致散装药无法装药，影响装药效率与爆破效果。解决问题的措施有:①超前施工采准工程，同时采用钻孔与巷道进行提前疏水;②从炸药厂订购与孔径匹配的卷状乳化炸药，遇出水较大的孔用乳化炸药代替散装药;③采取即装即放的方式，装完药后马上警戒放炮。