分段空场嗣后充填法在某铜矿深部开采中的研究

2017-04-13王耀

采矿技术 2017年2期

关键词：矿块空场采矿方法

王耀

(1.大冶有色金属集团控股有限公司，湖北黄石市 435500；2.湖北省有色金属资源开发与综合利用工程技术研究中心，湖北黄石市 435500)

分段空场嗣后充填法在某铜矿深部开采中的研究

王耀1,2

(1.大冶有色金属集团控股有限公司，湖北黄石市 435500；2.湖北省有色金属资源开发与综合利用工程技术研究中心，湖北黄石市 435500)

某铜矿地下开采逐步转向深部开采，为了解决深部开采面临的问题，必须寻求适合深部开采的采矿方法，因此，提出了分段空场嗣后充填法，并对其矿块布置、技术参数、施工与回采顺序进行了试验研究。通过试验可以得出，该采矿方法施工工艺简单，采矿作业更加安全，作业效率高，生产成本也较低，是一种可以满足深部矿体安全高效开采的可行的采矿方法。

深部开采；分段空场嗣后充填；中深孔爆破

0 引言

当前国内大部分矿山浅部资源即将或者已经消耗殆尽，矿山地下开采逐步转向深部开采。深部开采面临着“三高”等复杂地质条件，这些复杂的地质条件包括高应力环境，高温环境等，会导致采矿成本的提高。而浅部开采适用的一些采矿方法可能无法解决深部开采的问题，因此，必须寻找更适合深部开采的高效采矿方法。

分段空场嗣后充填法本质是分段崩落、集中出矿、最后形成阶段空场。该采矿方法对矿体地质条件与产状有一定的要求：

(1) 矿体与围岩必须中等稳固以上，否则就会导致采场大面积垮落冒顶而失去控制，引起矿石严重贫化；

(2) 采区布置必须连续性好，否则会引起矿石贫化损失；

(3) 适宜崩落法的采场倾角要大，否则缓倾斜矿体上盘贫化率大，下盘损失率大，技术经济指标达不到要求；

(4) 矿块划分，若矿体厚度小于8～15 m时，沿走向布置；若矿体厚度大于8～15 m时，垂直走向布置。

分段空场嗣后充填法装药爆破均在凿岩巷道内进行，采场作业顶板暴露面积小，采场作业安全，采矿工序简单，作业效率高，与其他采矿方法比有一定的优势，因此，对深部开采进行采矿方法试验，以便深部开采应用。

1 某铜矿深部开采地质条件

某铜矿目前开采的矿体主要有Ⅲ号、Ⅳ号、Ⅺ号矿体。矿体走向接近南北，总长约1000 m。其中Ⅲ号矿体长约350 m，倾角50°～70°，厚6～60 m，矿体以含铜磁铁矿为主，致密坚硬，f=8～12，属中等稳固到稳固；其次为含铜大理岩和含铜矽卡岩，含铜大理岩f=7～8，属中等稳固，含铜矽卡岩f=3～6，稳固性差，但以混合矿与原生矿为主的含铜矽卡岩，则致密坚硬，f=9～17，较为稳固。

Ⅲ、Ⅳ号矿体的上盘围岩主要是大理岩或白云质大理岩，一般致密坚硬，完整性较好，属中等稳固，f=7～15。矿体下盘岩性复杂，主要有矽卡岩、斜长岩和花岗闪长斑岩。矽卡岩、斜长岩为中等稳固，花岗闪长斑岩，坚硬稳固。局部矽卡岩化斜长岩、花岗闪长斑岩因高岭土化、蛇纹石化，岩性松软，稳固性差。本次试验采场选择在Ⅲ号矿体进行，矿体约30 m厚，矿体倾角约75°，矿体上盘为火成岩，下盘为矽卡岩。试验区矿体中段高度为60 m,分段高度15 m，试验采场垂直走向布置，试验采场范围标高-620～-665 m。

2 空场嗣后充填法试验方案

2.1 矿块布置试验方案

试验区矿体厚度30 m左右，试验采场采用垂直走向布置，在试验方案选择上，所选试验方案要有一定的代表性，以便后期推广使用。

(1) 试验方案要具有可操作性，设备易于施工，操作且易被人掌握。

(2) 试验采场贫化损失率，采矿效率等技术经济指标要好。

(3) 试验技术参数要合理，采场大块率要低，易于铲装。

综合以上特点，试验设备选择采用YGZ—90钻机，凿岩孔径65 mm，风动装药器装药，WJD—2电动铲运机铲矿，凿岩巷道断面3 m×2.8 m。

试验采场矿块宽度分别设计为8，6 m。当矿块宽度为6 m时，采场跨度小，采场采空区小，但是设备不易摆布，且矿石损失大，效率低；矿块宽度为8 m时，设备易摆布，网孔布置较均匀，效率较高，在地压管理上，尽量采取前期少出矿，后期崩落完成后，大量快速出矿，尽快充填防止采空区片帮。最终确定采场跨度8 m较为合适。

采场底部采用堑沟出矿结构，每隔6 m布置一条出矿进路，端部切割槽位置专门布置一条出矿进路以便切割槽凿岩、爆破与出矿以形成补偿空间。

2.2 分段空场嗣后充填法合理技术参数

2.2.1 切割天井与切割槽设计

切割槽位置布置在矿体上盘，切割槽设计应考虑切割天井施工的安全，尽可能优化贫化损失率技术指标。切割天井采用YT—28钻机施工，切割井断面大小要合理，以防止切割槽爆破岩石夹制力过大导致爆破效果不理想，切割天井断面设计为2 m×2 m，高度约12 m；切割槽孔网参数既不能过大，也不能过小，过大可能导致岩石爆破效果不理想，过小可能会对后排炮孔导致破坏，设计切割槽采用排距1.2 m，孔距1 m，每排3孔，共5排的布置方式。

2.2.2 孔网参数设计

图1为分段空场采矿法设计方案，设计爆破排距为1.5 m，每排孔最小爆破边孔角为50°，根据前期爆破可爆性与爆破块度试验孔底距确定为1.5 m较为合理，每排孔深度范围为12～13.5 m。

爆破采用孔底起爆方式，雷管装置于新型起爆弹内，孔口采用间隔装药，导爆索孔内串联炸药，起爆弹起爆，分段微差爆破(如图2所示)。开始起爆时，一次爆破1排，后期爆破空间大时，一次爆破2排。

2.3 分段空场嗣后充填法施工与回采顺序

分段空场嗣后充填法先施工底部堑沟结构，在分段凿岩巷道内上下立体平行施工，-665，-650，-635 m凿岩巷道需穿过矿体，-620 m巷道施工根据爆破界限范围确定，以便后期充填。然后采用YT—27施工切割天井，按照-650，-635 m施工顺序自上而下施工。最后采用YGZ—90自上而下施工各分段中深孔。

图1 分段空场嗣后充填法

图2 扇形中深孔单孔装药剖面图

回采按照-665，-650，-635 m自上而下顺序爆破切割槽，上一分段超前下一分段2～3排(3～4.5 m)，直至爆破回采完毕。

试验中深孔完成装药后进行起爆，未能完全起爆或者部分炮孔未起爆，并有局部未崩落，形成立壁。为此，在中深孔爆破后，先检查导爆管是否已经起爆，若导爆管已经起爆，需重新洗孔装药设置起爆器材，再起爆；若导爆管未起爆可设置起爆器材重新起爆；对于爆破残眼，施工平行孔起爆，孔距大于15倍炮孔距离，然后装药起爆，如果立壁依然不能崩落，可错位增加孔数起爆。

采场前期出矿时，根据爆破后空间适时调整出矿量，如果空间足够一次爆破量，可以减慢出矿效率，这样采场内留足够矿量支撑空区，防止采场出现片帮或者冒顶；在采场爆破采矿接近尾声或者爆破采矿已经结束后，采场尽可能大量出矿，减少采空区暴露时间，防止采空区片帮和冒顶。

采场出矿完毕后，底部堑沟出矿进路堵口，三分段进路接管，全尾砂胶结充填采空区，便于二步骤回采矿柱采场。