分段空场嗣后充填采矿方法在谦比希铜矿中的应用*

李 辉，马浩吉，张晋军，张东红，李占炎，杨清平

（1.中色非洲矿业有限公司 谦比希铜矿；2.北京科技大学 土木与资源工程学院，北京 100083）

随着社会的快速发展，人们对矿产资源的需求也急剧增加，浅部的矿产资源逐渐枯竭，矿山逐渐由浅部资源向深部开采的方向发展［1-3］。而随着矿山的逐渐开采，产生大量的矿山废弃物和井下采空区，对矿山的安全生产不利，而充填采矿方法将地表废弃物充填到井下采空区，减少地表尾矿库堆存面积，可有效控制井下地压［3-6］，因此，充填采矿方法越来越受到矿山的欢迎。

充填采矿法包括单层充填法、上向水平分层充填法、下向水平分层充填法、分采充填法和分段空场嗣后充填法等［7-9］，不同的采矿方法具有不同的适用条件，分层充填法的适用性相对较强，且安全程度较高，但是其生产效率较低。面对相对严峻的矿业形式，特别是深部开采的矿山，对矿山的成本控制和生产效率要求越来越高 ，因此，采矿方法的选择需重点考虑安全和高效的采矿方法，以达到降本增效的目的。

谦比希铜矿地处非洲中部的赞比亚，隶属于铜带省，位于谦比希盆地的北部边缘，主要包括主矿体、西矿体和东南矿体等几大部分，其中谦比希铜矿主西矿体为最先开采的矿体，东南矿体为正在基建的矿山。主西矿体原先主要采用分层充填法进行开采，矿山设计生产能力较大，为了满足矿山的生产能力，进一步提高矿山的生产效率，降低矿山开采成本，亟待引用新的采矿方法对其厚大矿体进行开采。

1 地质条件和开采技术条件

1.1 地质情况

谦比希铜矿主矿体和西矿体为同一成矿带，属于同一矿体，包括露天开采和地下开采两部分，前期主要进行露天开采，随着开采速度的加快，目前主要为地下开采，且已进入深部开采阶段。矿体呈现出层状和似层状产出，目前西矿体300～500mL区域为生产衔接的主要区域，该区域矿体厚度大于25m，矿体倾角为31°，品位1.77%。

矿区内的地层主要由加坦加系和基底组成，其中加坦加系地层是在该地区地壳不断的升降运动中形成的，该地层主要包括底砾岩、长石石英岩、上盘石英岩、下盘石英岩、矿化板岩等部分组成；基底系主要包括基底花岗岩、片麻岩、石英岩和片岩等部分。

1.2 开采技术条件

西矿体300～500mL区域为300mL分段以上生产衔接区域，该区域包含6个生产盘区。其中，300～400mL 中段上的1#为老盘区，沿用300mL分段以上采联+分段巷的回采工艺形式；其余5个盘区为新盘区，采用斜坡道+采联的回采工艺形式。为进一步挖掘盘区生产能力，尤其针对厚度超过25m的矿体，为充分发挥人员设备效率，进一步“降本增效”，强化集中管理理念，探索分段空场嗣后充填采矿法应用的可行性。分段空场嗣后充填采矿法暂定应用于矿体厚度＞25m，矿体倾角30°左右的矿体。为保证矿体回采连续性，局部厚度小于25m，倾角小于30°矿体圈定在嗣后充填回采工艺资源统计范围内。

2 采矿方法选择

为了适应当前的矿业形式，针对谦比希铜矿西矿体的厚大矿体开采条件，提高其开采效率，降低生产成本，需引进新的开采方法。其中采矿方法的选择需遵循以下几个原则：（1）能够充分考虑矿体赋存条件，与矿体的开采技术条件相适应；（2）能够创造良好的作业环境，提供安全的作业场所；（3）具备高的生产效率和生产能力；（4）开采成本相对较低，能够创造良好的经济效益；（5）充分利用矿区的尾矿，资源合理利用，提高地表和井下的安全，对生态环境破坏小。

结合谦比希铜矿西矿体300～500mL区域矿体的开采技术条件，确定采用分段空场嗣后充填采矿方法对该区域的厚大矿体进行开采，该采矿方法具有生产效率高、机械化程度高、生产成本低和采切工程量小等优点，因此，决定采用分段空场嗣后充填采矿方法对该区域的矿体进行试验开采。

单盘区走向长度为360m，每个盘区分为2个回采单元，每个回采单元长度为180m，配置独立的通风、供排水、充填及溜井等系统，确保每个回采单元相对生产独立，实际400～500mL 1#盘区采场布置图见图1所示。

图1 分段空场嗣后充填采矿法标准单元回采设计图

3 采矿工艺

3.1 采切工程布置

盘区布置：盘区沿矿体走向布置，长360m；每个盘区分2个回采单元，每个回采单元长180m。采场联络道、溜联布置在一条直线上，且与斜坡道联道贯通，采场联络道布置于回采单元中间位置，回采单元划分为若干采场。矿体上盘布置脉外出矿运输巷（4.5m×4.5m），与采场联络道贯通，出矿运输巷与采场通过出矿联巷（4.5m×4.5m）连接。

采场布置：采场宽度10m，矿柱宽度12.5m，高度为分段高度18m，长度为矿体水平厚度。每个回采单元可布置16个采场，且每个回采单元具有独立的生产服务系统。

3.2 回采工艺

回采工艺：采场间隔回采，即“隔一采一”。单个采场回采首先采用掘进凿岩台车M2C从上盘运输巷向下盘施工出矿联巷（5.0m×5.0m）至切割井位置，进而施工切割巷（4.5m×4.5m）至采场宽度，施工过程中井巷工程支护参照相应的支护标准。然后采用Atlas盲井钻机施工两个直径为750mm的切割井，与此同时施工上盘沿脉进路，确保上盘三角矿体回收，同时采用长锚索对顶板进行支护。最后采用深孔台车T-100一次性施工切割槽排及其它正常排中深孔。爆破顺序：切割槽一次起爆-切割槽下盘三角矿一次起爆（抛掷排4排）-切割槽上盘正常排起爆（2～3排）-爆破至上盘出矿运输巷位置，剩余3～4排炮孔一次起爆，爆破矿石采用遥控铲运机从出矿联巷铲出至矿石溜井。

3.3 采场中深孔布置

通过对切割槽排、抛掷排及正常排深孔进行设计，统计单个采场中深孔施工总长度。由于受到采场宽度限制，且为避免多种设备频繁调动，所有下向深孔均采用T-100深孔台车施工深孔。其中表1所示为T-100中深孔施工设备的技术参数情况。

表1 T-100中深孔施工设备技术参数表

3.4 井巷工程支护

根据盘区不同井巷工程服务周期及矿岩条件，采用不同的支护等级标准。锚索支护间排距2.5～3m，直径15.24mm；锚杆支护间排距1.5m，直径20mm；喷浆厚度50mm，且喷浆高度从两帮1.5m以上开始至拱顶。

Ⅰ级支护标准：上盘运输巷采用锚杆+6.5m锚索+喷浆支护；

Ⅱ级支护标准：出矿联巷采用锚杆+6.5m锚索支护，上盘沿脉进路采用锚杆+11.5m长锚索支护；

Ⅲ级支护标准：下盘切割巷采用锚杆+喷浆支护；

Ⅳ级支护标准：采场联络道采用锚杆支护。

3.5 采场通风

采场采准掘进期间，通过局扇+风筒的形式将污风排除作业掌子面。待采场切割井形成后，通过在上分段架设局扇和通风，可以有效解决采场生产期间的通风问题，为现场施工提供良好的作业环境。

3.6 采场膏体充填

采场回采结束后在上盘运输巷与出矿巷交叉口位置构筑柔性挡墙。膏体充填管路在下一分段由充填管缆井引出经采场联络道和上盘沿脉运输巷至充填采场。由于采场回采空间集中，且从空区上部直接下料，可以有效解决采场充填接顶问题，进而有效控制采场地压。

4 应用效果分析

通过将分段空场嗣后充填采矿方法成功应用于谦比希铜矿西矿体300～500ml区域，充分发挥了大型机械化设备的效率，每个回采单元的综合生产能力为1946t/d，即盘区综合生产能力为3892t/d，使西矿体的生产能力由120万t/年提高到150万t/年，出矿品位为1.68%，损失率为8%，贫化率为10%，每米崩矿量为8.79m/t。在矿石开采后，充分利用井下废石和地表尾矿，采用膏体充填采矿法，极大地降低了地表建设尾矿库的费用和部分废石出坑的费用，且在开采中及时进行充填，有效地控制了井下地压和地表的塌陷，其经济效益和安全效益显著。

5 结论

分段空场嗣后充填采矿方法在谦比希铜矿西矿体中的成功应用表明该种采矿方法可在其他类似矿山中得到推广应用，能最大限度地利用大型机械化无轨设备，提高井下生产效率，降低整个矿区的生产成本，充分利用地表堆存的尾矿，减小井下采切工程量，有效控制矿石的贫损指标。在谦比希铜矿西矿体进行大量推广的应用中，需结合矿山的实际开采技术条件，针对特定的情况，对采场结构参数和支护方案等进行优化，不断总结现场工程经验，充分发挥设备的效能，提高现场工作人员的管理水平，为谦比希铜矿西矿体进行安全、经济和高效开采提供保障，也为类似工程提供一定的借鉴。