Lubambe铜矿倾斜中厚矿体的平底结构纵向房柱法

2018-11-30黄明清李兵磊

金属矿山 2018年11期

黄明清谭伟李兵磊

（1.福州大学紫金矿业学院，福建福州350116；2.金诚信矿业管理股份有限公司，北京100070）

倾斜中厚矿体在国内外地下金属矿山中占较大的比重，也是开采难度大的矿体类型［1］。一方面，采场内采下矿石难以完全靠重力自溜运搬，造成矿石损失率较大；另一方面，矿体厚度及倾角又限制了大型无轨设备的运用，导致开采强度难以提高。对于倾斜中厚矿体，国内外一般采用分段空场法、无底柱分段崩落法、分段充填法进行回采；其中，分段空场法及其衍生方案是最重要的采矿方法之一，如中深孔爆力运搬分段空场法、底盘漏斗空场法、瀑布式采矿法等，在众多金属矿山得到成功应用［2］。然而，分段空场法采切比普遍较大，高中段开采时矿柱稳定性及采场安全性存在安全隐患，因此，在分段空场法基础上，研发采切工程布置合理、工艺自动化水平高、开采强度大的采矿方法，对倾斜中厚矿体的安全、经济、高效开采具有重要意义。

Lubambe铜矿位于赞比亚Copperbelt省北部，东翼矿体倾角平均40～45°，其中70%以上的矿段，矿体倾角大于35°；矿体厚度3～14 m，平均5 m，为典型的倾斜中厚矿体。该矿山长期沿用房柱法、分段空场法开采，近期将分段空场法进一步改进为平底结构纵向房柱法，其基本特征是采场沿走向布置，沿矿体倾斜面纵向上在相邻分段间交错布置矿房与矿柱，在脉内布置采准工程并从矿体一端向另一端退采，采用上向平行中深孔落矿，遥控铲运机出矿，从而实现倾斜中厚矿体的安全回采。

1 平底结构纵向房柱法

1.1 开采技术条件

Lubambe矿区位于中非铜矿带赞比亚Copperbelt省Konkola穹窿北缘的砂岩—页岩型铜矿的成矿有利部位［3］。矿体赋存于元古界Katangan超群裂谷型盆地沉积地层，厚度1～3 km；Katangan地层不整合覆盖于粗粒斑状花岗岩之上，花岗岩体在矿区东南部和东北部分别以Muliashi斑岩和Luina穹窿的形式产出。Katangan超群自上而下分为下Kundelungu、Mwashia、上Roan、下Roan等4个亚群。下Roan亚群是一层以硅质碎屑岩为主的地层，Lubambe铜矿赋存于下Roan亚群上部Nchanga组的OS1段，OS1段厚度为3～14 m。

受Konkola穹窿影响，矿区铜矿体受背斜构造控制，分成东翼矿体和南翼矿体，区内未见明显的断裂构造。其中，东翼矿体倾向北东，走向北西，走向长2.8 km，倾角平均40～45°，平均厚度5 m；矿石平均品位2.56%，矿石密度2.57 t/m3。矿体产出于OS1段的砂岩、粉砂岩、页岩中，上盘为层状页岩或非页岩，下盘为砂岩、砾岩和砂页岩；铜矿层与上覆OS2段地层界限不明显，属于渐变过渡关系，下盘边界清晰。

1.2 采场结构参数

采场沿矿体走向布置，沿走向长35 m，其中矿房长30 m，间柱长5 m，宽为矿体厚度（平均厚度5 m），高为中段高度75 m；中段共分成4个分段，分段高17.2 m，顶柱6 m，不留底柱。单个采场地质矿量为33 731.3 t。

沿矿体倾斜方向相邻分段的间柱上下交错式布置；在各分段脉内布置沿脉凿岩出矿巷道，规格宽×高为5 m×4 m；底部为平底结构，即在最下分段的凿岩出矿巷道运输本分段矿石及上分段未运出的矿石。采场结构参数见图1。

1.3 采矿工艺

（1）回采顺序。中段间的回采顺序为自上而下。根据斜坡道的服务范围，将同一中段的矿体沿走向划分成若干个盘区，自矿体的一端向另一端后退式连续回采。采场回采顺序为自上而下，上一分段超前下一段6～10 m回采。

（2）采准切割。采准时，自斜坡道对应标高向采场各分段掘分段联络道至矿体，分段联络道垂直矿体走向掘至矿体上盘矿岩界线，规格宽×高为4.5 m×3.5 m；随后，在矿体内沿矿体走向掘进分段凿岩出矿巷道，分段凿岩出矿巷道长为矿体全长，规格5 m×4 m，并通过凿岩出矿巷道联络相邻2条斜坡道。在走向上，每隔150 m在矿体下盘布置1条行人通风天井。

切割时，先从分段凿岩出矿巷道凿上向水平预裂孔，切割槽预裂孔布置在矿房内靠近采场间柱开始退采的一侧；然后，自凿岩出矿道向切割预裂孔位置凿倾斜平行孔，第一排为浅孔，爆破后形成三角自由面，随后，依次向上凿第2～6排倾斜平行孔，孔长逐渐加大直至全段高，并以下部空间为自由面爆破，最终形成切割槽。

（3）凿岩爆破。完成中段间所有分段联络道及分段凿岩出矿巷道后，即可开始凿岩爆破工作。采用SANDVIK DD320双臂凿岩台车向上凿与矿体倾角平行的中深孔，孔径ϕ76 mm，孔深约15.2～18.7 m；孔间距1.2～1.5 m，排间距1.8～2.1 m，正常排每次爆破3～4排。

（4）通风。通风采用东区、南区各自的分区通风系统，新鲜风流从一侧斜坡道至各中段，再经各分段联络道、分段凿岩出矿巷道进入采场，冲洗工作面后经采空区、通风天井流至上中段回风巷道，再经回风井流出。

（5）铲运机出矿。各分段崩落矿石采用LH54 SANDVIK柴油遥控铲运机运至盘区矿石溜井，斗容14 t，铲运机出矿效率600 t/班；矿石下放至325 mL后，由Mt436B ATLAS 30 t运矿卡车中段运输，再经竖井提升至地表。

（6）空区隔离。各分段开始回采后，矿体开始回采的一端随即形成采空区，为防止人员及设备误入空区，必须在分段联络道设置隔离墙，并布置显著的警示标识。

1.4 技术经济指标

平底结构纵向房柱法在Lubambe铜矿东翼1#斜坡道矿体250 mL多个采场应用，主要技术经济指标见表1，其中采场综合生产能力为1 000 t/d，采切比87.3 m/万t，采矿回收率72.2%，贫化率22%，吨矿采矿成本74.6美元/t。相比原有的分段空场法，平底结构纵向房柱法更能保障回采期间人员与设备的安全，提高生产效率；此外，由于矿体与上盘间存在厚约0.75 m的贫化层，因此矿石贫化率并未显著降低。

2 方案技术特点

平底结构纵向房柱法是Lubambe铜矿结合房柱法及分段空场法优点的基础上摸索出来的，并经生产验证为较适合该矿山矿体开采的安全采矿方法，其技术特点如下。

（1）采准工程脉内布置，采切比小。采场分成4个高分段，采准工程大部分在脉内布置，主要为斜坡道至矿体的分段联络道及各分段的分段凿岩出矿巷道，利用矿体两侧的斜坡道通风，可节约中段通风井工程；分段巷道为采准、凿岩、出矿共用巷道，可节约中段矿石溜井工程；不布置额外的切割工程。工程布置简单，脉内凿岩出矿巷道能有效提高巷道利用率，从而降低了采切比，采切比仅为87.3 m/万 t（1 422.6 m3/万t）。

（2）上下相邻分段间柱交错式布置。根据矿体顶板允许的暴露面积，优化矿房及矿柱的组合方式，在沿矿体倾斜方向的纵向上，上下相邻分段的矿房及矿柱呈交错式布置，使矿柱较均匀地承担上覆岩层荷载，合理控制地压；尤其在倾角较缓的矿段，更有利于提高采场开采过程的稳定性。

（3）上向平行中深孔凿岩爆破。采场正排爆破时，将传统的上向扇形中深孔优化成上向平行中深孔（见图2），中深孔角度与矿体倾角基本一致。现场应用情况表明，单排炮孔数量可从5～6个减少为3～4个，单排炮孔长可减少约10 m，每米崩矿量可从5～6 t提高至8～9 t，同时大块率明显降低。