无轨化开采技术在谦比希铜矿的应用与优化*

杨清平，陈顺满

(1.中色非洲矿业有限公司谦比希铜矿， 北京 100082；2.北京科技大学 土木与环境工程学院， 北京 100083)

谦比希铜矿西矿体走向近东西，倾向南，倾角30°左右。矿体走向长1400～2100 m，真厚度平均7.36 m。100～300 mL中段矿体设计采用全无轨化开采，设计采矿生产规模为3000 t/d，年产矿石99万t，年产铜精矿62835 t(折合精矿含铜18850 t/a)。

西矿体开采于2008年1月开工建设，2010年10月31日建成投产，实际建设工期为34个月，累计完成井巷工程量18525 m/320735 m3、建筑面积6117 m2及设备386台/套，投资额总计12359.37万美元，比调整后的工程概算减少投资2704.41万美元，达到了基建投资少、基建期短、投产快的目的。

1 无轨开采方案

1.1 开采技术条件

西矿体局部矿体水平厚度达20～34 m以上，矿体连续性较好，从地表附近延深至700 m以下。下盘矿体位于西矿体东端底盘的石英砂岩中，走向长约300 m，倾斜延深200～300 m，厚度5～10 m，倾角30°左右。矿体及邻近的上、下盘围岩为主要含水层之一，习惯上称为矿体含水层，厚度10～20 m。上盘燧石白云岩及其以上的白云岩地层为另一个主要含水层，该层为矿区最强的含水层，厚度10～20 m。2个含水层之间为“上部石英岩”相对隔水层。在构造裂隙发育的地段，两含水层之间有弱-中等的水力联系。

矿体稳固性中等，底板基底岩和长石石英岩稳固性好，顶板岩石稳固性差，部分地段很差。在150 m 水平，矿体顶板以上岩石的风化程度中等风化或更强。150 m 水平向下，随着风化作用的减弱，顶盘岩石的稳固性有所改善。

我礼貌地向起身迎我的包东坡和裘子打招呼：你们好。裘子滑稽地双手捂着肚子说：好啥好呀！这年头，身体好的都在医院住着呢，在饭店胡吃海喝的，都一身病。

1.2 无轨开拓运输及通风系统

由于矿体开采储量大，走向长，设计采用2条斜坡道+中央副井联合开拓(见图1)。其中，174 m 斜坡道作为矿石运输的主要通道，中央斜坡道作为无轨设备、部分人员及材料的通道，同时兼作上部矿石运输的通道和进风道，斜坡道口位于矿体中部下盘。斜坡道净断面4.0 m×3.6 m，主干线坡度为12.5%，弯道段、缓坡段及分段平巷连接处的坡度为5%。斜坡道转弯半径为20 m。斜坡道路面用碎石铺设，厚度为200 mm。斜坡道与每分段平巷联接口处作为错车的地方。不设人行道，设躲避硐室。中央副井为竖井，位于矿体中部下盘，井深545 m，净直径Φ5.0 m，采用罐笼平衡锤提升系统，型钢罐道。副井一次掘进到500 m 中段，担负人员、材料的提升，同时作为主要的进风井。供水管、排水管电缆等管缆均敷设在井内。井筒内设梯子间。

回采工序循环包括：凿岩、爆破通风、出矿、撬毛、支护等，整个分层采场回采完后，进行充填。

整个分层采场矿石回采率平均为60%～65%，厚大矿体采场回采率仅56%～60%，矿石贫化率10%左右。

为研究路面结构层对工后沉降的附加应力响应，需判断路面附加应力是否大于路面结构层的容许应力，只有当路面附加应力小于容许应力时，才能保证路面结构层安全。

[31] 中国外交部：《中国外长王毅就所谓南海仲裁庭裁决结果发表谈话》，2016年7月12日，https://www.fmprc.gov.cn/web/wjbz_673089/zyjh_673099/t1379787.shtml。

图1谦比希铜矿西矿体开拓系统图

1.3 无轨采矿工艺

(3) 采场支护。采场矿石出完后，安全作业人员对采场顶板及两帮浮石进行清理，之后采用Boctec235H型管缝锚杆台车对采场顶帮进行支护，同时依据采场情况采用改装的D310型锚索台车施工锚索孔，通过注浆方式完成采场锚索支护，锚索长度有4.5 m和6.5 m两种。锚杆与锚索支护标准依据采场矿岩条件确定，根据矿岩赋存条件谦比希西矿体制定了相应的Ⅴ类支护标准。

水泵房变电所设在300 mL中段中央副井附近，各分段的涌水和生产回水经分段巷和斜坡道下放到300 mL中段石门水沟汇入300 mL泵房水仓，由水泵排出地表。

2.普通的充电应急灯需要不时充电，如果长时间不充电，储存的电就会放光，灯无法使用。这个家用应急灯只要电池板朝南放在窗台，只要不是长时间阴天，就可以一直使用而不用充电，而且放的时间越长充电越多。

采场沿矿体走向布置，采用上向进路水砂充填采矿法。矿块中段高度为64 m，分段高度为16 m，采场标准长度66 m，间柱3.0 m，回采分层高度4.0 m，采场布置根据矿体厚度及稳固程度不同而不同。当矿体水平厚度大于12 m以上时，沿矿体走向布置采矿沿脉巷道，沿脉巷道断面规格4 m×4 m，再从沿脉巷道垂直矿体走向布置采矿进路，采矿进路断面规格(4～6)m×4 m，进路与进路之间留4 m的条柱不回采；当矿体水平厚度小于或等于12 m时，只沿矿体走向布置1条沿脉回采进路，回采进路宽4～6 m，进路回采完后，视采场矿体顶板稳固情况进行适量扩采。

1.3.2 回 采

通风采用中央进风、东西两翼回风井回风的集中通风系统，抽出式通风方式。中央副井和斜坡道进风，两翼东、西回风井回风。东回风井位于矿体东端的下盘，井筒净直径Φ3.7 m，井深207 m，井内不设梯子间。西回风井位于矿体西端的下盘，井筒净直径Φ3.7 m，井深221 m，井内设梯子间，作为安全出口之一。东风井风量132 m3/s、负压990 Pa，西风井风量132 m3/s、负压1517 Pa，每个井口设1 台FDCZ(B)-10-No.29 对旋型轴流式矿用节能通风机，每台风机配电机功率2×250 kW。

(1) 凿岩爆破。为降低爆破震动对采场顶板稳定性影响，确保采场回采安全，采场进路回采采用光面爆破，采用Boomer281型凿岩台车施工水平平行孔，设计孔数52～63个，其中空孔2个，孔径102 mm，装药孔孔径为45 mm；光爆孔孔距550 mm，炸药使用直径为25 mm、长270 mm的乳化炸药卷，不耦合系数1.8，间隔装药，药卷间距250 mm，为减小夹制作用，孔底连续装入2个药卷，药卷之间采用导爆索连接，同时药卷用竹片夹住并用22#铁丝绷紧，装药前，将导爆索和起爆雷管插入起爆药包，并将导爆索与药卷用胶布固定，然后装入孔内。除光爆孔外，其余装药孔采用连续装药，药卷直径为38 mm；空口用炮泥堵塞，且所用导爆管雷管分6段起爆。

(2) 采场出矿。采场爆破结束后，通过局扇将风压入采场进行通风，通风时间一般为90 min。通风结束后进行采场出矿，采场出矿采用直接装车。直接装车即采用LH307或LH410型柴油铲运机直接将矿石装入MT2010型井下矿用卡车经主斜坡道运至地表174 mL平台，再用装载机装入30 t Bell车转运至西矿体破碎站。

1.3.1 采场布置及结构参数

(4) 采场充填。先进行废石充填，最后进行分级尾砂充填，并尽量接顶。

充填采用分级尾砂加泵压输送充填。充填料浆经分级尾砂充填站制备好由挤压泵输送至充填钻孔下放到100 m 分段，然后经铺设在100 m 分段巷道的充填管经充填回风天井进入采场充填。

1.4 西矿体投产后暴露出的问题

1.4.1 井下生产系统生产效率低

本文通过果酒专用橡木桶对猕猴桃果酒进行贮藏研究，通过测定贮藏过程中，酒汁的理化特性和感官特性，为后续研究橡木桶陈化机理和工业化应用提供理论基础。

一是无轨运输环节多，运距远，设备配置多，效率低。首先掘进出渣、出矿无放矿溜井，矿、废石直接装车，运距较远，等车时间长，设备利用率低； 其次主运输系统不畅通，174 mL斜坡道100 mL中段以上未设置调车道，存在运输瓶颈现象，会车时间长，影响运输效率，而且矿、废石运输到174 mL平台后，还需用装载机装入30 t Bell车再转运至西矿体破碎站，运输环节增多；再次200 mL分段以下，平均运距5.5～6.0 km，采用MT2000型井下矿用卡车，运输能力小，成本高，实际每车只有13～14 t，导致设备数量与人员大量增加，运输成本极高，矿、废石从采场运至破碎站仅运输成本就达到9美元/t以上。

更“欠扁”的是，家长会后，我的座位被班主任周老师从正数第三排调到了倒数第三排。我前后一米内的同学，成绩立刻从班上正数前十换成了倒数前十。周老师的理由是：让成绩先好起来的同学带动成绩后好起来的同学，最终达到“共同进步”。听起来是不是很“高大上”？但是我却有一种被抛弃的感觉。也许是看我脸色不佳，周老师特意把我叫到办公室谈心。

二是通风系统复杂，通风路线长，阻力大，通风系统设计不完善。174 mL直进式斜坡道布置在矿体东部，上分段回采风流短路现象严重；中央折返式斜坡道布置在矿体中部，两斜坡道之间回采区域风量分配和调节困难，通风较差；采场通风设计不合理，局扇数量多，噪音大，不能及时关闭或调节，造成能源浪费；通风系统易出现循环风，短路风，风量分配不满足生产要求等问题。

三是采区排水排泥系统不健全，大量疏干水和生产用水经分段巷、斜坡道无序排放，无法有序排至主排水排泥系统，加上泥化严重，造成井下生产条件、路况较差，路面泥沙淤积较多，影响无轨设备使用效率。

四是挤压泵送充填系统充填浓度及充填能力较低，采场充填时间长；而且按实际尾砂利用率80%、分级尾砂产率30%左右计算，分级尾砂只能满足1800～1900 t/d充填生产能力要求，充填料不足。

1.4.2 进路式充填采矿法采场生产能力低

山风比午间更加狂烈，呼啸着，像一群怨魂，在天葬场的地面处游荡。白鹫仍然没有离去，它们中的一些盘旋在众人的头顶上空，另一些则站在天葬台对面的高坡上，不时发出一声声令人揪心的悲鸣。

受矿体倾角只有30°左右，平均真厚度只有7.36 m，下盘氧化矿稳固性较差等开采技术条件制约,采场通风、充填、泄水等采准工程布置及施工困难，甚至无法施工，导致采场通风、充填、泄水比较困难，采场作业环境差，设备故障率增高，效率不能更好发挥，循环周期长,生产能力较低。经测算，每个采场分层回采时间需2～3个月以上，采场综合生产能力不足50 t/d。

1.4.3 矿体回采率低

由于矿体倾角只有30°左右，采用进路充填法回采仅设计损失就高达40%～50%，加上赞比亚当地水泥价格在200美元/t以上，厚大矿体也采用单步骤回采，致使实际回采率只有50%～60%，远低于85%的设计指标。

上游进水口分为2孔，左侧为混凝土接头坝，与麻石水电站现有溢流坝连接，坝顶高程与原坝顶高程相同，仍为141.60m。进水口右侧为扩建船闸，船闸未建时填筑土石坝，坝顶高程为141.60m，与右岸板大公路连接。左右岸接头坝坝顶宽度为5.00m。进出口桥面宽为7.20m。

1.4.4 无轨设备选型能力偏小，不配套

由于无轨设备配备选型能力普遍偏小，而且只注重主体设备，忽视了辅助设备，高度不配套，导致主体无轨设备效率没能得到充分发挥，加上井下通风条件差；井下水大，路况差；操作人员素质低，野蛮操作；维修力量弱等，无轨设备整体效率较差，实际台班效率仅为设备额定台班效率的30%。

2 优化改进方案

2.1 生产系统优化

(1) 采场结构参数优化。沿矿体走向划分3个盘区，盘区长360 m。开采顺序从下而上，中段高度100 m。每个盘区建立单独的开拓、采准系统，独立开采。每个盘区采用斜坡道+溜井开拓采准，盘区再划分为2个采场。采场沿矿体走向布置，长180 m，采联与分段联巷连通，布置于采场中间，单侧长度不超过100 m，两采场之间留3 m间柱不回采。采用上向进路式分层充填法回采，进路规格：(4.5～6)m×4.5 m，炮孔深度4.9 m，整个采场回采完后，采用膏体充填并密实接顶，水灰比1∶(8～24)。采场分次充填，直至采场密实接顶。

(2) 优化通风系统，改善作业环境。在2条斜坡道之间增设1条措施回风井，加设1台75 kW辅扇，解决2条斜坡道之间回采区域风流不畅，风量分配和调节困难、通风较差的问题；同时，加强通风构筑物的设置，解决174 mL斜坡道与各分段风流短路和风量分配问题。

(3) 优化排水排泥系统。原设计采区排水排泥系统未考虑，导致采区生产废水及充填废水排放比较困难，大量废水和泥沙极易淤积在分段巷内，使得无轨设备运行环境较差，故障率高。为此增设了采区排水排泥系统，通过泄水井或泄水钻孔将生产区域污水引到下中段沉淀池沉淀滤干，再用无轨设备转运至采场充填，改善了井下无轨设备运行环境。

(4) 引进膏体充填技术。为解决采场分级尾砂充填料不足、采场充填脱水困难以及矿石回采率低等问题，引进了膏体充填技术，实施了井下回采空区全部采用膏体充填技术方案。通过对膏体充填系统深锥浓密机底流泵及充填管路进行改造，实现了单台深锥浓密机与两台搅拌和泵送系统的有效配合运行，年膏体充填量达35万m3。采用膏体充填后，采场循环加快，文明生产得到有效改善，人员、设备效率以及采场综合生产能力得到有效提高，现在膏体充填效率是原来分级尾砂充填效率的2.5倍，采场综合生产能力提高了10%以上，当矿体厚度较大时，采用膏体充填两步骤回采，矿石回采率由以前的55%左右提高到75%以上。

从公车后门上车后，我会转身往车尾走四步，再右转身面对车窗，然后举起右手拉住吊环，稳住重心，视线水平朝着窗外。

2.2 采场结构参数及无轨设备配置优化

(1) 优化运输系统，提高运输效率，降低运输成本。一是增设采区溜井和174平台转运溜井，采用溜井集中装车。即柴油铲运机直接将矿、废石铲运至采区溜井，经溜井底部振动放矿机卸载至MT2010型井下矿用卡车经174 mL斜坡道转运至174平台转运溜井，最后经振动放矿机放矿至30 t Bell车转运至西矿体破碎站,减少直接装车等车和174 mL平台铲装环节。二是沿174 mL斜坡道每间隔150 m布置一长15 m的调车硐室，解决调车时间长运输瓶颈问题；三是将200 mL分段以下运输方案改造为无轨加有轨联合运输方案。即利用主矿体3#竖井富余能力，将西矿体300 mL中段与主矿体500 mL中段通过溜井贯通，把西矿体200 mL分段以下矿、废石通过采区溜井下放到300 mL中段，再通过MT2010型矿用卡车从300 mL运输至主矿体500 mL中段转运溜井，经500 mL中段有轨运输到主矿体3#竖井溜破系统破碎后提升至地表，200 mL分段以下无轨运输距离缩短了4.5～5 km,每吨矿、废石运输成本可降低2.4美元。

(2) 无轨设备配置优化。通过采场结构参数和回采工艺优化，改变开拓采准方式，合理加大采场结构参数，全面配置大型高效采、掘、运设备及配套辅助设备，实现了安全、高效、经济开采。大型设备铲运机(ST14)台班效率达到900 t，对比原来铲运机(LH307)186 t的台班效率提高了4倍；采矿/掘进凿岩台车(M2C)单循环爆破进尺平均4.5 m，比原来的凿岩台车(BM281)单循环爆破进尺平均3.3 m，爆破效率提高了35%；锚索支护台车(Cabletec LC)实现单根施工时间21 min，比原来每天只能施工10根左右大幅提高；30 t XYUK型矿用卡车台班效率比原来MT2010型矿用卡车提高了一倍以上。

2.3 生产管控系统改造

生产管控系统改造主要包括500 mL有轨运输系统无人化扩能改造；主井提升电控系统自动化升级改造；排水及皮带运输系统自动化；电能管控系统升级改造；井下固定设施远程监控系统建设。整个改造采用融合系统进行控制。融合系统由SCADA系统、视频监控系统以及生产调度管理系统组成，实现了透明化生产，生产调度协同控制，提高了各种机器设备的利用率，延长了设备使用寿命，降低了机器设备维护费用；井下生产管控系统，通过强化生产过程中人、设备、物料的管理，实现生产全面信息化管理，将人员、设备信息实时传输至地面指挥中心，进行人员、设备定位信息的实时显示、查询、报警功能，提高井下人员管理水平，提升井下人员工作效率，提升减灾施救能力；实现地面与采区、采区与采区人员之间的实时通讯功能，达到减员、增效及节能的目标。

望亭水利枢纽自动监控系统在开发过程中，以功能需求为导向，每一个细节都遵从操作人员认知和感受，通过有意识的、目标明确的策划设计，体现了尊重习惯、界面友好、主题突出、目标明晰的特点，达到了预期的建设目标和效果。

3 几点看法

目前，国内采用无轨开采(包括中段开拓)的矿山越来越多，但普遍效率、效益都不高，与欧美采矿发达国家相比差距较大。主要原因是受传统观念及开采模式影响，井下开拓、采准系统不完善；大型、高效、自动化程度高的设备配置少，辅助设备设施配置少；主要材料炸药、油料及备品备件供给仍采用传统方法；井下作业环境差、作业人员多等因素造成的。主要差距体现在：

(1) 井下开拓、采准工程净断面偏小，通常按照最小断面规格设计，绝大多数矿山不超过4 m×4 m；而发达国家矿山配置同样设备设施，巷道净断面一般(5～5.5)m×(5～5.5) m或 (4.5～5)m×(4.5～5)m；

(2) 井下作业环境差，通风差，井下温度相差2℃～3℃；

(3) 只重视主要无轨采矿设备配置，辅助无轨设备配置较少，而且大型、自动化程度高的无轨设备配置较少，辅助环节对矿山开采整体效率的影响较大；

(4) 辅助系统仍采用传统的输送和管理方法；

(5) 设备、人员配备较多，效率低；

(6) 自动化、智能化、数字化管理应用较少。

拼音作为小学阶段语文课程教育教学的基础，同时也是学生学习更高层次知识的过渡，而且关系学生的日后自主学习与生活。拼音教学的重要性不言而喻，创新和改进拼音教学方法势在必行。

因此，在无轨矿山开采中应全面优化，缩小差距，全方位提高各个环节效率，实现无轨开采效率、效益最大化。