非典型赋存矿体自然崩落法开采实践

裴青彦

(北方铜业股份有限公司铜矿峪矿， 山西 垣曲县 043700)

0 引 言

自然崩落法是一种开采成本低、生产规模大的采矿方法，对于矿体厚大、品位较低矿体的开采具有较大的优势，但该采矿方法对于小型矿体适用条件差，开采案例少，缺少成行的经验及方法，因此在采用自然崩落法时必须充分论证，慎重考虑。

铜矿峪矿750 m中段4#矿体东侧底盘和5#矿体中部顶盘存在一小型矿体，位于4#矿体东部底盘，与两个主矿体间隔30～40 m废石阻隔带。由于矿体相对独立，称为岛区矿体，岩石以二类岩区为主，属稳定性好可崩性较差岩体，开采面积80×90 m2，四面隔离，能否顺利应用自然崩落法开采，对于类似矿体具有典型的借鉴意义。

1 开采技术条件

1.1 矿岩地质条件

岛区是4#矿体东部底盘一个独立采区，位于4#主矿体的东延区底盘和5#主矿体5149～5152穿采区顶盘之间，距4#矿体底盘采界水平距离30 m，距5#矿体顶盘采界水平距离40 m，详见图1。矿体形态呈透镜状，产状与围岩基本平行，矿体主要赋存于变质火山岩体，倾向北西 310°～320°，倾角 30°～50°。

图1 岛区位置示意图

根据巷道和钻孔资料统计，岛区 RQD值为78.9%。二类区占78.3%，三类区占19.1%，四类区占2.6%，属稳定性好可崩性较差岩体。有两组主要节理，第一组节理290°～330°，平均倾角60°，第二组节理120°～160°，平均倾角55°，两组节理平均夹角70°～80°，平均节理间距21.2 cm，岩芯节理密度3.34条/m，以平坦粗糙度中等的节理面占多数，以闭合节理为主。两组节理之外的节理，虽然不成组，但在各个方向上切割岩体，从客观上起到“第三节里组”的作用。地下水不丰富，大部分地段为潮湿状态。岛区相对独立、岩石稳固、节理裂隙偏少、四周围岩中等稳固以上。从 RQD值及岩石质量调查结果来看，岛区可崩性较差，开采的主要难题是矿岩可崩性和崩落块度。

1.2 工艺可行性分析

铜矿峪矿810中段自然崩落法采场，初始崩落拉底面积为 3210 m2，持续崩落拉底面积为 5118 m2。对比810中段，岛区开采区域面积偏小，矿岩可崩性较差，但对比810的开采实践，尤其是初始崩落、持续崩落时的拉底面积，考虑岛区节理发育与分布有利于崩落，认为采用适宜的诱导崩落措施，制定科学拉底、放矿方案，采用自然崩落法工艺是可行的。

2 采矿方法及开采边界确定

2.1 开采边界参数的确定

依据矿山装备水平及开采经验，选用电耙出矿的自然崩落法采矿工艺。采区圈定依据10 m块矿床模型及地质平剖面图，图中标示各块储量、品位和矿体边界。开采边界主要参数有最低工业品位、边界最小控制宽度和顶底盘最低采高等。

（1）最低工业品位。岛区最低工业品位与其所在中段最低品位保持一致，在考虑经济盈亏平衡并满足矿岩崩落的前提下，以0.4%作为其最低工业品位。

（2）边界最小控制宽度。边界最小控制宽度应通过试验模拟进行确定，但因缺乏试验条件，铜矿峪矿根据上中段生产经验，取4000～5000 m2作为实现初始崩落所需拉底面积，6000～7000 m2作为达到持续崩落所需拉底面积，在辅以割帮工程的条件下，确定边界最小控制宽度为80 m。

（3）顶底盘最低采高。在满足经济盈亏平衡的原则下，开采高度与经济边际品位、开采综合成本有关，同时，按技术上可使崩落发展到上中段为条件，最小采高不能小于设计中段开采高度的1/4。因此，确定顶盘最低采高40 m，底盘最低采高60 m。

2.2 确定结果

根据地质资料和最低工业品位，确定开采范围为垂高760～830水平，走向方向长90 m，穿脉方向长80 m，开采面积7200 m2，平均采高61 m，满足电耙出矿底部结构的自然崩落采矿法适用条件。地质矿量120.3万t，品位0.536%，金属量6447.33 t。

3 岛区开采设计

3.1 岛区工程布置

岛区设计采用沿脉环形运输，穿脉布置电耙道的工程布置方式（见图2）；电耙道漏斗间距10 m×10 m，电耙道底部结构如图3所示。各主要水平标高依次为750 m运输水平、754 m电耙道水平、761 m拉底水平、787 m割帮道水平。

3.2 岛区割帮工程设计

割帮的目的是释放原岩水平应力，破坏自然平衡拱基，以利于初始崩落。同时切断或降低了拱脚应力，提高开采边界附近处于高应力区巷道的稳定性；减少对边界附近围岩的破坏，降低矿石贫化，促进边界矿石完全崩落，减少矿石损失。787 m水平采用下向大孔和上向中深孔联合割帮方式，并在矿体西北角和东南角设计角天井作为诱导崩落措施，见图4、图5。

图2 运输及电耙道工程布置

图3 电耙道底部结构

图4 拉底道水平及角天井布置

图5 左翼割帮道剖面图

拉底采用从西北角向东南角阶梯式推进侧向挤压爆破方式，拉底时间持续 13个月，累计拉底7350 m2，崩矿量10.7万t，炸药单耗0.76 kg/t。在拉底结束前1个月和后3个月分别组织两次割帮爆破。当拉底面积4000 m2左右时发生初始崩落，当拉底面积达到6000 m2左右时发展为持续崩落。

4 放矿管理及技术指标

岛区放矿采用斜面放矿的形式，累计出矿 65个月，出矿量114.1万t，出矿品位0.499%，金属量 5695.1 t。经过严格放矿管理，采场贫化损失指标均达到设计要求，采场总贫化率 6.9%，损失率6.2%。岛区二次破碎炸药单耗0.375 kg/t。

表1 750 m岛区出矿量及技术指标

5 结 论

崩落问题和块度问题是岛区开采成败的关键。从技术上讲，岛区开采面积较小，岩体以二类区为主，崩落相对困难，因此能否有效崩落及崩落块度一直是技术人员最为关切的问题。

在开采时，铜矿峪矿对诱导工程进行了优化，在拉底和放矿环节采取了针对性措施。一是对岛区开采区域进行了优化取舍，端部处分枝复合矿体剥离，采用其它工艺回收，同时适当增加了部分低品位矿石，最终开采区域形状为80 m×90 m（水力半径21 m），基本接近正方形，有利于采场崩落；二是对岩石质量进行分区，并做了块度预测，为底部结构支护、拉底推进和诱导工程布置提供了理论依据；三是加强现场观察，适时组织拉底爆破，充分利用应力，保证了拉底正常推进；四是采取矿体顶盘和西端割帮，西北角和东南角天井诱导崩落措施，拉底面积达到一定数量后，适时组织了割帮爆破，及时切断水平主应力，达到了采场有序崩落的目的。

实践证明，对于国内大量的中小型矿山，只要矿体赋存条件、地质力学条件适宜，通过严格细致的岩石力学调查、评估，优化的设计，强化拉底放矿工作，完全可以采用自然崩落法开采，实现采矿工艺的高效率和低成本。