不稳固围岩倾斜矿体安全开采工艺技术试验研究

苏广宇，杨正松

(1.铜陵有色金属集团股份有限公司安庆铜矿，安徽 安庆246131；2.矿冶科技集团有限公司，北京 100160)

安庆铜矿为大型铜铁采选矿山，资源丰富，已探明矿体主要由1#、2#、3#矿体组成[1]。其中2#矿体为主矿体，属矽卡岩型铜铁矿床，赋存在F1、F6断层之间。矿体走向长420 m，倾角35°～60°，最大厚度为60～65 m，最小4～5 m，平均20 m左右。2#矿体原采用上向扇形中深孔分段空场嗣后充填法回采，设计生产能力为500 t/d，但受矿体、围岩稳定性较差及采场结构参数不合理等因素的影响，实际生产规模仅能达到设计能力的60%～70%；且在回采2#-4、2#-5、2#-6采场期间，围岩均出现了较大范围垮落，造成矿石严重贫化。

2#矿体矿岩稳固性差给安全、低损失贫化开采带来了问题，影响了采场生产能力的提高[2-3]。解决2#矿体开采技术难题，对确保矿山持续稳定发展具有重要的意义。为此，安庆铜矿开展了不稳固围岩倾斜矿体高效安全开采工艺技术研究[4-6]，并在2#矿体-400～-460 m段选择矿块进行了采矿工业试验。

1 开采技术条件

2#矿体矿石类型为矽卡岩含铜和铁铜，上盘围岩主要为矽卡岩、闪长岩，下盘围岩为大理岩，矿岩中等稳固。V勘探线处矿体倾角为43°，平均厚度为30 m。从2#矿体已开采采场观察，岩体中节理、裂隙等构造较发育，局部稳固性较差。

2 试验采场选择

试验采场(编号2#-16)位于2#矿体中部，-400～-460 m区域ⅥE以东。相临侧8#采场已胶结充填结束，14#采场正在爆破；西侧7#采场正在胶结充填，上部18#采场正在出矿。

试验采场沿矿体走向宽42 m，又划分为东、中、西三个采场(图1)，其中东采场宽15 m，中采场宽9.5 m，西采场宽17.5 m。设计先以中采场为对象进行采矿工业试验，-460 m出矿工程布置见图2。

图1 -400 m平面图Fig.1 Planar graph of level -400 m

图2 -460 m出矿工程布置图Fig.2 Mining project layout of level -460 m

3 开采工艺方案

3.1 采准工程

采场垂直矿体走向布置，宽9.5 m，长为矿体厚度。垂直方向自下向上划分为三个分段，分别为-435 m水平、-415 m水平、-395 m水平，分段高度20 m。每个分段分别掘进分段凿岩平巷和分段切割横巷，凿岩平巷垂直矿体走向布置在采场中间部位，断面规格3 m×3.5 m；切割横巷沿矿体走向布置矿体上盘，断面规格4 m×3.5 m。在-460 m水平从中段运输平巷掘进出矿平巷通达上盘的通风回风巷，再从出矿平巷向采场底部拉底层掘进采场出矿进路，拉底层宽9.5 m、高3 m，长即为矿体水平厚度。出矿进路间距为12～15 m，采场底部结构为单侧出矿平底结构。铲运机出矿巷道和出矿进路的断面均为4 m×3.5 m。

根据采场和围岩稳定性计算分析，鉴于2#矿体部分已回采采场围岩出现较大范围垮落等情况，采用长锚索进行护顶支护。在-400 m、-415 m、-435 m水平矿体上盘的切割巷道采用YQ-100型潜孔钻机布置长锚索钻孔，每个水平布置三排，每排5个，排距3.0～3.5 m。孔深8.0 m，每排钻孔呈扇形均匀布置，钻孔直径为60～70 mm。

3.2 炮孔布置

炮孔凿岩采用BA-100潜孔钻机，钻孔直径为95～105 mm。深孔排线垂直采场走向平行展开，扇形下向深孔排间距为2.5 m，孔底距为2.2 m；切割槽区垂直深孔排间距为2 m，孔底距为2～2.3 m。下向扇形深孔布置见图3。

3.3 回采出矿

使用小孔径VCR法逐层爆破形成切割槽，每次掏槽高度为1.5～2 m，每层装药6 kg，堵塞长度为1.5 m。平行扇形下向深孔以切割槽为自由面进行侧向崩矿，炮孔采用“V”形连线以减小动态抵抗线。爆破时采用自下而上分段爆破，一次爆破高度等于分段高，最大单段装药量不超过270 kg以尽可能地降低爆破冲击波对周边充填体的影响。经测定，爆破时作用在充填体界面上的最大动荷载为1.754 MPa，安全系数为1.23。下向扇形深孔爆破平均炸药单耗0.39 kg/t。

阶段出矿，-460 m作为出矿水平，采用ST型系列铲运机出矿。出矿完毕，试验采场为一步骤回采单元，采用尾砂胶结充填，以保证二步骤单元的顺利回采；二步骤单元采用尾砂充填即可。采场纵剖面见图4。

图3 下向扇形深孔布置图Fig.3 Layout of fan-shaped down deep holes

图4 采场纵剖面Fig.4 Longitudinal plan of stope

3.4 主要经济技术指标

试验采场采用小孔径VCR法拉槽的深孔高分段采矿嗣后充填法，有效保证了采场稳定，未出现围岩垮落的情况，相较于原有中深孔分段空场嗣后充填法而言，各项技术经济指标均有很大的改善，具体经济技术指标对比见表1。

表1 两种采矿方法主要技术经济指标对比

4 结论

小孔径VCR法拉槽的深孔高分段采矿嗣后充填法相较于大直径深孔侧向崩矿嗣后充填法，采矿损失、贫化率分别降低可以1.5%和2.0%以上；采切工程量比上向中深孔分段空场嗣后充填法减少10 m3/kt以上，而且达到了安全高效回采的目的，取得了良好的技术经济效益。该高效安全开采技术的成功实施使得安庆铜矿2#矿体的生产能力大幅度提高，目前已达到了1 000 t/d左右，年生产能力达到30万t/a以上。说明该方法适用于不稳固围岩倾斜矿体的开采，对同类型矿山具有很好的借鉴作用。