铜山口铜矿空场嗣后充填采矿法采场采切方案优化

朱先艳

(大冶有色金属有限责任公司铜山口铜矿， 湖北 黄石市 435122)

铜山口铜矿露天开采于 1984年上半年正式投产[1]，至今已连续开采了近36 a，现为过渡期露天地下联合开采。选矿车间经 2018年更新改造球磨及浮选设备后，选矿回收率由原来的 79%提高到85%，实际采选矿处理能力由原来 1200 kt/a达到1300 kt/a，主产品为矿山铜[2]，年生产矿山铜 6500 t。

铜山口铜矿床是高—中温热液接触交代矽卡岩型、以铜金属为主的大型矿床。矿石结构主要有自形-半自形与他形粒状结构、交代与交代残余结构、压碎结构，其次还有网状交代结构、脉状充填结构及边缘交代结构等。具有星点浸染与细脉浸染状、致密块状、网格及交错状构造。矿石、围岩平均体重分别为2.96 t/m3、2.80 t/m3。主要矿物有黄铜矿、黄铁矿、辉钼矿；次要矿物有黝黄铁、斑铜矿、磁黄铁矿、白铁矿、闪锌矿、方铅矿；稀少矿物有蓝铜、辉铜矿。成矿严格受接触带、层间构造控制，矿体间互联，形态比较复杂，分支复合、尖灭再现多。铜山口铜矿床水文地质条件属复杂类型，地表有一条流经矿区的铜山口河，河水通过裂隙、断层、溶洞直接通至地下，河水与地下水为互补关系，地表水能补给地下水。铜山口铜矿床工程地质条件属中等类型，围岩岩性较复杂，矿体顶底板大理岩、岩浆岩、矽卡岩兼有，地质构造发育，岩溶作用程度由中到强，蚀变强烈，矿体及围岩岩石力学强度变化大，矽卡岩单轴抗压强度范围为1.3 MPa～201.9 MPa，岩浆岩为39.5 MPa～236 MPa，白云岩和大理岩为56.8 MPa～114.5 MPa。在矿区附近有2条县级公路和316国道，交通十分方便，还有大量的良田需要保护。目前地表充填站有2套充填系统，分胶结、非胶结。每套有1个1000 m3立式砂仓，胶结充填系统有2个200 m3立式固结料仓，日最大充填量为1700 m3/d，最大充填倍线6.8。露天地下联合开采时在-58 m至-100 m标高之间的矿石被留作隔离保安矿柱；深部工程开采主要对象有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ号矿体[3]，采用主副井+辅助斜坡道联合开拓方式[4]，采矿方法有沿走向、垂直走向的分段空场嗣后充填采矿法[5]、上向式水平分层充填采矿法。现在生产中段有-100 m中段、-160 m中段、-220 m中段、-280 m中段。其中-100 m中段、-220 m中段为无轨副中段[6]，其余两中段为有轨生产运输中段，-340 m中段、-400 m中段准备地质详查。

-160 m中段N529采场位于北缘西边，开采对象是Ⅰ矿体，矿房长度41.8 m，矿体在-142 m分段、-127 m分段、-112 m分段、-100 m中段水平厚度分别为28.7 m，12.55 m，8.3 m，9.2 m，在-142 m分段、-127 m分段夹石厚度分别为2 m，4.8 m，矿块内-112 m分段以上无夹石；矿体倾向SW28°，倾角55°～65°。上盘是花岗闪长斑岩f=6～8，下盘是大理岩f=10～12。矽卡岩含矿f=8～10，Cu地质品位1.28%。铜山口铜矿始于2010年9月建设深部工程，2015年初投产。N529采场因在一、二分段矿体厚大，当时地表充填系统还未建成，新建采场少，为早日完成投产任务，在-160 m中段N529采场生产探矿结束后，分上下盘2个矿块进行回采。先用上向式水平分层充填采矿法回采下盘斜三角形矿体，后用分段空场嗣后充填采矿法回采上盘矿体。用浅采回采靠下盘矿体，一分层用浅采方法从下盘掘拉底巷道，到顶后扩帮拉底至设计位置，再挑顶高到3.5 m。拉底分层回采矿石8.16 kt，采空区暴露面积过大，约为700 m2，时间长顶板安全性会变差，所以必须尽早充填采空区。根据采场实际情况，分段空场嗣后充填采矿法生产能力大，能连续充填，决定用此采矿法先回采上盘矿体；待回采完上盘矿体后回采下盘矿体，下盘矿体作为残采回收，其采矿方法为上向水平分层充填法。

1 第一分段采切方案初步预选

方案Ⅰ：下盘掘进少量采切工程，充填前在采空区两端立木模板，靠上盘留宽3.2 m的空间也立木模板，在模板钉上过滤的麻袋，尾砂胶结充填后余下的空间作为出矿巷，方案见图1。

方案Ⅱ：上盘掘进采切工程，充填前在采空区一端立木模板封闭，尾砂胶结充填接顶，方案见图2。

图1 方案I采切示意

图2 方案II采切示意

2 采切方案比较

通过2个方案在掘进采准工程量、运矿距离、矿石损失贫化、采场建设时间、相邻采场回采影响、安全性、充填准备时间进行的比较，最后选择采切工程少、采场建设快、台班效率高、作业安全、相邻采场能同时进行采切工程施工的方案。

2.1 掘进采准工程量

方案Ⅰ工程量：有5条装矿进路、溜井联络道，共计73.2 m，不包括共有的凿岩巷道长度，在矿体内掘进时全部是副产矿。

方案Ⅱ工程量：有5条装矿进路、1条出矿巷道及溜井联络道，共计 151.6 m，只有凿岩巷道有副产矿，其余是废石。

方案Ⅱ掘进工程量比方案Ⅰ长78.4 m。

2.2 运矿废距离

方案Ⅰ利用 529溜井放矿，运矿平均距离为59.149 m；方案Ⅱ利用535溜井放矿，运矿废平均距离为103.932 m。

方案Ⅱ运矿废平均距离比方案Ⅰ多44.783 m。故方案Ⅱ柴油铲运机运行时间长，油耗量多，现场污染大，台班效率低。

2.3 矿石损失贫化

535 溜井负责N535、N537两个采场放矿，若方案Ⅱ采切废石倒入该溜井，矿石与废石混合，在装载过程中矿石与废石随之下放，相互混杂，分不清矿石与废石，势必会引起矿石损失贫化；若两者不混合，溜井放空，易砸坏振动台板，采场出矿和采切工程掘进相互干扰；若运到529溜井，运距变大，柴油铲运机台班效率低；而方案Ⅰ利用529溜井较为合理，运距小，采切工程均设计在矿体内，副产矿均是矿石，不存在混杂问题，不可能造成矿石损失贫化。因此，方案Ⅰ的矿石损失贫化较小。

2.4 充填准备时间

方案Ⅰ充填准备工作多，充填准备时间比方案Ⅱ多4 d左右。方案Ⅱ的充填准备时间较短。

2.5 相邻采场回采影响

方案Ⅱ在535采场内运输矿废石，535采场第一分段中深孔爆破只能在 529采场回采结束后进行，影响相邻535采场建设；方案Ⅰ正常进行527采场采切、回采，掘进废石运到527溜井，矿石运到529溜井，矿石废石分运到不同的溜井，没有混杂，不存在引起副产矿损失贫化问题，不影响 527采场建设。

2.6 掘进作业安全性

方案Ⅱ采切巷道布置在上盘斑岩内，顶板不安全，极有可能发生顶板片帮冒落现象，巷道需全部喷射强度C15以上、厚度至少达100 mm的混凝土，甚至局部需锚网喷联合支护。方案Ⅰ采切巷道布置在下盘矿体内，掘进时周边眼采用光面爆破[7]，顶板稳固，不需采用任何支护方式，只要先用天井钻机从-160 m～-100 m掘通529溜井，靠分段巷道将529穿砖墙密封，新鲜风流经掘进作业面后，爆破产生炮烟、柴油铲运机产生有毒有害气体、爆破后的粉尘等，快速排到-100 m无轨副中段，这样能有效解决一分段掘进时通风问题，创造舒适的劳动条件，保证井下工作人员的健康与安全[8]。方案Ⅱ先施工凿岩巷道，再施工切割井，工期大约3.5 m。在此期间，始终是独头巷道掘进，在巷道内长时间用局扇通风，作业环境不大好，作业时产生的有毒有害气体稀释扩散速度慢、粉尘排出慢，直到打通切割井才能解决通风问题。在间柱砖墙密封，新鲜风流经掘进作业面后，污风经切割井上行回到-100 m无轨副中段。采切工程完工后拆除砖墙，铲运机在此凿岩巷道能出矿。经以上分析，方案Ⅱ的安全性比方案Ⅰ差。

2.7 采场建设时间

采场建设时间包括采切、中深孔凿岩作业时间。方案Ⅱ掘进工程量比方案Ⅰ长78.4 m。掘进所需时间多1.44个月，巷道布置在斑岩内，工程量为75.8 m3/151.6 m，加上养护时间，至少需11 d。方案Ⅱ采切时间比方案Ⅰ至少长55 d。方案Ⅰ充填准备时间比方案Ⅱ多4 d左右。两方案中深孔凿岩作业时间相差无几。方案Ⅰ比方案Ⅱ的采场建设速度快51 d左右。

2.8 切割工程

切割工程形成切割槽，为采场正常排中深孔，创造爆破自由面和补偿空间。方案Ⅰ一分段切割井在上盘是垂直的，中深孔先垂直后倾斜；方案Ⅱ一分段切割井在下盘是倾斜的，中深孔先倾斜后垂直。两方案切割工程的优劣没有多大区别。

经以上几方面的比较，除方案Ⅰ充填准备时间比方案Ⅱ多4 d左右、切割工程没有多大区别外，在其他方面方案Ⅰ均优于方案Ⅱ。故选方案Ⅰ—下盘采切方案。

3 结论

铜山口铜矿N529采场有上盘、下盘2个采切方案，通过在掘进采准工程量、运矿距离、矿石损失贫化、采场建设时间、相邻采场回采影响、安全性、充填准备时间等方面比较，最后选择下盘采切方案，利用尾砂胶结充填后余下的空间作为出矿巷道，再设计并施工出矿进路，具有采切工程少，成本低，采场建设快，铲运机台班效率高，掘进作业安全条件好等优势，该采切方案可为其他类似矿山提供参考。