矿山深部开拓中采矿工艺的优化

辛帅帅

（铜陵有色金属集团铜冠矿山建设股份有限公司，安徽 铜陵 244000）

随着时间发展，上世纪80 年代建立的大部分矿山企业都已面临资源枯竭，继续向深部矿体探索开拓的局面。其中铜陵市某矿山于1971 年元月正式投产，设计生产能力66 万吨／年，服务年限为25.6 年，经过40 多年的开采，上部厚大矿体已回采结束，深部矿体变簿趋于尖灭，现生产能力500t/d。目前-240m 中段以上仅有-240m 中段水平矿柱有少量残矿在回采；-360m 中段正常回采全部开采结束，-360m 水平矿柱在进行地压监测；-440m中段开采也接近尾声，多个采场仅剩接近-360m 中段的最后几个分层，部分因矿体处于-360m 中段巷道下部，地压显现犹为明显，-360m 中段巷道多处以散体地压显现。

矿山现采矿方法主要为上向分层充填法[1]。

1 矿体概述

该矿山铜矿床赋存于凤凰山岩体西及西南接触带中，铜矿体赋存于三叠系中、下统石灰岩（已变质为大理岩）与花岗闪长岩接触带上。受断裂及接触带控制，其走向自南向北由南东转向北东，略呈一弧形。主矿体有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号等4 个主矿体，其中Ⅳ号和Ⅱ号实为一个矿体。Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ号矿体已开采结束，-440m 中段以下只有Ⅱ号主矿体。

主矿体Ⅱ号矿体赋存于三叠系下统南陵湖组石灰岩（已变质为大理岩）与花岗闪长岩接触带上，次要矿体、小矿体多赋存于主矿体附近的三叠系下统大理岩或花岗闪长岩中。

Ⅱ号矿体-440m 中段以下34-1 线以北矿体顶板为花岗闪长岩、矽卡岩，底板为大理岩、矽卡岩，34-1 线以南矿体顶板为大理岩、矽卡岩，底板为花岗闪长岩、矽卡岩。

2 拟采用的回采技术方案

本次设计以-500m2#采场为研究试验采场。

2.1 -500m中段2#采场回采状况

2#采场在-500m 中段留10m 底柱，由-490m 水平拉底切割形成采场第一回采分层，然后压顶形成6m 高采高，充填3m 后进行下一回采分层。采场从北端2#和1#采场间柱至南端34-1线南约12m 即废天井附近，南北长158m。2#采场分别在32-1A线和33-1 线北约7m 处各设计顺路溜井及顺路人行天井各一对；在34-1 线和34-1 线南约12m 各设通风人行天井一个，其中南部天井图中标示为废，本次以下对该天井亦不作利用考虑。

2.2 采场矿岩物理力学性质

矿山主要矿岩类型有花岗内长岩、大理岩和含铜磁铁矿，-440m 矿体产状变化大，花岗闪长岩与大理岩交替为矿体顶底板岩体。本次矿岩物理力学参数，引用《凤凰山铜矿-240m 中段矿柱回采综合技术研究》结果，如下。

表1 岩石基本力学参数

大理岩为较稳固岩体，完整性好，不易风化，与矿体接触带没有明显弱面；花岗闪长岩为不稳固岩体，新鲜岩体完整性较好，工程揭露后易风化水化，与矿体触带有明显弱面，界线明显，接触处极易发生片帮冒落，采场内经常可以看到矿岩交界处有明显的光滑面。矿体为稳固岩体，硬度大，完整性较好，矿体如有辉绿岩穿过即破坏其完整性，辉绿岩极发生冒落。

从矿山实际来看因矿体一侧围岩为花岗闪长岩易风化，与矿体分界明显，加大地压管理难度，易发生冒落片帮事故，如何优化现有采矿方法和工艺成为矿山面临的急切问题。

由上分析，采矿方法或工艺优化要从矿山工程实际出发，利用现有回采系统和采出矿设备不作大的变动，可能的优化方案有：

（1）方案一为改上向分层充填法回采为硐室型上向分层充填法回采，通过减小采场尺寸，降低回采高度，即减小采场暴露面积来控制地压[2,3]。

（2）方案二采用上向分层进路充填法，即进路式回采，采后充填。

2.3 回采技术方案

2.3.1 方案一 硐室型上向分层充填法回采方案

利用现有生产系统，二对顺路溜井和天井，一个通风人行天井。

回采工艺：硐室型采场按原沿走向布置不变，采场长度不变，回采宽度不大于4.5m，采高不大于5.0m；矿体宽大于4.5m时，采用垂直矿体硐室回采，回采硐室宽不大于4.5m，采高不大于5.0m，回采硐室间间柱宽为4.0m。硐室采场顶部为拱形，其中墙高3.8m，拱顶高为1.2m，拱顶部采用光面爆破形成。采场在回采压顶过程中对顶板进行临时支护，回采结束后大量出矿，出矿结束后起吊T4G 架设顺路人行天井和溜井，进行充填。分层充填后满足现有T4G 能够通行即可，充填高为3.0m，胶结面为0.5m。

回采要求：硐室采场尽可能沿大理岩一侧布设，花岗闪长岩一侧矿体厚度超过4.5m 时通过短硐室采场回采，短硐室采场间留4.0m 矿柱保护花岗闪长岩体不完全暴露。硐室采场拱顶部分全部采用光面爆破。

充填工艺：同前期分层充填工艺及要求均不变。

硐室型上向分层充填法回采设计图见图1。

图1 方案一：硐室型上向分层充填法回采设计图

2.3.2 方案二 进路式回采

本方案是以巷道掘进方式进行回采，在进路掘进回采到设计位置后进行充填的采矿方法。2#采场现最大宽度约8.6m(第4分层)，一般在3.5m～8.0m，从前期开采和现有采场开采充填后3.0m 左右高的空顶高度来看，地压显现不明显，因此，采用进路式回采有利于地压管理。

现2#采场人行回风天井在采场端部，距离南侧顺路溜井和顺路人行天井分别约为38m 和95m，现在采场系统无法满足进路式回采要求，需要起吊T4G 天井。

本方案分别在32-1A 线1#顺路天井与顺路溜井和33-1A 线2#顺路天井与顺路溜井附近增加通风人行天井作为进路式回采通风与T4G 起吊之用，天井由北至南分别称为1#、2#、3#天井(原1#天井改称为3#天井)。

为利于充填和缩短回采周期，把2#采场在33-1 线和33-1A线之间为界分二个回采采场，称2#北和2#南。新增加1#通风人行天井；新增加2#通风人行天井；方案二进路式回采平面布置图见图2。

图2 方案二：进路式回采平面布置图

回采工艺：现空区充填前顺路人行天井、溜井及通风天井处先挑顶至5.5m 高，进行临时支护，起吊T4G；然后把现有采场充填高约3m 基本接顶，充填到达养护时间后，以溜井为起点向采场两侧沿矿体以规格d5m×h3m(矿体宽小于5m 时按矿体宽回采)进路巷道回采，掘进回采至回采界线后，主要采出矿工作即告结束；但在矿体宽大于5.0m 时，增加垂直主进路采场以d5m×h3m 进路巷道进行扫尾回采作业，回采进路间留半圆柱或点柱，点柱直径不小于4.0m。采场全部回采结束后，起吊天井、人行井和溜井附近挑顶至采高约5.5m，并进行临时支护。

充填工艺：起吊T4G；架设采场充填软管，充填软管采用锚杆钢圈悬挂在采场顶板，挂钩间距3m～4m，充填管距采场末端15m～20m；采场充填:充填高约3.0m，胶结铺面0.5m；充填软管一般不回收。

说明：本方案也可以仅在32-1A 线1#顺路天井与顺路溜井附近增加一天井2#采场仍作为一个采场回采，但作业点少，需要多铺设充填软管以保障充填质量。

2.4 经济效益

2.4.1 方案一

生产能力：压顶长度3.5m，一个作业点一次爆破量3.5×4.5×3×3.4=160.65t。

炸药单耗：0.31kg/t。

损失率：12.96%；(第4 层)。

贫化率5.20%。

优点：利用现有回采工程，在实际操作进行调整即可实施；回采充填工序较简单，管理较简单；回采效率较高。

缺点：损失率、贫化率较高；临时支护工作量大。

2.4.2 方案二

增加2 条天井工程量：1#天井39.8×4+14×8.37=276.38m3；2#天井39.8×4+(3+4.4)×8.37=221.14m3。

生产能力：一次掘进长度2.5m，一个作业点一次爆破量2.5×5×3×3.4=127.5t。

炸药单耗：0.62kg/t。

损失率：3.15%。

贫化率4.5%。

优点：损失率、贫化率较小，有利于资源回收；临时支护工作量小；采空临时面低有利地压管理。

缺点：需要增加回采工程，对现有生产有影响；回采充填工艺较复杂，管理复杂、效率较低；回采成本较高。

3 结语

通过2.3.1 与2.3.2 技术方案的比较两种方案都可以减少采场暴露面积，提高回采工作的安全性，由2.4.1 与2.4.2 技术技术方案经济效益的对比，方案一即硐室型上向分层充填法回采方法相比方案二巷道掘进方式进行回采的回采成本较低，回采效率较高。故最终选择硐室型上向分层充填法回采方法。