陳繼倫

(新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司, 新疆哈巴河縣 836700)

大直徑深孔采礦在阿舍勒銅礦的成功應(yīng)用

陳繼倫

(新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司, 新疆哈巴河縣 836700)

阿舍勒銅礦在礦巖不穩(wěn)固的情況下,利用大直徑深孔采礦法,強(qiáng)采、強(qiáng)出、強(qiáng)充措施,有效控制了地壓,取得采場(chǎng)生產(chǎn)能力1000～1500t/d、貧化率小于4.37%、損失率低于5.64%、充填成本19.73～19.6元/t的良好效果。該技術(shù)的成功運(yùn)用,解決了阿舍勒銅礦不太穩(wěn)固礦體安全高效經(jīng)濟(jì)回采問題,值得類似礦山推廣應(yīng)用。

不穩(wěn)固礦巖;深孔爆破;地壓控制;預(yù)支護(hù);膠結(jié)充填

1 礦床開采技術(shù)條件

阿舍勒銅礦Ⅰ號(hào)礦體是礦區(qū)的主要礦體,為半隱狀～隱狀特大型高品位多金屬銅礦體,埋深18～930m,走向近南北。礦體東翼倒轉(zhuǎn),傾向東,傾角55°～75°,西翼正常,傾向東,傾角45°～55°。礦體由南向北呈波狀傾伏,傾伏角45°～65°。礦體形態(tài)嚴(yán)格受向斜構(gòu)造控制,橫斷面呈“魚鉤"狀,水平面呈“鐮刀”狀。Ⅰ號(hào)礦體分為上下采區(qū)開采,600m以上為上采區(qū),300～600m為下采區(qū),300m以下礦體將由三期工程開采。下采區(qū)倒轉(zhuǎn)翼礦體賦存特點(diǎn)為:礦體水平厚25～75m,一般厚50～60m,礦體走向長(zhǎng)260～300m,傾角55°～75°。

影響下采區(qū)銅礦體穩(wěn)定性的斷裂構(gòu)造主要是節(jié)理裂隙,其它斷裂構(gòu)造影響較弱。在500m水平探礦巷道(主要在礦體中)進(jìn)行的節(jié)理裂隙調(diào)查表明,節(jié)理主要有3組:第1組傾向286.2°,傾角16.2°。第2組傾向69.4°,傾角68.8°;第3組傾向305.3°,傾角50.2°。該水平節(jié)理裂隙發(fā)育中等,下采區(qū)銅礦體的穩(wěn)定性較好,巷道掘進(jìn)中基本不需支護(hù),但深孔爆破二次破壞后,穩(wěn)定性較差。

下采區(qū)礦體頂?shù)装鍑鷰r為:倒轉(zhuǎn)翼礦體頂板以英安質(zhì)沉凝灰?guī)r、含礫沉凝灰?guī)r為主,穩(wěn)定性較好,底板以玄武巖為主。西翼礦體和轉(zhuǎn)折端附近礦體頂板以玄武巖為主,底板以英安質(zhì)沉凝灰?guī)r、含礫沉凝巖為主。凝灰?guī)rRQD平均值為49.49%,屬完整性差的巖類。礦體RQD值平均為43.42%,完整性也差。玄武巖RQD值為50.16～79.56%,巖體完整性好,質(zhì)量屬優(yōu)～中等。從500m水平坑探巷道揭露的情況來看,圍巖主要為層狀結(jié)構(gòu)的凝灰?guī)r和塊狀結(jié)構(gòu)的英安斑巖類,屬堅(jiān)硬巖石,在掘進(jìn)中未出現(xiàn)大規(guī)模不良工程問題,僅局部出現(xiàn)小規(guī)模的冒頂、掉塊現(xiàn)象。整個(gè)下采區(qū)圍巖穩(wěn)定性較好,巷道掘進(jìn)中基本不需支護(hù),但深孔爆破二次破壞后,穩(wěn)定性較差。

另外,該礦床的礦石含硫達(dá)32%以上,局部地段達(dá)40%左右,開采中存在一定的自燃發(fā)火和結(jié)塊性,采場(chǎng)中礦石存放時(shí)間不能太久,礦石出完后需要充填。

綜上所述,下采區(qū)礦巖的穩(wěn)固性中等偏強(qiáng),大直徑深孔采礦對(duì)礦巖穩(wěn)定性要求高,礦巖需要采取相應(yīng)的地壓控制措施才能保證安全生產(chǎn),同時(shí),下采區(qū)礦體集中,走向短(260～300m),采用充填采礦法,生產(chǎn)能力要求達(dá)到3000t/d以上,難度很大,主要表現(xiàn)為礦巖的穩(wěn)固性、可供布置的采場(chǎng)數(shù)量和要達(dá)到的生產(chǎn)能力之間的矛盾。因此,要求采礦技術(shù)先進(jìn)、采礦強(qiáng)度高、生產(chǎn)組織管理科學(xué)合理。只有做到支護(hù)合理、采幅恰當(dāng)且強(qiáng)采、強(qiáng)出、強(qiáng)充,才能持續(xù)穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)下采區(qū)3000t/d以上的生產(chǎn)能力。

2 地壓控制方案設(shè)計(jì)

2.1 鑿巖硐室布置參數(shù)優(yōu)化

硐室布置參數(shù)經(jīng)歷了3次優(yōu)化:第1次優(yōu)化,留條柱、點(diǎn)柱和梳形柱。50013采場(chǎng)鑿巖硐室的布置形式是在東端采場(chǎng)中央留礦柱,在西端沿采場(chǎng)長(zhǎng)度方向在采場(chǎng)中央留1.8m寬條柱;50017采場(chǎng)鑿巖硐室的布置形式是留(4～5)m×(4～5)m的點(diǎn)柱;5009采場(chǎng)鑿巖硐室的布置形式是在硐室兩邊留2m×4.5m的梳形礦柱。由于鑿巖設(shè)備寬約1.6 m,鑿巖時(shí)靠近礦柱或條柱的炮孔離礦壁至少為0.8 m以上,而打偏斜孔時(shí),又很難控制偏斜度,實(shí)際上,采場(chǎng)的鑿巖爆破參數(shù)與設(shè)計(jì)的參數(shù)有很大出入。留點(diǎn)柱時(shí)最大孔網(wǎng)參數(shù)達(dá)到5～6m,留條柱時(shí)排距也在3.4m以上,如果考慮施工誤差和偏斜,則孔網(wǎng)參數(shù)更大,這也是造成采場(chǎng)大塊和粉礦產(chǎn)生的主要原因之一。同時(shí),留點(diǎn)柱和沿長(zhǎng)度方向留條柱的采場(chǎng),隨著回采的進(jìn)行,采場(chǎng)的安全性會(huì)越來越差,給裝藥爆破造成諸多不便。因此,在隨后的生產(chǎn)中,鑿巖硐室的布置形式和礦柱尺寸大小全部改成鑿巖硐室寬為13.6m,高為3.8m,長(zhǎng)為采場(chǎng)的長(zhǎng)度。在硐室的兩邊留梳形礦柱,每6.4m留一條,礦柱大小為(1.6～1.8)m×(5～5.3)m。這是硐室布置參數(shù)的第2次優(yōu)化。經(jīng)過第2次優(yōu)化的硐室布置參數(shù),總體是合理的、可行的,但梳形礦柱的寬度偏小,寬1.8m,容易被炸壞,同時(shí),拉槽的鑿巖硐室偏大,長(zhǎng)8.4m,采取長(zhǎng)錨索及噴錨網(wǎng)支護(hù),仍有垮塌。于是,硐室兩邊留梳形礦柱尺寸及拉槽的鑿巖硐室全部改為圖1所示,即每隔6.4m留一條礦柱(1.8～2.0)m×(4.75～5.25)m,拉槽的鑿巖硐室為(6.2～7.2)m×(4.75～5.25)m。

圖1 550m9#穿脈采場(chǎng)硐室布置

2.2 鑿巖硐室支護(hù)

硐室頂板采用單拱架+噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),錨桿長(zhǎng)3m,支護(hù)網(wǎng)度1m×1m,局部不穩(wěn)固地段,管縫式錨桿改用Φ22mm螺紋鋼,或兩者交叉使用,噴射砼厚10cm。側(cè)幫區(qū)域采用噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),網(wǎng)片距離底板0.8m。

硐室的條柱周圍要求采用亞光面爆破,并采用噴砼支護(hù)。如果礦柱松動(dòng),則適當(dāng)加錨桿支護(hù),噴射砼厚10cm。如果礦柱被炸壞,則要澆灌相同規(guī)格的C20砼柱,確保大孔鑿巖安全。

如果硐室頂板不太穩(wěn)固,在硐室內(nèi)布置長(zhǎng)錨索支護(hù)控制頂板,網(wǎng)度為2m×(2～3)m,加密支護(hù)時(shí),網(wǎng)度為(1.2～2)m×(1.2～2)m,長(zhǎng)錨索孔徑Φ60～65mm,錨索采用Φ28～32mm去油廢舊鋼絲繩、鋼絲繩或鋼絞線都可以,錨固深度為9.5m,外露0.5m。其目的是防止隨采空區(qū)面積的擴(kuò)大,硐室發(fā)生大面積冒落。

該硐室布置形式的優(yōu)點(diǎn)是:硐室內(nèi)鑿巖、裝藥爆破安全性好,鑿巖時(shí)設(shè)備平行條柱,便于設(shè)備移動(dòng),炮孔布置均勻,由于采用垂直炮孔,便于控制炮孔的偏斜率,從而達(dá)到礦石破碎均勻,出礦效率提高,生產(chǎn)能力提高,生產(chǎn)成本降低的目的。其缺點(diǎn)是鑿巖硐室掘進(jìn)時(shí),開口多,測(cè)量放點(diǎn)多,條柱位置和大小控制嚴(yán)格,條柱要求采用亞光面爆破,技術(shù)要求較高。優(yōu)點(diǎn)是主要的,因而在生產(chǎn)中已獲得全面使用。

2.3 采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)布置及支護(hù)

礦山初步設(shè)計(jì)推薦平底底部結(jié)構(gòu),經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐及研究?jī)?yōu)化,全部改用中央平底塹溝、雙側(cè)裝礦進(jìn)路交錯(cuò)的布置形式,出礦穿脈隔12m布置1條,由下盤脈外巷道向上盤回風(fēng)巷道掘通,出礦進(jìn)路在出礦穿脈中每隔15m以45°角掘到回采采場(chǎng)邊緣。雙側(cè)裝礦進(jìn)路交錯(cuò)布置形式的優(yōu)點(diǎn):裝礦進(jìn)路間距較寬,達(dá)12～15m,有利于進(jìn)路間礦柱的穩(wěn)定;有利于采場(chǎng)內(nèi)2臺(tái)出礦設(shè)備平行出礦,達(dá)到集中出礦,提高采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力的目的;由于能實(shí)現(xiàn)集中出礦,有利于減少采場(chǎng)的回采時(shí)間,對(duì)提高采場(chǎng)的穩(wěn)定性非常重要;采場(chǎng)內(nèi)殘礦少,礦石損失少,殘礦損失一般少于1.5%。

支護(hù)方面,原來穿脈采用素噴,進(jìn)路采用網(wǎng)噴,生產(chǎn)實(shí)踐中,大孔爆破對(duì)底部結(jié)構(gòu)破壞較大,現(xiàn)在穿脈全改為噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),或Φ22mm螺紋鋼錨桿+噴砼支護(hù),厚度10cm,進(jìn)路采用墻C20砼支護(hù)(厚30cm),拱鋼筋砼支護(hù)(厚30cm),拱雙層鋼筋,主筋Φ18mm螺紋鋼,副筋Φ14mm螺紋鋼,網(wǎng)格為30cm×30cm,一步驟進(jìn)路墻砼不加筋,二步驟進(jìn)路墻砼加單層鋼筋,主筋為Φ18mm螺紋鋼,副筋為Φ14mm螺紋鋼,網(wǎng)格為30cm×30cm。通過上述采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)布置及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化,采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和大孔爆破得到了非常好的匹配,有效保證了鏟車安全出礦。

2.4 單響炸藥量控制

大孔爆破炸藥用量多,每次炸藥量一般約3700 kg,處理殘炮時(shí)可達(dá)4770kg。為了減少大孔爆破對(duì)鑿巖硐室、巷道及鄰近采場(chǎng)的破壞,采用毫秒非電導(dǎo)爆管逐孔逐排起爆(孔網(wǎng)參數(shù)3m×(2.6～3.5)m),嚴(yán)格控制單響炸藥量。單段爆破允許藥量根據(jù)《工程爆破實(shí)用手冊(cè)》推薦的計(jì)算公式計(jì)算為330kg。

生產(chǎn)爆破中,中深孔單排炮孔裝藥量為325kg,不會(huì)影響出礦巷道穩(wěn)定,大直徑深孔爆破時(shí),單段藥量不允許超過370kg。

2.5 充填參數(shù)優(yōu)化

實(shí)行“強(qiáng)采強(qiáng)充”方針,采場(chǎng)準(zhǔn)備出來以后,力爭(zhēng)在3個(gè)月以內(nèi)完成采充工作。生產(chǎn)中,合理設(shè)計(jì)充填配比,采場(chǎng)自下而上,灰砂比為:1∶4,1∶6,1∶8,1∶6,1∶4,對(duì)應(yīng)高度分別為13.2,10,10.8,10,9.8m(其中3.8m為鑿巖聯(lián)絡(luò)道及鑿巖硐室高度),對(duì)應(yīng)14d強(qiáng)度≥1.5MPa,≥0.6MPa,28d強(qiáng)度≥0.5 MPa,另外,還采用施工大孔等方法進(jìn)行充填接頂,有效控制了地壓,充填體強(qiáng)度的合理配置,既減少了礦柱回采的貧化損失,又保證了二次巷道的安全掘進(jìn)。

2.6 采幅控制

原設(shè)計(jì)采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)為:礦塊垂直礦體走向布置,寬24m,礦房、礦柱寬分別為12m,長(zhǎng)度視礦體厚度而定。當(dāng)?shù)V體厚度小于50m時(shí),礦房、礦柱長(zhǎng)為礦體厚度;當(dāng)?shù)V體厚度大于50m時(shí),礦房礦柱按“田”字形布置,為便于充填,相鄰采場(chǎng)沿長(zhǎng)度方向錯(cuò)開5m。采場(chǎng)高50m。同中段礦房、礦柱的回采順序?yàn)楦?采1。生產(chǎn)實(shí)踐表明,對(duì)于大多數(shù)采場(chǎng),這個(gè)設(shè)計(jì)是合理的、可行性,但是,對(duì)于少數(shù)采場(chǎng),則需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)條件進(jìn)一步縮小采幅,如50023#采場(chǎng),位于回轉(zhuǎn)端,采場(chǎng)長(zhǎng)度僅30m,受回轉(zhuǎn)端構(gòu)造應(yīng)力大及構(gòu)造裂隙密集的影響,根據(jù)類似采場(chǎng)回采經(jīng)驗(yàn),實(shí)際生產(chǎn)中分為上下盤回采,先采上盤,后采下盤,采場(chǎng)長(zhǎng)度15m左右,有效避免了采場(chǎng)垮塌。另外,50014#采場(chǎng),長(zhǎng)度59m,位于倒轉(zhuǎn)翼非回轉(zhuǎn)端,受褶皺和構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的構(gòu)造裂隙密集帶、層間破碎帶和蝕變破碎帶及軟弱夾層的影響,以及受一步驟回采大爆破的影響,巖石較破碎,實(shí)際生產(chǎn)中分為4個(gè)分條回采,每次采1個(gè)分條,每個(gè)分條長(zhǎng)度11～19m,有效避免了采場(chǎng)垮塌。對(duì)于無法確定采幅的礦房,則按劃分上下盤的原則確定采幅,原因是考慮采場(chǎng)內(nèi)回采是側(cè)向崩礦,即使是由于采場(chǎng)擴(kuò)大而造成片幫、冒頂?shù)仁鹿?其處理仍很方便,只需停止采礦,立即進(jìn)行充填,最后剩下的礦體作為一個(gè)采場(chǎng)回采就能解決問題,不會(huì)造成采場(chǎng)報(bào)廢等重大事故。當(dāng)然,這種情況下要做好采空區(qū)的巡查,發(fā)現(xiàn)問題,及時(shí)解決。

3 方案實(shí)施效果

通過上述控制方案的實(shí)施,有效控制了地壓,保證了回采安全,并取得良好經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo):

(1)采場(chǎng)生產(chǎn)能力達(dá)1000～1500t/d;

(2)貧化率為2.5%～4.37%;

(3)損失率為3.22%～5.64%(含礦柱損失2.5%～3.5%);

(4)一次炸藥單耗為0.3～0.4kg/t;

(5)炮孔崩礦量為27～30t/m;

(6)充填成本為19.37～19.6元/t。

4 結(jié) 論

阿舍勒銅礦在大直徑深孔采礦法的應(yīng)用過程中,先后對(duì)鑿巖硐室布置參數(shù)、鑿巖硐室支護(hù)、采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)布置及支護(hù)、單響炸藥量控制、充填參數(shù)、采幅控制等進(jìn)行了優(yōu)化,配套的出礦設(shè)備采用6m3鏟運(yùn)機(jī),每個(gè)采場(chǎng)2臺(tái)平行出礦,大孔鑿巖采用T-150高風(fēng)壓環(huán)形潛孔鉆機(jī),孔徑165mm,中深孔鑿巖采用YGZ-90型鉆機(jī)。通過這些措施和設(shè)備的配套,達(dá)到了強(qiáng)采、強(qiáng)出、強(qiáng)充的目的,實(shí)現(xiàn)了集中高效采礦作業(yè),持續(xù)穩(wěn)定地保證了下采區(qū)3000t/d以上的生產(chǎn)能力。

目前,大直徑深孔采礦法已在下采區(qū)全面推廣應(yīng)用。該采礦方法具有工藝技術(shù)先進(jìn)可靠、作業(yè)安全、貧化損失率低、生產(chǎn)能力大、綜合經(jīng)濟(jì)效益高等突出優(yōu)點(diǎn),主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

大直徑深孔采礦在阿舍勒銅礦成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)表明,在巖石不太穩(wěn)固的情況下,使用大直徑深孔爆破,地壓活動(dòng)可以得到有效控制,回采安全高效,生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)先進(jìn),拓展了大直徑深孔采礦法的應(yīng)用空間,值得類似礦山推廣應(yīng)用。

2010-02-25)

陳繼倫(1975-),貴州畢節(jié)人,助理工程師,長(zhǎng)期從事采礦技術(shù)與生產(chǎn)管理。