陳 何 王湖鑫 楊偉忠 羅先偉

(1.北京礦冶研究總院;2.廣西華錫集團(tuán)股份有限公司)

銅坑礦是華錫集團(tuán)的主要礦山。經(jīng)過30余年的開采，細(xì)脈帶礦體、91號礦體的開采基本結(jié)束，銅坑礦現(xiàn)主要開采對象為92號礦體。92號礦體原采用空場法回采，大多數(shù)礦柱不能保持穩(wěn)定，礦柱很難處理和回收，盤區(qū)礦柱的穩(wěn)定性也受到很大的破壞，導(dǎo)致礦石資源的大量損失和采空區(qū)冒落事故隱患的產(chǎn)生。為了解決92號礦體開采過程中出現(xiàn)的問題，提高其生產(chǎn)能力，采用安全高效采礦技術(shù)很有必要［1］。在我國，地下金屬礦山連續(xù)大量采礦技術(shù)的研究發(fā)展經(jīng)歷了3個主要階段［2］，即采場振動出礦、采場連續(xù)大量采礦、區(qū)域無間柱連續(xù)大量采礦階段，形成了以振動放礦理論為核心的理論成果，首創(chuàng)了連續(xù)采礦采場運(yùn)搬作業(yè)線，提出了以礦段為回采單元的連續(xù)采礦工藝技術(shù)，即“無間柱連續(xù)采礦”技術(shù)，并進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，取得了理論研究和工業(yè)實(shí)踐的成果。

本項(xiàng)目系統(tǒng)開展了大范圍隱患區(qū)下不規(guī)則殘留礦體整體崩落回采技術(shù)方案優(yōu)化與采場工程結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)優(yōu)化，束狀孔及等效大孔爆炸應(yīng)力場測試試驗(yàn)，覆巖下放礦與貧化損失控制試驗(yàn)，多種礦體開采冒落特性研究，采場工業(yè)試驗(yàn)等［1］。

1 礦山地質(zhì)與開采概況

1.1 礦山地質(zhì)

長坡—銅坑礦床位于大廠倒轉(zhuǎn)背斜北東翼次一級橫向背斜及其軸部裂隙帶和層間錯動交匯部位。礦床主要由細(xì)脈帶、91號、92號3大礦體組成。3大礦體為立體重疊產(chǎn)出，從上至下依次為細(xì)脈帶、91號、92號礦體。目前已形成3大礦體同時開采格局，實(shí)際生產(chǎn)能力為7 500 t/d。由于細(xì)脈帶礦體上部存在火區(qū)，同時受到民采的嚴(yán)重破壞，其開采技術(shù)條件十分復(fù)雜。當(dāng)前，細(xì)脈帶和91號礦體開采基本結(jié)束，92號礦體生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大。但仍然形成了多礦體、多中段開采的局面。

1.2 92號礦體開采概況

開采生產(chǎn)分盤區(qū)進(jìn)行，共有7個盤區(qū)，盤區(qū)寬度為90～100 m，盤區(qū)礦柱沿南北向勘探線布置，盤區(qū)礦柱寬為20 m。盤區(qū)內(nèi)礦塊劃分為礦房和礦柱，沿礦體走向布置。礦房寬為25 m、長70～80 m、高10～60 m;采場生產(chǎn)能力為3 000～4 000 t/d，采用165、110mm大孔和65mm中深孔鑿巖，鏟運(yùn)機(jī)或電耙出礦。

銅坑礦92號礦體自2000年開始規(guī)模開采以來，累計(jì)采礦量達(dá)1 161萬t、出礦量達(dá)1 374萬t、消耗地質(zhì)儲量達(dá)1 228萬t，目前已開采至355 m水平。由于銅坑礦的采礦生產(chǎn)是從上到下細(xì)脈帶、91號、92號礦體的聯(lián)合開采的格局，開采方法由原來的房柱法到92號礦體的崩落法。由于1999年以來采空區(qū)較少實(shí)施充填，地壓活動頻繁，采場空區(qū)大范圍垮落，特別是與細(xì)脈帶、91號的重疊區(qū)域1、2、3盤區(qū)北部區(qū)域垮落嚴(yán)重，部分采場如T105－106、T110－92號礦柱群、T202－203、R盤區(qū)等區(qū)域更是垮通地表，細(xì)脈帶火燒灰竄入采場，礦體資源回收技術(shù)安全難度大增。

92號礦體正在或已完成采礦的采場普遍存在損失率過大、貧化率偏小的問題。92號礦體有較多采場的底部結(jié)構(gòu)局部或全部布置于礦體之中，采場損失率達(dá)到14.2%，貧化率為1.5%。開采初期所保留的房間礦柱幾乎都有不同程度的破壞，安全穩(wěn)定性差，對92號礦體的回采產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。結(jié)構(gòu)參數(shù)不合理:雙側(cè)出礦川的鏟運(yùn)機(jī)平底結(jié)構(gòu)，出礦川有效距離僅為6.4 m，不能保證鏟運(yùn)機(jī)直線出礦，出礦效率大大降低，殘礦量大，施工質(zhì)量低。

從已回采的2、4、5、6、R等盤區(qū)情況看，R盤區(qū)、5盤區(qū)已采礦房發(fā)生了較大范圍的冒落。如前所述，一個原因是由于原設(shè)計(jì)礦柱的尺寸偏小;另外一個主要因素是由于礦房回采后，大多數(shù)的礦柱不能及時處理，出現(xiàn)了一定范圍的塑性變形區(qū)。礦柱破壞的主要形式是礦柱表面的剝落、剪切破壞和與軟弱夾層、節(jié)理等構(gòu)造有關(guān)的破壞類型。92號礦體由于其巖性脆，且裂隙十分發(fā)育，礦柱易產(chǎn)生整體性破碎和倒塌。

2 地壓活動特征與殘礦回采順序

銅坑礦3大礦體重疊產(chǎn)出，經(jīng)多年開采，形成了多層重疊的采空區(qū)。其開采特征為多層開采，采區(qū)內(nèi)地應(yīng)力受到多次擾動。模型開挖后的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律及狀態(tài):模型所受水平應(yīng)力較垂直應(yīng)力高。開挖后多個空區(qū)的破壞從下部空區(qū)開始。下部空區(qū)的底板與頂板最先開始塑性破壞，屬于比較典型的冒落—成拱—冒落空區(qū)破壞方式［6］。隨著破壞范圍擴(kuò)大，下部空區(qū)以上的破壞形式發(fā)生了改變。區(qū)域的塑性破壞一般均是在上下空區(qū)間的水平隔板礦柱處發(fā)生，并沿水平X方向與Y方向擴(kuò)展。X方向較Y方向擴(kuò)展的范圍更大一些。這導(dǎo)致隔板及附近空區(qū)圍巖局部破壞，并不發(fā)生大面積的冒落。隨著下部破壞區(qū)的擴(kuò)展，空區(qū)直至貫通模型頂部。同時在上部圍巖中形成垂直的塑性破壞帶，而非在空區(qū)邊幫形成塑性破壞區(qū)。這種先形成水平塑性破壞區(qū)，而后發(fā)展垂直的塑性破壞帶的破壞方式，因垂直的塑性破壞帶切割形成大量巖柱，巖柱失穩(wěn)最終導(dǎo)致形成貫通式大量冒落。

從礦山目前的開采情況來看，急需處理好現(xiàn)有的采空區(qū)，并與礦山回采計(jì)劃整合。為了減少礦體各開采區(qū)域的相互影響，并與現(xiàn)開采系統(tǒng)相適應(yīng)，整合回采方案仍以東西、南北向盤區(qū)礦柱為界，分區(qū)域逐步進(jìn)行。根據(jù)上述基本思想并結(jié)合現(xiàn)狀提出如下的回采順序方案:從R采區(qū)往外輻射整合回采方案。即先期以R采區(qū)冒落區(qū)為邊界，分別處理92號礦體西南區(qū)1盤區(qū)、2盤區(qū)的采空區(qū)，使該區(qū)域形成整體連續(xù)崩落區(qū)，然后再向外輻射［5］。

3 殘留礦體整體崩落工程試驗(yàn)

整體崩落回采技術(shù)是以大直徑深孔高效率采礦技術(shù)為主導(dǎo)的礦房回采，階段崩落，空區(qū)處理，頂板崩落控制及其相關(guān)工藝在不同的空間和時序上形成一個平行連續(xù)的技術(shù)過程［3-4］。該工藝技術(shù)可改善井下工人的作業(yè)環(huán)境和工作條件，實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械化、連續(xù)化作業(yè)，縮短采場的回采周期，有利于深部地壓的控制和管理，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高強(qiáng)度的集中強(qiáng)化開采，提高回收率，減少礦產(chǎn)資源的損失浪費(fèi)。

試驗(yàn)采場位于銅坑礦92號礦體礦柱群一采區(qū)B采場。作業(yè)主要集中在455 m鑿巖水平和386 m出礦水平。在455 m水平布置鑿巖硐室，鑿下向大直徑束狀深孔，孔徑165 mm，炮孔深度47 m。在礦柱中布置部分斜孔，炮孔最深54.1 m。在鑿巖水平打上向中深孔(110 mm)，崩落頂板，聯(lián)通已有空區(qū)。

鏟運(yùn)機(jī)出礦塹溝底部結(jié)構(gòu)布置在386 m水平。鑿巖水平和出礦水平可平行作業(yè)，拉底與鑿巖巷道完成后，鑿下向束狀深孔。爆區(qū)分為礦房(掏槽部分)和礦柱2部分。礦房寬15 m，采用束狀孔當(dāng)量球形藥包高分層大量落礦采礦技術(shù)下向崩礦，形成足夠的補(bǔ)償空間后，礦柱與采場頂板在礦房揭頂時同時爆破。

試驗(yàn)采場分層爆破6次，揭頂爆破1次，共計(jì)爆破7次。第7次爆破為揭頂爆破，包括南部礦柱、北部礦柱、西部礦柱以及掏槽部分的揭頂層。

4 主要技術(shù)指標(biāo)

試驗(yàn)采場爆破主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

采場落礦后4.5個月完成出礦，平均生產(chǎn)能力2 237 t/d。炸藥單耗0.34 kg/t，二次炸藥單耗0.04 kg/t，大塊率4.7%，貧化率13.5%，損失率9%。

5 結(jié)論

針對大范圍隱患區(qū)下殘留礦體開采條件，研究多層礦體開采頂板冒落特征與規(guī)律，確定殘礦回采合理順序，建立并實(shí)現(xiàn)了地下硬巖礦物開采礦石連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)線新工藝。該工藝采用束狀孔大參數(shù)布孔，鑿巖硐室布置成巷道的形式，采場高分層落礦和厚大尺寸揭頂崩落。方案兼有空場采礦法礦房回采的低貧化損失、高效率低成本和崩落采礦法無后續(xù)礦柱和采空區(qū)處理的優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)試驗(yàn)取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

［1］ 北京礦冶研究總院，廣西華錫集團(tuán)股份有限公司.大范圍隱患區(qū)下不規(guī)則殘留礦體整體崩落回采技術(shù)研究報告［R］.北京:北京礦冶研究總院，2012.

［2］ 吳愛祥，韓 斌，古德生，等.我國地下金屬礦山連續(xù)開采技術(shù)研究的發(fā)展［J］.有色礦山，2002(1):1-5.

［3］ 孫忠銘，陳 何，王湖鑫束狀孔等效直徑當(dāng)量球形藥包大量落礦采礦技術(shù)［C］∥采礦科學(xué)技術(shù)前沿論壇論文集.長沙:《礦業(yè)研究與開發(fā)》雜志社，2006:4-6.

［4］ 王湖鑫，陳 何，孫忠銘.束狀深孔崩落技術(shù)在殘礦回采中的應(yīng)用［J］.有色金屬，2011(6):40-42.

［5］ 陳 何，孫忠銘，余陽先，等.高應(yīng)力條件下礦柱群安全開采技術(shù)研究［J］.礦冶，2010(3):1-3.

［6］ 何滿湖，錢七虎.深部巖體力學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京:科學(xué)出版社，2010.