楊清平，王貽明，劉曉輝，胡文達(dá)

(1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院， 北京 100083； 2.中色非洲礦業(yè)有限公司， 北京 110105)

謙比希銅礦原隸屬于贊比亞聯(lián)合銅礦有限公司(ZCCM)，1965年開(kāi)始露天開(kāi)采，1975年露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采，至1987年停產(chǎn)。1998年中國(guó)與贊比亞聯(lián)合組建中色非洲礦業(yè)有限公司(NFCA)，恢復(fù)對(duì)謙比西銅礦的開(kāi)發(fā)。經(jīng)核實(shí)，恢復(fù)建設(shè)時(shí)礦山保有礦石儲(chǔ)量29020443 t，平均銅品位2.69%，銅金屬量779627 t。礦山設(shè)計(jì)采用豎井和斜坡道聯(lián)合開(kāi)拓，豎井提升，大型無(wú)軌設(shè)備回采和運(yùn)輸，目前正在生產(chǎn)的有500 m(相對(duì)地表標(biāo)高)、700 m以及900 m三個(gè)采區(qū)，已形成1,300,000 t/a的生產(chǎn)能力，平均出礦品位為1.8%[1]。

根據(jù)礦體的賦存條件和礦巖穩(wěn)定性[2]，礦山在不同區(qū)域采用了不同的采礦方法，回采初期主要采用上向深孔爆破分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法。在生產(chǎn)過(guò)程中，存在采切比大，礦石損失貧化嚴(yán)重、中深孔錯(cuò)孔或堵塞頻繁及上盤(pán)圍巖大量塌落等諸多問(wèn)題。通過(guò)大量論證分析，將原方案更改為下向中深孔爆破落礦。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)方案中存在的工藝缺陷，并進(jìn)一步優(yōu)化完善，擬在683～633 mL的55#采場(chǎng)進(jìn)行下向孔回采實(shí)驗(yàn)。

1 開(kāi)采技術(shù)條件

683分段55#采場(chǎng)屬礦巖不穩(wěn)固區(qū)域，礦體的直接底板為下盤(pán)礫巖，下盤(pán)圍巖還包括泥質(zhì)石英巖、卵石礫巖、長(zhǎng)石石英巖、底部礫巖等。礦體的直接頂板為礦化泥質(zhì)板巖，上盤(pán)圍巖還包括石英巖和泥質(zhì)板巖互層、石英巖、燧石白云巖等。泥質(zhì)板巖礦體和上盤(pán)礦化泥質(zhì)板巖厚度均為10 m左右，銅礦物主要為黃銅礦。采礦的大部分脈外采準(zhǔn)工程均在泥質(zhì)石英巖和中礫礫巖內(nèi)。礦體與下盤(pán)泥質(zhì)石英巖接觸帶有一層0.5-1.5 m厚的底礫巖，穩(wěn)固性差(見(jiàn)圖1)。礦體水平厚度為5.28 m，傾角48°。683～650 mL分段高度30.7 m，采場(chǎng)地質(zhì)礦量11573 t，地質(zhì)品位3.01%。礦體下盤(pán)泥質(zhì)石英巖較穩(wěn)固。

圖1 實(shí)驗(yàn)采場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查結(jié)果

2 采準(zhǔn)切割

采用分段嗣后充填法回采，采場(chǎng)沿礦體走向布置，采場(chǎng)長(zhǎng)30 m，采場(chǎng)之間留4 m間柱；分段高度31.4 m。分683 mL出礦水平和650 mL鑿巖爆破充填水平(見(jiàn)圖2)。683 mL出礦水平布置有脈外沿、出礦進(jìn)路、受礦塹溝和切割小井。出礦結(jié)構(gòu)采用平底結(jié)構(gòu)，出礦進(jìn)路間距10 m左右。650 mL為鑿巖爆破充填水平，沿650 9/865 mL分段平巷垂直礦體布置若干條進(jìn)路(進(jìn)路間距10 m左右，兼作下分段充填進(jìn)路及上一分段的出礦進(jìn)路)，隨后沿礦體走向布置鑿巖道，垂直礦體走向布置拉槽硐室，拉槽硐室布置在采場(chǎng)中央，具體采切工程量見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)采場(chǎng)設(shè)計(jì)采切工程量

3 開(kāi)采工藝

3.1 采掘順序

整體上采用從下到上、從中間到兩翼，橫向隔一采一，縱向兩步驟回采的生產(chǎn)組織順序，采用廢石充填方式。具體采掘順序如下：650 mL和683 mL采場(chǎng)進(jìn)路→683 mL采場(chǎng)鑿巖道→683 mL-650 mL上向人工天井→683 mL中深孔→683 mL切割槽爆破→683 mL出礦→683 mL正常排爆破→650 mL采場(chǎng)鑿巖道→683 mL出礦(出礦量占爆破量1/3)→650 mL下向切割天井及切割槽深孔施工→650 mL切割天井爆破(VCR法)→650 mL正常排深孔施工→650 mL切割槽爆破→650 mL正常排爆破→650 mL大規(guī)模出礦→650 mL廢石充填。

3.2 鑿巖道及頂板支護(hù)

根據(jù)礦體賦存條件，鑿巖道一般布置于礦體下盤(pán)的礦巖接觸帶上，其間的底礫巖層穩(wěn)定性較差，因此，鑿巖道的有效支護(hù)成為必須解決的問(wèn)題[3]。經(jīng)過(guò)論證分析，設(shè)計(jì)采用錨噴支護(hù)[4-5]，主要包括：2.1 m管縫式錨桿支護(hù)、6.5 m的錨索支護(hù)以及噴射混凝土支護(hù)。管縫式錨桿隨進(jìn)路和鑿巖道掘進(jìn)支護(hù)，網(wǎng)度(1～1.5)m×(1～1.5)m，重點(diǎn)支護(hù)區(qū)域在進(jìn)路及鑿巖道腰線以上，鑿巖道支護(hù)網(wǎng)度較密。鑿巖道、鑿巖道與進(jìn)路交叉口、進(jìn)路與進(jìn)路交叉口加長(zhǎng)錨索，設(shè)計(jì)采用6.5 m錨索支護(hù)，排距4 m。在加密錨索支護(hù)后，對(duì)650鑿巖道、切割巷進(jìn)行全面噴射混凝土支護(hù)，噴射厚度約50 mm。實(shí)際支護(hù)效果表明[6]：“錨噴支護(hù)”方式保證了鑿巖道、切割巷以后的鑿巖、爆破施工安全(見(jiàn)圖3)。

同時(shí)，由于礦體上盤(pán)圍巖極不穩(wěn)固，在爆破擾動(dòng)下，上盤(pán)圍巖大量崩落提前混入，崩落礦石被包裹其中不能順利放出，導(dǎo)致礦石大量損失和貧化。因此，能否保證礦體頂板的穩(wěn)定性是該開(kāi)采方案成功與否的關(guān)鍵，必須對(duì)礦體頂板進(jìn)行支護(hù)，以期達(dá)到預(yù)定效果。設(shè)計(jì)在相關(guān)采切工程完成后采用長(zhǎng)錨索(錨索長(zhǎng)度15.5 m和10.5 m)對(duì)礦體頂板進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)排距為2 m，具體見(jiàn)圖2。

圖2 分段布置與護(hù)頂長(zhǎng)錨索

圖3 鑿巖道“錨噴”支護(hù)

3.3 鑿巖爆破

3.3.1 切割拉槽

采場(chǎng)下部拉底工程的切割井布置于礦體上盤(pán)，高13.5 m，規(guī)格1.5 m×1.5 m，使用普通法自下而上掘進(jìn)[7]。以該天井為自由面，采用SimbarH1354鉆鑿垂直平行中深孔側(cè)崩形成切割槽，槽孔孔徑為Φ76 mm，排距1.5 m，間距1 m。采場(chǎng)上部(18 m)的切割井則采用中深孔分段爆破成井工藝，選擇球形藥包掏槽方案。鑿巖設(shè)備采用銅陵產(chǎn)T- 100高氣壓環(huán)型潛孔鉆機(jī)，孔徑為Φ100 mm，通過(guò)擴(kuò)孔后，最大孔徑可達(dá)120 mm。切割井規(guī)格為2 m×2 m，炮孔采用9孔菱形布置，單次裝藥長(zhǎng)度約0.6 m，爆破進(jìn)尺約2 m。

3.3.2 采場(chǎng)爆破

切底工程的采場(chǎng)爆破以下部切割槽為自由面，采用SimbarH1354鉆鑿上向扇形孔側(cè)崩落礦，扇形孔孔徑Φ76 mm，排距2.4 m，孔底距為2～2.5 m；上部礦體以上部切割槽為自由面，側(cè)向崩礦，采用T- 100鉆機(jī)鉆鑿下向扇形孔，孔徑Φ100 mm，排距為2.1 m，每排根據(jù)礦體厚度布置5～7個(gè)扇形孔，每次爆破1～2排，直至采場(chǎng)回采完畢。具體炮孔布置見(jiàn)圖4。

圖4 炮孔布置

3.3.3 裝藥

上向爆破全部使用散裝炸藥，采用裝藥器裝藥。下向切割井和拉槽孔采用Φ80 mm，長(zhǎng)度為400 mm的卷裝炸藥，正常排則采用散裝炸藥。藥卷采用懸吊方法裝入設(shè)計(jì)位置，采用間隔裝藥，間隔可以采用鑿巖時(shí)的返碴做間隔。對(duì)于通孔，裝藥前先堵孔；對(duì)于盲孔，裝藥前應(yīng)采用高壓風(fēng)吹孔將孔內(nèi)水除去。

采用非電毫秒雷管孔口延期起爆導(dǎo)爆索，再由導(dǎo)爆索起爆炸藥，為防止拒爆等影響因素，對(duì)于切割井和切割槽爆破，應(yīng)在藥包內(nèi)配起爆彈，以達(dá)到萬(wàn)無(wú)一失。

3.4 采場(chǎng)通風(fēng)

采用礦井總負(fù)壓通風(fēng)，對(duì)于局部或獨(dú)頭巷道，采用局扇通風(fēng)，采場(chǎng)內(nèi)炮煙排盡并由專業(yè)人員確認(rèn)安全后方可進(jìn)入下一工序作業(yè)。

3.5 采場(chǎng)出礦及充填

爆破落下的礦石在683 mL出礦進(jìn)路內(nèi)采用TR 007(或ST1010)型鏟運(yùn)機(jī)出礦，并由鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)至就近溜礦井(52#溜礦井)，出礦效率為400 t/臺(tái)班。采場(chǎng)采用強(qiáng)出強(qiáng)充的方式，出礦過(guò)程中要嚴(yán)格控制出礦量，盡量不要讓采場(chǎng)出空，避免導(dǎo)致采場(chǎng)頂板和下盤(pán)暴露出現(xiàn)垮塌，出礦時(shí)要各條出礦進(jìn)路均勻出礦，不允許出現(xiàn)只出一條進(jìn)路的情況發(fā)生。對(duì)于采場(chǎng)內(nèi)的大塊，應(yīng)采用二次爆破后再卸入溜井，以防大塊堵住溜井口。

采場(chǎng)出礦結(jié)束后，空區(qū)采用廢石充填。廢石采用鏟運(yùn)機(jī)或坑內(nèi)卡車(chē)運(yùn)至650 mL進(jìn)路內(nèi)向采空區(qū)充填，廢石充填時(shí)，不充滿，充至與原鑿巖硐室底板平齊為止。

3.6 經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

根據(jù)55#采場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)資料，該采礦方法的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

4 存在問(wèn)題及建議

(1) 由于礦體傾角關(guān)系，鑿巖道布置在礦巖交界處，穩(wěn)定性較差，必須加強(qiáng)支護(hù)，以確保鑿巖道穩(wěn)固；采切工程掘進(jìn)時(shí)采用光面爆破技術(shù)，減小爆破對(duì)周?chē)鷰r石的破壞，控制掘進(jìn)質(zhì)量，并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行支護(hù)。

表2 謙比希銅礦嗣后法采場(chǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

(2) 為防止落礦時(shí)頂板垮落，控制最大單響藥量，以減小爆破對(duì)礦體頂板的破壞，并按設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)錨索預(yù)先對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，以期達(dá)到頂板在出礦過(guò)程中不垮落的目的。

(3) 集中出礦完成后，上盤(pán)暴露面積大，有可能冒落，影響上分段回采，必要時(shí)減小采幅，并進(jìn)行強(qiáng)采強(qiáng)出，以減少頂板暴露時(shí)間。

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