熊國雄

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅綠山銅鐵礦)

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分段空場嗣后充填采礦法在銅綠山礦的應(yīng)用

熊國雄

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅綠山銅鐵礦)

銅綠山礦原主要采用上向水平分層充填法，手工鑿巖，生產(chǎn)效率低下，勞動強度大，安全性差，無法滿足深部礦體安全高效開采要求。通過引進分段空場嗣后充填采礦法，并在井下采場試驗。結(jié)果顯示，變更采礦方法生產(chǎn)能力可達到450 t/d,礦石貧化率可控制在5%，回收率可提高到94%，大大提高了生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率和資源回收利用率，分段空場嗣后充填采礦法在銅綠山礦具有較好的推廣應(yīng)用價值。

分段空場嗣后充填采礦法 中深孔爆破 貧化率 回收率

銅綠山銅鐵礦礦床位于鄂東南地區(qū)，長江中下游銅鐵礦成礦帶西部,是一個以前震旦系為基底、自震旦紀至三迭紀的坳陷帶，發(fā)育了一套海相、陸相的穩(wěn)定沉積，后經(jīng)印支、燕山多旋回運動，形成了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蓋層褶皺帶。礦體在剖面上呈透鏡狀或似層狀，主要賦存在巖漿巖與大理巖的接觸帶，其次賦存在接觸帶的大理巖間，接觸構(gòu)造為礦區(qū)主要控礦構(gòu)造[1]。礦體總體傾向東南，傾角為60°～80°,巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，屬中等穩(wěn)固；頂?shù)装鍑鷰r主要為矽卡巖、大理巖、斜長石等，巖性復(fù)雜，屬中等穩(wěn)固～不穩(wěn)固[2]。目前主要回采Ⅲ#、Ⅳ#礦體，-305,-365,-425,-485 m 4個中段。其中Ⅲ#礦體長約600 m，礦體厚7～80 m；Ⅳ#礦體長約1 400 m，厚3～5 m。隨著開采深度的不斷增加，礦體逐漸變薄。同時，礦巖內(nèi)部的原巖應(yīng)力隨之加大。在沒有開采工程擾動的情況下，巖體處于原始平衡狀態(tài)。地下巷道或采場的開挖打破地層原始平衡狀態(tài)，導(dǎo)致地應(yīng)力釋放，從而引起巖體的變形和向自由面的位移，使得圍巖應(yīng)力重新分布。圍巖的過量位移和應(yīng)力集中將導(dǎo)致圍巖局部或整體的失穩(wěn)和破壞，穩(wěn)定性越來越差。銅綠山礦原采用VCR采礦法，由于礦體變小，開采深度增加，礦石貧化嚴重，采場邊幫和頂板穩(wěn)定性變差；后來采用普通法上向水平分層充填采礦法，由于人工強度大，生產(chǎn)效率低下，均無法滿足安全生產(chǎn)的需要[3]，急需對現(xiàn)有采礦方法變更優(yōu)化。

1 采礦方法選擇

為保證井下安全高效生產(chǎn)，銅綠山礦和中南大學(xué)展開合作，決定變更現(xiàn)有采礦方法。

采礦方法選擇原則[4]：

(1)具有安全和良好的工作條件。

(2)能夠充分、高效、綜合利用地下礦產(chǎn)資源。

(3)具有較大的生產(chǎn)能力和較高的生產(chǎn)效率。

(4)開采成本低、經(jīng)濟效益高，對生態(tài)環(huán)境破壞小。

(5)具有通用性。

根據(jù)以上原則，中南大學(xué)結(jié)合銅綠山礦的生產(chǎn)需要和井下作業(yè)條件，確定采用分段空場嗣后充填采礦法。該采礦方法機械化程度高，人工強度低，生產(chǎn)效率高，采切工程量小，礦石貧化小，安全系數(shù)高。

2 采礦工藝

2.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

采場垂直礦體布置，礦塊長度是礦體厚度，礦塊寬10 m，60 m，頂柱高12 m，底柱高8 m，分4個分層回采，分層高13 m。在礦體上盤穿脈內(nèi)設(shè)置一條通風(fēng)管纜井，規(guī)格尺寸為1.6 m×1.6 m。分段空場嗣后充填法示意見圖1。

2.2 采切工程布置

2.2.1 鑿巖巷道

每個分層的鑿巖巷道布置在脈內(nèi)礦體上盤，且為了鉆孔時排間孔深趨于平均，爆破時方便落礦，通常把鑿巖巷道布置在采場中間。為滿足鑿巖、裝藥、出礦設(shè)備的進出，巷道尺寸為4.0 m×3.5 m，施工過程中以礦界為作業(yè)界限，不得超出采場界限。

2.2.2 切割槽

在每個分層鑿巖巷道的端部施工2 m×2 m切割橫巷，然后采用上向中深孔一次爆破成井法施工2 m×2 m天井，以天井為自由面分別向采場兩幫控制線擴幫，最終形成寬10m、高12m的切割槽，為后續(xù)連續(xù)爆破提供充分的自由面和補償空間。

圖1 分段空場嗣后充填采礦法示意(單位：m)

2.2.3 底部出礦結(jié)構(gòu)

為保證采場出礦效率，沿采場方向布置3條出礦進路，斷面規(guī)格為3 m×2.8 m。

2.3 回采作業(yè)

中深孔分段鑿巖設(shè)備主要有YZ-90型鉆機、阿特拉斯K41型鑿巖臺車、山特維克DL331型鑿巖臺車。為提高鉆孔功效，選擇山特維克DL331型鑿巖臺車。

切割槽區(qū)域鉆鑿垂直上向平行孔，分段鑿巖巷道鉆鑿上向扇形平行炮孔，鉆孔直徑為76 mm，切割槽孔排距為1.2 m，正?？着啪酁?.5～2 m，孔底距為2～2.5 m，邊孔角度為15°，裝藥系數(shù)為0.8。

首先要完成切割井的爆破落礦工作，一次成井后兩邊擴幫，向中央掏槽方向爆破，形成切割槽。正常區(qū)域每次爆破3～5排，向切割槽空區(qū)內(nèi)爆破，依次后退式開采。采用金能JNJR-100型裝藥臺車裝藥，非電導(dǎo)爆管排間微差孔底起爆，微差間隔時間為25 ms。

采場回采過程中，要控制好鉆孔角度和偏斜率，遇到破碎帶要控制鉆孔速度；使采場頂板沿礦體走向形成微拱形；嚴格控制頂板、采高及礦體邊界，嚴格按地質(zhì)測量人員的標(biāo)定進行回采，以控制好損失率、貧化率。采場回采完畢后必須達到設(shè)計要求。

2.4 礦石搬運

采用機械搬運和重力搬運相結(jié)合的方式，分段平巷每隔30 m布置一個脈外漏斗。采場爆破結(jié)束后，采用WJD-2型電動鏟運機從每個分段的鑿巖巷道鏟運部分礦石，遺留下的礦石留待下部分段出礦。一個分段回采完成后再回采下一分段，最后一個分段回采后，空場內(nèi)遺留的礦石采用遙控鏟運機出礦，將鏟出的礦石卸至周邊溜井，統(tǒng)一階段運輸。出礦大塊最好不要在采場內(nèi)進行二次爆破，防止對底部出礦結(jié)構(gòu)造成破壞。

2.5 通 風(fēng)

采用局扇通風(fēng)，新鮮風(fēng)流由中段石門巷道或采準(zhǔn)斜坡道進入出礦巷道或分段鑿巖巷道，沖洗工作面后，污風(fēng)由分段巷道或采場空區(qū)、上中段回風(fēng)道至風(fēng)井排出地表。

2.6 充 填

采場出礦結(jié)束后，一次充填采空區(qū)。充填前采場內(nèi)設(shè)置好濾水管，做好堵壩工作。充填材料為全尾砂和固化劑，一步采礦房充填采用全尾砂膠結(jié)充填，灰砂比為1∶13；二步采礦柱充填采用全尾砂充填，膠結(jié)鋪面，鋪面厚0.5 m，灰砂比為1∶6。

3 技術(shù)經(jīng)濟分析

通過分段空場嗣后充填法現(xiàn)場試驗得出，該方法相比原采礦方法生產(chǎn)能力大，礦石損失貧化小。詳情見表1。

表1 部分技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比

4 結(jié) 論

分段空場嗣后充填法在銅綠山礦取得了成功，有效改善了生產(chǎn)功效不足的現(xiàn)狀，提高了生產(chǎn)機械化程度和勞動生產(chǎn)率，降低了人員定額和勞動強度，減少了采準(zhǔn)切割工程量和礦石貧化損失，作業(yè)安全性較好，成本低。在銅綠山礦深部開采不斷延伸過程中，還需要根據(jù)現(xiàn)場情況，不斷總結(jié)經(jīng)驗，優(yōu)化設(shè)計方案和工藝參數(shù)，提高管理水平和設(shè)備效率，進一步推進該采礦方法在地下礦山的應(yīng)用。

[1] 成 涌,戴宏輝,周科禮，等.盤區(qū)機械化上向中深孔高分層充填法在銅綠山礦的應(yīng)用[J].采礦技術(shù).2015,15(6):3-5.

[2] 熊國雄,趙雄文,盧 波，等.上向水平進路充填法在銅綠山礦的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012(11):4-6.

[3] 周科禮,黃 憲,王 耀，等.高效采礦方法優(yōu)化方案在銅綠山礦的試驗[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2010(9):69-71.

[4] 薛希龍.黃梅磷礦高濃度全尾砂充填技術(shù)研究[D].長沙：中南大學(xué)，2012.

2016-07-26)

熊國雄(1979—)，男，助理工程師，435101 湖北省黃石市大冶市金湖街道。