何皇兵

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

矽卡巖型銅礦床產(chǎn)狀多變、形態(tài)復雜、礦體走向與傾向變化較大，對采礦工藝要求較高，為獲得較好的采礦技術(shù)經(jīng)濟指標，由于礦體形態(tài)難以準確的圈定清楚，只能以淺孔落礦的方式，以在走向上與傾向上適應礦體的形態(tài)變化。通過闡述2種淺孔落礦的采礦方法在某矽卡巖型銅礦床的應用情況，為相同類型的礦山開采提供借鑒經(jīng)驗。

1 開采技術(shù)條件

1.1 礦床類型及工程地質(zhì)條件

某地下銅礦屬于矽卡巖型礦床，礦體主要分布于角巖與大理巖接觸部位的矽卡巖化蝕變帶內(nèi)，其次分布在靠近大理巖的角巖化變砂巖中，極少量分布在大理巖節(jié)理裂隙中，與矽卡巖化蝕變關系十分密切。根據(jù)取樣測試，變質(zhì)砂巖飽和抗壓強度40.1～183.0 MPa，平均93.2 MPa，屬半堅硬-堅硬巖石；角巖飽和抗壓強度27.2～148.0 MPa，平均75.7 MPa，屬軟弱-堅硬巖石。

礦體是含礦熱液通過交代礦化蝕變形成，與圍巖間漸變過渡為主，一般無明顯的界線，肉眼無法分辨。礦體圍巖以半堅硬-堅硬層巖石為主，局部地段分布有小構(gòu)造破碎帶、節(jié)理裂隙密集發(fā)育帶、泥化夾層等軟弱夾層。井巷圍巖總體較穩(wěn)固，但小構(gòu)造破碎帶、節(jié)理裂隙密集發(fā)育帶、泥化夾層分布地段容易發(fā)生垮塌、冒頂?shù)裙こ痰刭|(zhì)問題，局部地段采取支護措施。

1.2 礦體空間形態(tài)特征

礦體總體呈北西—南東向展布，走向長度約為350 m左右，向西傾斜，產(chǎn)狀變化較大，形態(tài)較復雜，呈脈狀、囊狀及透鏡狀產(chǎn)出，沿大理巖接觸帶呈波狀產(chǎn)出，礦體形態(tài)隨巖性結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀變化而變化，尖滅再現(xiàn)、膨脹夾縮現(xiàn)象明顯，在巖性結(jié)構(gòu)面連續(xù)地段礦體較連續(xù)，巖性結(jié)構(gòu)面不存在的地段礦體連續(xù)性較差。礦體整體向南西陡傾，甚至直立，局部南東陡傾。

礦體出露地表，并劃分成東、西2個采區(qū)，主要的礦體共有6條，其中西采區(qū)主要為KT 4-2、KT 4-1與KT 4，東采區(qū)主要為KT 2-2、KT 2及KT 2-1，礦體厚度主要為4～5 m，其中東采區(qū)近地表的KT 2-1礦體局部區(qū)域厚大，其厚度約達到25～35 m左右，見圖1。

圖1 礦體空間形態(tài)示意圖Fig.1 Diagram of orebody spacial form

2 采礦方法

2.1 選擇合理的采礦方法準則

2.1.1 生產(chǎn)安全

礦床開采在狹小的井下空間進行，安全風險高，采礦方法不僅必須能保證井下作業(yè)人員在開采過程中的安全，同時，采礦方法還必須有利用有保護地表建筑物與相應的地表環(huán)境。該礦山位于天然林區(qū)域，礦山開采應保證天然林不受影響，因此，采礦方法在選擇時，僅考慮充填采礦法開采，充填采礦法開采地表不會出現(xiàn)塌陷，僅會導致地表出現(xiàn)變形或沉陷。采場內(nèi)采用撬毛臺車與錨桿臺車進行護頂以保證井下作業(yè)人員與設備的安全。

2.1.2 適應礦體形態(tài)變化

礦石資源是不可再生資源，礦床開采時應盡可能地回收所有的礦石資源，資源利用應符合相關規(guī)范的要求。該礦床的礦體形態(tài)復雜，產(chǎn)狀變化大，在豎向上與走向上連續(xù)性差，尖滅再現(xiàn)、膨脹夾縮現(xiàn)象明顯。采礦方法應能適應礦體的形態(tài)變化，不至于在開采過程中導致礦石無法采出，資源浪費的現(xiàn)象。該礦山應選用淺孔落礦的采礦方法，才能更好的適應礦體的形態(tài)變化，才能取得較好的損失與貧化技術(shù)經(jīng)濟指標。

2.1.3 具有合理的、高的采礦強度

采礦方法應有合理的、高的采礦強度，有利用保證礦山生產(chǎn)的規(guī)模，對礦山的安全和經(jīng)濟效益有積極的作用。該礦山礦體厚度小，走向長度不大，為保證礦山生產(chǎn)的規(guī)模，應采用無軌開采，選用淺孔掘進臺車鑿巖、無軌鏟運機出礦保證合理的、較高的采礦強度。

2.1.4 工藝的成熟、可靠程度

采礦方法選擇時，應選用工藝成熟、可靠的采礦方法，有利于保證礦山可快速掌握，且采礦方法可靠，有利于保證礦山安全生產(chǎn)。

2.2 推薦的采礦方法

根據(jù)礦床類型、工程地質(zhì)條件及采礦方法選擇的準則，該次設計推薦的采礦方法為上向水平分層充填法與上向進路充填法。其中上向進路充填法用于礦體厚大的區(qū)域，主要為KT 2-1礦體，其余均采用上向水平分層充填法。

(1)采場劃分及尺寸：中段高度75 m，分段高度15 m。采場沿走向布置，采場寬度為礦體水平厚度，采場之間留設5 m的間柱。東采區(qū)厚大礦體采用上向進路充填法，其采場長度50 m；其余薄礦體采場長度均為100 m，上向水平分層充填法的采場長度100 m。見圖2。

(2)采準及切割工程：采準工程以脈外采準為主，包括有分段沿脈干線、回采聯(lián)道(坡度小于18%)、溜井及其聯(lián)道、充填回風天井及聯(lián)道、上中段回采聯(lián)道、刷頂工程；切割工程為切割平巷。每個采場布置1條回風天井。

圖2 上向水平分層與上向進路聯(lián)合采礦法Fig.2 Combined mining method of upward horizontal slicing filling and upward drift filling

(3)回采出礦：當?shù)V體厚度>6 m時(主要為KT 2-1礦體)，采用上向進路充填法(以適應近地表區(qū)域的礦圍巖地質(zhì)條件)，沿走向布置進路，進路寬度均為4～6 m；當?shù)V體厚度<6 m時，采用上向水平分層充填法。每個分段劃分為多個分層進行回采，每個分層高度3～4 m，空頂高度1.5 m。采用淺孔掘進臺車進行鑿巖，乳化藥卷、非電起爆網(wǎng)絡進行爆破落礦，2 m3鏟運機出礦。在礦體不穩(wěn)固的地段，應采用長錨桿或錨索對頂板進行錨固。

(4)通風系統(tǒng)：采準系統(tǒng)形成后，新鮮風從中段沿脈干線經(jīng)通風天井、分段沿脈干線進風端引入，經(jīng)回采聯(lián)道進入采場，洗刷工作面的污風由充填回風天井、上中段回采聯(lián)道、上中段沿脈干線，進入總回風系統(tǒng)。獨頭巷道采用局扇和PVC風筒進行通風。

(5)充填系統(tǒng)：充填料漿管道經(jīng)上中段沿脈干線、上中段回采聯(lián)道、充填回風天井進入采場充填。底層采用灰砂比1∶25的充填體進行充填；面層為確保無軌采掘設備通行采用灰砂比1∶4的充填體進行充填，厚度一般為0.6 m。特別說明的是，上向進路充填法的二步驟底層與上向水平分層充填法可以先進行少量的廢石充填再采用膠結(jié)充填料鋪面，井下廢石通過自卸式無軌卡車運輸至采場內(nèi)進行廢石充填。

(6)采場脫水：為便于上向水平分層充填法的充填料漿內(nèi)部滲透，應在采場內(nèi)設置濾水井，每個采場布置1趟濾水設施，采場濾水井通達該采區(qū)最低開采分段采場，再由濾水管經(jīng)密閉墻排出采場，最后由分段沿脈干線水溝匯入總排水系統(tǒng)。上向進路充填法采場脫水主要考慮由密閉墻內(nèi)濾出，不設置濾水井。

(7)間柱處置方案：采場間柱作為永久礦柱支撐頂板，不再進行回采。

(8)頂板管理：爆破后須采用撬毛臺車清理頂板浮石，對欠穩(wěn)定區(qū)域加固后，再進行出礦作業(yè)；出礦完畢，視采場頂板完整情況，頂板完整性較好時采用錨桿加固頂板；頂板完整性差時采用錨桿+長錨索加固頂板。錨桿采用錨桿規(guī)格φ20二級鋼筋，長度3 m，錨桿間距0.8～1.0 m，采用砂漿或錨固劑錨固，錨固力50 kN/顆；錨索長度10～12 m，間距3～4 m，錨固力≥150 kN。生產(chǎn)過程中對頂板加強巡視和檢查，發(fā)現(xiàn)情況及時處置。錨固作業(yè)采用錨桿和錨索臺車。

3 標準采場生產(chǎn)能力估算

上向水平分層充填法采場長度為100 m，采場寬度為礦體水平厚度，分層高度3～4 m(該次取小值3 m計算)。采用淺孔掘進臺車鑿巖，臺班進尺250 m，采用2 m3鏟運機出礦，臺班出礦量約為280 t，由于西采區(qū)主要有3條礦體，每個采場的作業(yè)面較多，設計考慮1個采場布置1臺淺孔掘進臺車與1臺2 m3鏟運機，通過同一個采場的多條礦體來實現(xiàn)掘進臺車與鏟運機的作業(yè)工序。

每次進行1個采場的2個面的爆破作業(yè)(炮孔長度3.0 m，作業(yè)時間為0.5 d)，采出的礦石由鏟運機進行出礦(作業(yè)時間為0.5 d)，鑿巖爆破與出礦在同一個采場內(nèi)交叉作業(yè)，各工序作業(yè)時間見表1。

表1 鑿巖爆破及出礦作業(yè)時間表Tab.1 Schedule of drilling and blasting and ore removal

該采場的分層全部回采結(jié)束后，進行一次性充填，充填時間見表2。

由表2可知，1個分層的采場鑿巖爆破及出礦總時間為24 d，采場充填時間為22 d，則1個采場的回采、出礦及充填的總時間為46 d，1個分層的總礦量為12 358 t，根據(jù)計算采場周期生產(chǎn)能力為269 t/d，考慮不可預計因素，采場的周期生產(chǎn)能力為250 t/d。

表2 1個分層的鑿巖爆破出礦及充填作業(yè)時間表Tab.2 Schedule of one-layer drilling and blasting，ore removal and filling

4 采礦方法應用效果

(1)在實際生產(chǎn)過程中，礦體在走向上與傾向上的連續(xù)性較差，采場走向上常出現(xiàn)礦體尖滅現(xiàn)象，采場上下分層之間礦體形態(tài)差異較大，礦化區(qū)域不盡相同，但采用淺孔落礦可以根據(jù)礦體的形態(tài)變化，二次圈定礦體控制開采邊界，以有效地控制損失貧化率，取得較好的效果。同時，上向水平分層充填法與上向進路充填法對于多條甚至是數(shù)條平行的薄礦體的回采，有較大的優(yōu)勢，采場可以根據(jù)礦體的形態(tài)靈活布置。

(2)采用淺孔掘進臺車鑿巖、2 m3電動鏟運機出礦，大大地提高了采礦強度，采場能力較大，在一定程度上保障了經(jīng)濟效益。同時，由于礦體礦化不均勻，局部區(qū)域礦體厚度增加，采用淺孔掘進臺車施工，有利于保證作業(yè)人員安全。

(3)考慮礦體圍巖局部地段分布有小構(gòu)造破碎帶與軟弱夾層，根據(jù)本質(zhì)安全要求，在采場配置撬毛臺車與錨桿臺車用于采場支護，提高機械化作業(yè)程度，減少了采場作業(yè)人員與支護環(huán)節(jié)的時間，有利于保證作業(yè)人員的安全，并在一定程度上提高了采礦強度。

(4)由于礦體與圍巖間漸變過渡為主，無明顯的界線，肉眼無法分辨，在進行廢石充填后，須采用面層膠結(jié)鋪底，即作為人員與設備的工作臺，也是礦石與廢石人為的分界線，雖然工序較為麻煩，但對礦山的生產(chǎn)是較為有利的，有利于控制損失與貧化。

(5)采場廢石充填采用鏟運機推鏟廢石，鏟運機在加固后的頂板下進行作業(yè)，對采場的控頂高度有一定的要求，要能保證鏟運機在采場內(nèi)安全運行。

5 結(jié) 語

礦山采用上向水平分層充填法與上向進路充填法主要用于上部的礦體回采，共布置有上向水平分層充填法3個采場，上向進路充填法2個盤區(qū)。采用淺孔掘進臺車鑿巖、2 m3電動鏟運機出礦，生產(chǎn)能力單中段約為1 000～1 200 t/d，損失率與貧化率較低，取得了較好的經(jīng)濟效益，在一定程度上為相同類型礦山的開采提供借鑒。