安庆铜矿特大型采场回采工艺实践

陈贤春

(安庆铜矿, 安徽安庆市 246131)

安庆铜矿特大型采场回采工艺实践

陈贤春

(安庆铜矿, 安徽安庆市 246131)

随着安庆铜矿特大型采场的开采范围向深部延伸,围岩与矿体的原始应力都不同程度的发生改变,次生应力的出现造成大型采场凿岩硐室局部大面积垮落,矿房采场回采时大空区顶板中间位置和两侧矿柱都有不同程度垮塌现象。研究表明,特大型采场回采工作是否安全,不完全取决于矿床的地质条件,而且与采矿方法结构参数选择是否合理有很大关系。合适的采矿方法结构参数可保证特大型采场的安全有序回采,降低采矿成本,提高综合经济效益。

分上、下盘回采;单段药量;控制爆破

1 采矿方法概述

安庆铜矿矿体属于急倾斜矿体,矿体厚度多为50～70m,部分厚大区域达100m,矿体上盘为石灰岩、下盘为矽卡岩、闪长岩,矿石类型有含铜磁铁矿、单铁矿、含铜矽卡岩3种,矿、围岩均属于中等稳固以上的岩层。采用大直径深孔采矿法双阶段段连续回采。采场垂直矿体走向布置,分矿房、矿柱两步骤回采,回采高度120m,矿房、矿柱宽均为15m,采场长度为矿体的厚度,采场布置上下两层凿岩硐室,采用Simba-261型潜孔钻机分段凿岩,炮孔直径为165mm,采场底部布置堑沟拉底、双侧进路出矿的底部结构,采用ST型系列铲运机出矿,采场出矿完毕,嗣后一次充填,-510m以上的矿房为一步骤回采采场,实行尾砂胶结充填,矿柱为二步骤回采采场,采用尾砂充填。考虑到-510m以上的矿房采场尾砂胶结充填的强度较差,-618m以上的矿柱为一步骤回采采场,实行尾砂胶结充填,矿房为二步骤回采采场,采用尾砂充填,采用自下而上的回采顺序,有利于空区处理和地压稳定。

2 回采采场介绍

安庆铜矿1#矿体-460～-536m5#P采场是厚大区域大型矿柱回采工业试验采场的一部分,该区段矿体上盘倾角较陡,为56°左右,矿体下盘变化较大,呈现下面缓,上面陡特点。采场厚大,在回采-400～-510m矿房大采场时两侧矿柱(原岩)都出现了不同程度的垮落现象,-460～-536m5#P采场是将-460～-510m5#P上盘部分矿体同-510～-560m5#P下盘部分矿体结合的大型采场,采场回采高度为80m,矿体的水平厚度有100m左右,采场的宽度为15m(见图1)。

3 回采方案

根据以往对1#矿体-400m以下7#房不同水平1∶10充填体开挖取得的79个试样强度测试数据进行的统计,充填体平均抗压强度为0.712MPa,比灰砂比为1∶10、浓度为70%的标准试块抗压强度(28 d)低42%[1]。为避免或减少两侧充填体垮落,将该采场分上、下盘两回采单元进行回采,单元回采仍采用大直径深孔嗣后一次充填采矿法。

3.1 炮孔布置

根据安庆铜矿大直径深孔回采合理爆破参数试验研究,考虑深部回采地应力大及5#房和7#房回采时可能存在少量垮落,矿柱采场两侧边孔依据加强松动爆破理论,采用2m×2m的网孔参数;边排孔距充填体边界1.5～1.7m,实行光面控制爆破;中间孔采用3m×3m的孔网参数。

3.2 采场爆破

采用VCR法掏槽、倒向小梯段分区侧向崩矿回采工艺,每次爆破的高度控制在8m以内,平均炸药单耗为0.328kg/t。每次掏槽高度为3m,槽区每层装药30kg,每次爆破的堵塞长度为1.5m。侧向崩矿时,采用V型斜线起爆顺序,以减少动态抵抗线。中间孔每层装药量为30kg,空气间隔1.5m,每次爆破的堵塞长度为1.5m。侧向爆破时,最大单段炸药量控制在270kg以下,尽量降低对充填体的破坏。最大单段炸药量控制在270kg时,作用在充填体界面上的最大动载抗压强度为1.754MPa,其安全系数为1.23。边孔分层装药量为10kg,空气间隔取0.7m,此时边孔爆破作用在1∶10充填体界面上的动载抗压强度为0.808MPa,其安全系数为2.66,在边孔偏斜或盲孔或炮孔相邻一侧充填体强度较低时,可采用5kg分层装药,空气间隔调整为0.4m;并且两侧边孔要迟后相邻近的中间孔一次爆破,使边孔爆破时不至于过挤压,保护两侧胶结充填体。

4 大空区稳定性分析

由于采矿形成开采空间后,岩体内应力重新分布,使岩体产生次生应力场,在此过程中由于次生应力场大小和分布状态的不同,因而产生各种地压现象,如围岩变形、位移、顶板下沉,甚至顶板冒落、片帮、矿柱开裂等。

图1 5#柱-460～-510m中段采场纵剖面

当开采空间高度较小但宽度较大时,顶板内最大主应力F1降低很大,而最小应力F2变成拉应力而很大。若将开采空间旋转90°,使之成为窄而高的矩形状态,则两侧帮没有应力集中现象,在跨度很小矩形断面的顶板中拉应力消失或减少。从以上可以看出窄而高的矩形断面开采空间,不仅不会加大应力集中,相反却减少了。因此国外一些矿山运用这一规律,将矿房的高度增大到200m至300m[2]。

-460～-536.5m5#P采场大空区同类似的采场相比,由于厚大区域矿体分上、下盘采场回采,大空区平面暴露面积将大大减少,有利于大空区的稳定。现-460～-536.5m5#P采场大空区约800 m2。如果不分上、下盘分采,水平厚度为100m,采场破顶后水平暴露面积达1500m2。依据安庆铜矿矿岩坚固性f=8～10,属于中等稳固,暴露面积应在600～1000m2,说明厚大采场不分上、下盘回采比分上、下盘回采破顶后水平暴露面积要大得多,所以分上、下盘回采大空区的顶板不容易垮落。

采场大空区直立接近90°,空区的上下盘、两侧的围岩、胶结充填体的抗压强度比其抗拉强度、抗剪切强度要高得多,也有利于回采后大空区的稳定。

在边孔偏斜或盲孔或炮孔相邻一侧充填体强度较低时,采用不同的装药结构,两侧边孔滞后相邻的中间孔起爆后一次爆破,使边孔爆破时不至于过挤压,有效保护两侧的胶结充填体[3]。每次爆破中最大单段控制在270kg炸药量以下,同以往大爆破相比,单段炸药量减少许多,爆破时也相应减少了采空区的破坏,保护了大采空区的稳定。

5 经济技术指标

采场生产能力800t/d;采场损失率0.91%;废石混入率为0.15%;炸药单耗为0.328kg/t;大孔平均崩矿量为25.97t/m;大孔有效崩矿量为30.63t/m。

6 结 论

(1)在井下回采实践中,通过缩小采场水平暴露面积,采场较大空区长时间暴露,但两侧充填体长时间直立完好,无垮落现象,比以往-510～-400m的矿房采场有显著改善,回采顺序有序进行,值得推广应用。

(2)矿柱采场回采时贫化、损失两大指标有明显降低。之前回采-460～-400m6#P采场时出现两侧胶结充填体垮落现象,采场贫化、损失率较高,还造成矿石溜井堵塞,影响生产。

(3)由于每次爆破量少,为满足采场生产能力的要求,相应的增加了采场的爆破次数,只有每隔1～2d爆破1次。

[1]谢学斌,潘长良,曹 平,等.冬瓜山铜矿床合理开采工艺参数的优选[J].中国矿业,2001,10(4):46～49.

[2]杨国春,徐 兵,黄铁平.安庆铜矿大型采场回采工艺研究[J].矿业工程,2004,2(5):21～24.

[3]黄玉焕.大直径深孔爆破技术在矿柱回采中的实践与应用[J].化工矿物与加工,2002,(2):16～19.

2009-12-02)

陈贤春(1965-),男,安徽安庆人,高级工程师,主要从事采矿工艺方面工作。