安庆铜矿不规则二步骤矿柱采场回采实践

杨志强，吴福和，杨小聪 ，卫 明

(1.北京矿冶研究总院，北京 100070；2.安庆铜矿，安徽 安庆 246131)

安庆铜矿是一大型铁铜地下开采矿山，开采规模为3500t/d[1,2]。1#矿体为隐伏接触交代矽卡岩型富铜富铁矿体,赋存于-176～-640m，矿体形态厚大规整，是目前生产的主矿体。采矿方法为高阶段大直径深孔回采嗣后充填采矿法，回采阶段高度为60～120m，采场垂直矿体走向布置，分矿房、矿柱两步骤回采，房柱宽度均15m，采场崩矿采用VCR法掏槽与倒梯段侧向崩矿联合爆破，炮孔直径165mm。矿山经过18年的生产，目前主矿体-510m中段以上大部分矿房采场已回采完毕，两侧矿房回采过程中矿岩垮塌严重的矿柱采场回采，成为安庆铜矿现阶段生产所面临的重大挑战。经过反复研究和生产实践，运用小孔径VCR法掏槽、上向扇形中深孔侧向崩矿的技术，很好地解决了这一难题。

1 工程概况

1.1 试验采场概况

9#柱采场介于1#矿体西部厚大区域11#房和9#房之间，-400～-460m中段属矿柱采场，二步骤回采。矿体厚大，厚度60m～80m。通过对9#柱相邻采场11#房、9#房爆破设计、空区充填记录的细致分析，得出11#房、9#房-400m～-460中段在此前回采过程中，均存在较大程度的矿岩塌落，11#房矿岩塌落体积约为8800m3，9#房矿岩塌落体积约为9800m3，如表1所示。矿房垮落，致使9#柱矿体形态极不规则。

1.2 两侧矿房充填体调查及测试

为进一步探明两侧矿房回采过程中，矿岩实际垮落界线以及测试回采完毕后实际充填体强度，在矿体下盘布置人行天井，上盘布置回风井以及 -410m水平、-425m水平、-440m水平穿脉及探矿横巷。图1为矿山采矿工区提供11#房、9#房-400m～-460m中段实际充填高度及充填配比分布图。

表1 11#房、9#房回采过程中矿岩垮落体积计算

图1 9#柱采场两侧矿房实际充填配比分布图

根据在加拿大诸多与安庆铜矿类似采矿方法，矿山得到成功应用的米切尔(Mitchell)法[3,4]，计算出安庆铜矿不同暴露高度和充填体长度情况下，所需的具体充填体强度要求。图2为利用MATLAB计算绘制出其胶结充填体强度与暴露高度和充填体宽度的等值线图。假设9#柱采场利用大直径深孔采矿方法回采，破顶后两侧矿房充填体暴露的宽度将达到60～80m，高度达到60m。查图2可知，胶结充填体强度应达到1.3～1.5 MPa，侧向充填体才不至于产生明显片帮破坏。表2列举了5#取样点7组试块强度测试结果。5#取样点胶结充填体配比为1∶8，除底部受矿硐室两侧约5m高度配比为1∶4胶结充填体外，其平均抗压强度值最大，为1.146 MPa。据此可以推断，继续采用大直径深孔嗣后充填采矿法对9#柱进行回采，不仅给开采带来很大的技术难度，增加了回采过程中的安全隐患，矿石贫化率也会大大增加[5,6]。

为减少回采过程中充填体暴露面积及高度，保障回采安全，确定采用多分层凿岩的中深孔进行回采[7,8]。

图2 充填体抗压强度要求等值线图

表2 充填体强度测试记录表

2 切割工作

鉴于安庆铜矿多年来应用大直径深孔VCR掏槽及倒梯段侧向崩矿的成功经验，创新性将小孔径VCR法技术运用于中深孔采场切割工作中。

(1)炮孔直径

根据矿山实际凿岩设备应用情况，选用BA-100型高风压潜孔钻机钻凿垂直平行深孔，钻孔直径为Ф100mm。

(2)VCR法最佳埋置深度

根据现场漏斗爆破试验，直径(60～65mm 的炮孔，装填2#岩石乳化炸药(重量658g)，得出的爆破漏斗最佳埋深为Lj0= 0.88 m 。

由公式可计算出孔径为(100～110mm 的炮孔装填重量为7kg的药包时，VCR法最佳埋置深度Lj1为：

因此，取小孔径VCR法拉切割槽的最佳埋置深度为1.94m。小孔径VCR法爆破的孔网参数设计为2.0m×2.0m，即按炮孔排距和孔距均为2.0m布置切割槽炮孔。分段平面图如图3所示。

图3 9#柱-410m分段平面图

(3)装药结构

使用人工制作的堵孔环堵孔，药包为Ф85mm乳化炸药，装药时底部填约0.5m岩渣，药包上部填塞0.8～1.0m黄沙，每个孔的药面高度控制在同一水平面上，爆破后的深孔不至于造成堵孔或翻孔。当拉槽区孔深距离顶板4.5m左右，即可进行小范围破顶形成切割槽。破顶采用双层装药一次性爆破成槽。装药结构图如图4所示。

图4 小孔径“VCR法”拉槽及破顶装药结构图

3 回采工作

在各分段凿岩巷道中打上向扇形中深孔，按安庆铜矿和其他类似矿山的经验[9]，选取中深孔排距为1.2～1.4m，孔底距按经验公式a=mw计算选取为1.4～1.8m。全部炮孔施工完毕后，以切割槽为自由面进行侧向崩矿，每次爆破3～5排，自上分段开始，呈梯形向下分段爆破作业。特殊情况视放矿条件确定，上、下分段保持2排炮孔的超前距离，保证上分段爆破作业的安全。崩落的矿石借自重落到底部受矿硐室，采用斗容为3.8m3的ST-5C型铲运机出矿，大块矿石在出矿进路里进行二次破碎。图5为小孔径VCR法掏槽，上向扇形中深孔侧向崩矿技术示意图。

图5 小孔径“VCR法”掏槽及中深孔侧崩示意图

4 结语

VCR法通常采用Ф150～165mm的大直径深孔进行爆破，而采用Ф100mm左右的炮孔进行VCR法爆破，在国内外都不多见。与传统中深孔采矿法利用切割天井形成切割槽的方法相比较，具有采切工程量小、生产效率高、工人劳动强度低、安全性好等特点。同时，先进的出矿设备ST-5C铲运机，确保了采场的出矿能力。此方法为矿山持续高产、稳产提供了技术保证，而且研究成果已成功在其他采场推广应用，取得了显著的经济效益。

[1] 谢源，陈跃达，葛树高,等．安庆铜矿高阶段采矿工艺试验研究[J]．矿冶，1997，6(1)：1-4.

[2] 杨小聪，陈忠辉．安庆铜矿开采过程的数值模拟[J]．有色金属，2007，36(2)：82-87.

[3] 北京矿冶研究总院．安庆铜矿深部开采尾砂胶结充填试验研究[J]．安庆铜矿,2005(1).

[4] 郭利杰．废石尾砂胶结充填体基础力学研究[J]．矿冶，2007(6).

[5] 黄玉焕．大直径深孔爆破技术在矿柱回采中的应用[J]．金属矿山，2002，307(1)：19-21.

[6] 李爱兵，周先明．安庆铜矿高阶段回采充填体—矿体—岩体稳定性的有限元分析[J]．矿业研究与开发，2000，20(1)：19-20.

[7] 李明，李立群，赵勇．分段凿岩阶段矿房法在金岭铁矿的应用[J]．金属矿山，2008，21(11)：9-11.

[8] 洪增友．分段凿岩阶段矿房法爆破工艺的实践[J]． 矿业研究与开发，2000，20(5)：45-47.

[9] 于亚伦．工程爆破理论与技术[M]．北京：冶金工业出版社，2003：252-259.