盘区机械化上向中深孔高分层充填法在铜绿山矿的应用

成 涌，戴宏辉，周科礼，熊国雄，史秀志，邱贤阳

(1.大冶有色金属集团控股有限公司， 湖北黄石市 435500；2.中南大学资源与安全工程学院， 湖南长沙 410083)

盘区机械化上向中深孔高分层充填法在铜绿山矿的应用

成 涌1，戴宏辉1，周科礼1，熊国雄1，史秀志2，邱贤阳2

(1.大冶有色金属集团控股有限公司， 湖北黄石市 435500；2.中南大学资源与安全工程学院， 湖南长沙 410083)

针对铜绿山矿深部开采面临的矿岩稳固性变差、矿体开采技术条件差等难题，试验研究盘区机械化上向中深孔高分层充填法。该采矿方法凿岩、装药爆破、出矿等均采用机械化配套设备，12m的高分段采用2个高分层回采。经多现场试验研究，该采矿方法采矿效率高、采场综合生产能力大、综合劳动强度小、采场作业较安全，已经在铜绿山矿得到了大规模推广应用。

盘区机械化上向分层充填法；采场结构；回采工艺；深部矿体

0 前 言

目前，铜绿山已全面进入深部开采，不仅面临深井“三高一扰动”的恶劣环境，而且深部矿体和上部中段相比有较大的变化，厚大矿体所占比例缩小很多，矿体倾角变化大，分支复合现象普遍，矿岩稳固性变差。目前矿山主要使用上向分层充填法，该采矿方法采用气腿凿岩、人工装药爆破，生产效率低、劳动强度大，且人员暴露在空场下作业，安全性差。为确保深部资源安全高效回采，保持矿山生产的连续性，铜绿山矿于2014年开始在普通上向分层充填法的基础上成功试验盘区机械化上向中深孔高分层充填法。该采矿方法的凿岩、装药爆破、出矿等工艺均采用机械化配套设备，12m的高分段采用2个高分层回采，大大提高了采矿采场生产效率和作业安全性。

1 深部矿体开采技术条件

根据铜绿山矿目前的开采情况，深部矿体开采主要位于6＃～9＃勘探线之间[1]，矿体总长约1000m，主矿体为Ⅲ、Ⅳ号矿体，约占总矿量的80%。其中，Ⅲ号矿体位于0～13勘线之间，长约350～400m，倾角50°～80°，一般厚度为5～25m，最大厚度达120m；Ⅳ矿体主要为铜铁矿石，还有少量单铜矿石及铁矿石，矿体呈长条状，剖面上呈似层状。矿床水文地质属于以溶洞为主，顶底板直接进水，水文地质条件中等至复杂。矿体项板围岩在15线为矽卡岩及大理岩，19～29线为大理岩或白云质大理岩，底板为花岗闪长斑岩，均属坚固岩石，Ⅳ号矿体围岩稳定性强于Ⅲ号矿体。

2 采矿方法

2.1 采场结构参数

矿体厚度较大时，采场垂直走向布置，阶段高度60m，采场长度为矿体厚度，宽度为8～12m，底柱高度12m，分段高度12～13m，每个分段分成2个分层回采，第一分层回采高度3.0～5.0m，第二分层回采高度5.0～6.0m，回采由下往上进行，分矿房、间柱两步骤回采。

2.2 采准切割

斜坡道布置在矿体下盘，采掘人员和设备由斜坡道通过分段平巷联络道进到分段平巷中，从分段平巷中掘进路进入采场，每个采场布置一个天井，用于通风和掏槽自由面，如图1所示。第一分层回采时，施工一条切割巷，并拉宽到采场宽度，形成3.0m的补偿空间和凿岩设备作业空间。分段平巷及弯道等巷道断面3.2m×3.0m，分段联络道，分层联络道，等巷道断面3.0m×3.0m，拉底巷3.0m×3.4m，回风天井2m×2m。

2.3 回采工艺

(1)凿岩。采用Boomer K41X型凿岩台车钻凿上向平行炮孔，孔径51mm，第一分层孔深为3.0～5.0m，第二分层孔深5.0～6.0m，按梅花状布孔，掏槽区孔网一般为1.0m×1.2m，侧崩区孔距为1.3m～1.5m，排距为1.4～1.6m，为保证两帮不受冲击波的损害，矿房采场边孔距离边界0～0.4m，间柱采场边孔距充填体0.6～0.8m，边孔孔距0.5m，并每隔3～5m用水平台车打一个仰角45°的边帮控制孔。

(2)装药爆破。一个分层采场凿岩后一次装药爆破。采用装药台车装填铵油炸药，导爆索与起爆药包一起装入孔底，采用双发雷管引爆，抵抗线1m，孔口装填炮泥0.5m。由于采场空高较高，尤其第二分层最高空场达9m，为保护边帮，边孔采用不耦合装药或竹筒间隔装药。采用1～30段高精度毫秒雷管起爆炸药，边孔滞后一段起爆，整个爆破网络采用导爆索与毫秒雷管非电复式起爆网络起爆。

图1 采矿方法示意图

(3)顶板松石处理。一个分层采场爆破后，必须经过足够时间的通风才能进入采场进行松石处理。人工在爆堆上从采场口由外向里处理顶板和边帮松石，第二分层爆破后由上一分段的联络道进入采场处理松石，必要时进行锚网支护。每次作业前均需进行松石处理，尤其注意矿石铲出后露出边帮的处理。

(4)出矿。确保顶板和边帮安全后才能进行出矿作业。采用EST－31/2型电动铲运机铲装矿石，运往矿石溜井卸载。

(5)采场充填。采场分层出矿后进行充填作业。矿房采场采用细砂胶结或尾砂胶结充填，间柱采场采用非胶结或尾砂胶结充填。充填高度为分层爆破高度，保留3.0m左右高度作为下分层爆破的补偿空间和设备作业空间。待充填体达到强度后方可进行下一分层的回采作业。

3 采矿方法关键技术

3.1 高陡边帮控制

边帮控制是本采矿工艺最为关键的作业。为提高生产效率，12m的高分段采用两分层回采，第一分层采后空场高度为7m，第二分层采后空场高度达9m，如果边帮控制不佳，容易引起边帮垮落，影响出矿、充填和下一分层的凿岩作业，甚至可能出现大面积垮塌。因此，必须采取措施确保爆破后边帮齐整。针对这一情况，采场爆破时边孔采用光面爆破，边孔孔距设计为0.5m，同时采用竹筒间隔装药，为施工方便，也可采取孔内放置PVC管的不耦合装药，PVC管放置在边帮一侧，同时，边孔滞后于中间孔起爆，确保边孔自由面朝向采场中间，降低炸药爆破对边帮岩石的冲击破坏。经过现场试验，边帮控制效果很好，从未出现垮塌现象。

3.2 高分层换段爆破

第二分层爆破后，人员从上一分段的联络道进入矿堆上进行顶板处理作业，因此该次爆破非常关键。首先必须确保联络道施工至超过采场边界一定距离，并设计好联络道坡度、弯道角度，以便设备进出方便。第二分层炮孔施工深度必须足够，以便爆破后顶板高度高于联络道底板，确保第二分层爆破能炸穿上部联络道。由于上部提前施工好联络道，因此采场部分炮孔会打穿联络道，这给爆破带来一定难度，该部分炮孔必须在上部联络道进行堵塞，确保装药到位，同时确保联络道没有水，以免对装药爆破施工造成困难，造成爆破事故。

3.3 高空场顶板安全处理

分层采场爆破后，在矿堆上处理顶板松石，由于一次爆破面积大，且爆堆高度不均，尤其是侧崩爆破区域，矿石往往向拉槽区域抛掷，造成采场口矿堆较矮，空高太高，这对顶板松石处理带来一定困难。为克服这一难题，需通过改变起爆顺序来解决矿堆高度不均的问题。采用如图2的起爆顺序，中间炮孔采用两排同段爆破，且排间微差采用最短微差间隔，三段起爆后边孔往中间爆破，减少矿石的抛掷。第二分层爆破后从上一分段的联络道进入采场处理顶板松石，采场与联络道接口处的炮孔先起爆，另一侧的炮孔延后起爆，确保接口处爆堆高度足够。由于炮孔施工深度控制不均，爆破后顶板容易出现凹凸不平的情况，必要时可用手持式凿岩机施工一排水平孔，采用光面爆破将顶板切平，减少顶板松石处理难度，增加顶板稳定性。

图2 侧崩区起爆顺序示意

4 结 论

铜绿山矿深部矿体条件复杂，采用盘区机械化上向中深孔高分层充填法，该采矿工艺钻凿上向中深孔回采，凿岩、装药爆破、出矿等工艺均采用机械化配套设备，12m的高分段采用2个高分层回采。经现场试验，该采矿方法采矿效率高、采场综合生产能力大、综合劳动强度小、采场作业较安全，已经在铜绿山矿得到了大规模推广应用。

[1]岑佑华，余 琳.铜绿山矿深部开采开拓方案[J].中国矿山工程，2004，33(6):1-4.

[2]张 刚.浅谈铜绿山铜铁矿深部开采的地压问题[J].采矿技术，2005，5(2):14-15.

[3]张木毅.凡口铅锌矿盘区机械化中深孔留矿法的应用[J].采矿技术，2002，2(3):24-26.

[4]刘颖歆.空气间隔装药在铜绿山矿深孔爆破中的应用[J].爆破，1998(2):55-58.

[5]张 刚.铜绿山矿地下采矿技术的发展[J].矿业研究与开发，2000(12):8-9.

[6]赵金三.中深孔机械化采矿法在凡口矿的应用[J].世界采矿快报，2000，16(7):229-230.

[7]冷复生.铜录山矿上向分层水平充填法的特点及发展[J].矿业研究与开发，2000，20(6):10-12.

[8]王海军，任 萌.高分段空场采矿法的应用与施工优化[J].有色金属，2013，65(5):15-19.

[9]卢 霞.盘区上向中深孔配套机械化采矿法实践[J].采矿技术，2001，1(3):22-24.

2015-06-11)

成 涌(1967－)，男，湖北石首人，高级工程师，主要从事地下矿山采矿技术与安全管理方面的工作，Email:qiuxianyang_csu＠163.com。