刚果(金)Kamoa铜矿大面积缓倾斜单层薄矿体房柱采矿法

黄建鑫

(厦门紫金工程设计有限公司)



刚果(金)Kamoa铜矿大面积缓倾斜单层薄矿体房柱采矿法

黄建鑫

(厦门紫金工程设计有限公司)

摘要我国矿山地下开采大面积采用房柱采矿法，采用无轨机械化设备，提高了采场的生产能力。随着空区面积和深部地压的增大，矿柱损失增大，刚果(金)Kamoa铜矿1#矿体为缓倾斜单层薄矿体，以该矿体为例，对房柱法采场结构及开采顺序进行了研究，对于降低损失率、提高该矿山的经济效益有一定的参考价值。

关键词房柱采矿法缓倾斜单层薄矿体采场结构开采顺序

房柱采矿法具有工艺简单、采矿成本低等优点，对于矿体倾角30°以下的缓倾斜薄矿体具有较强的适应性，因而得到了广泛应用[1-3]。随着现代矿山机械化水平的提高，无轨机械化房柱采矿法可大幅度提高采场生产能力，降低单位开采成本，从而进一步拓宽了房柱法的应用范围。刚果(金)Kamoa铜矿1#矿体为大面积缓倾斜单层薄矿体，适合采用无轨机械化房柱法进行开采。但随着空区面积和埋藏深度的加大，深部矿柱的设计尺寸加大，损失率增大。为此，本研究对该矿深部房柱法的采场结构和开采顺序进行优化，尽可能降低矿柱损失量，提高矿山的经济效益。

1Ⅰ#矿体概况

刚果(金)Kamoa铜矿属于赋存于沉积岩中的层状铜矿床，其主要矿体为Ⅰ#矿体，南北长1.2～1.7 km，东西宽2～8.7 km，埋藏深度从30 m逐渐加深至1 300 m，产状平缓，一般5°～20°，厚度多为4～6 m，平均铜品位2.57%，资源量8.47亿t，为缓倾斜单层超大型薄矿体。矿体容矿岩石为粉砂岩、砂岩，顶板为黄铁矿化砂岩，底板为长石砂岩。物理力学参数显示，容矿岩石和顶底板围岩以坚硬岩为主，RQD值均大于62%，完整性为中等完整以上。矿区矿床以基岩构造裂隙充水为主的矿床，区内水文地质条件中等。

2无轨机械化房柱采矿法

根据矿体的赋存条件及资源条件，适合采用房柱采矿法开采。由于矿区面积大，资源量大，普通有轨电耙出矿采场生产能力明显偏小。因此，采用无轨机械化房柱法(图1)更加适合于该矿山。选择6 m3柴油铲运机和50 t井下自卸汽车进行出矿，采场生产能力可达1 800 t/d。

图1　无轨机械化房柱采矿法示意

2.1普通房柱法

无轨机械化房柱采矿法(普通房柱法)采场结构主要随着空区面积和采深的增加而增大，易导致地压增大。在保证空区稳定、不塌陷的前提下，本研究确定的采场结构参数见表1。

表1　无轨机械化房柱采矿法采场结构参数

由表1可知：随着回采深度的加大，矿块内矿柱的尺寸越来越大，回收率越来越小。由于采场矿柱留设尺寸较大，空区不易塌陷，该采矿方法的回采顺序相对灵活，在满足开拓运输和通风要求的基础上，原则上可自由回采。采场出完矿石后，封闭空区，可用废石或尾砂进行充填，控制地压。

2.2无轨机械化房柱采矿法(收敛式)

由于Kamoa铜矿为大面积的单层矿体，地表允许塌陷，在选择合适的开采顺序、确保地压逐步释放、避免岩石累积及快速释放应力所造成的岩爆灾害的基础上，可实现井下安全开采并提高回收率。借鉴波兰LGOM铜矿床采用无轨机械化房柱采矿法(收敛式)开采的经验，将房柱法分2步骤进行回采：第1步通过大的条形矿柱保证回采作业面安全，第2步将条形矿柱拆解成小矿柱，均匀退采，回收部分矿柱，使得小矿柱形成一种柔性支承，随着空区面积的加大，逐步破坏，释放应力(图2)。该采矿方法的岩体破坏成因理论已在沉积型矿体的开采过程中进行了实践验证。井下开采区域主要分为4个状态，即未扰动原状带、开采初始扰动带、强破坏带、第2平衡稳定带(图3)。开采区域由于存在矿柱保护处于稳定状态，拆解后的矿柱随着工作线的推进逐步进入破坏状态，当矿柱破坏释放应力后，空区又将进入第2平衡稳定状态。无轨机械化房柱采矿法(收敛式)的采场结构受采深增加的影响较小，无法保证采空区的永久稳定，通过拆解矿柱回收矿量，可提高房柱法的回收率，特别是深部的采矿回收率明显高于普通房柱法。该采矿方法的采场结构参数见表2。由于拆解后的矿柱处于柔性支承状态，随着时间和空区范围的扩大，将逐步被破坏，最终在剩余矿柱的区域将自然形成洞穴(顶弯曲)状态。因此，该采矿方法需严格控制回采顺序，沿一个方向均匀退采，将回采、回收矿柱的推进方向分别控制在一条推进线上。地下空区所形成的地压随着剩余矿柱的破坏而逐步释放，结合部分废石或尾砂充填，可有效控制地压，确保回采安全。

3结语

针对Kamoa铜矿的大面积缓倾斜单层薄矿体，采用无轨机械化开采方法，可大幅提高生产效率，降低吨矿成本。由于房柱法所留设永久矿柱的尺寸直接影响到最终的采矿回收率，为此，本研究采用收敛式的变形房柱法开采方案，可有效减小永久矿柱的损失量，特别是能够解决深部矿柱大、回收率低的问题，相对于普通房柱法和充填开采法，优势较明显，可供类似矿山参考。

图2　无轨机械化房柱采矿法(收敛式)示意

图3　沉积岩矿体开采破坏状态

埋藏深度/m盘区尺寸/m矿体厚度/m条形矿柱尺寸/m拆解后矿柱尺寸/m回收率/%<600500×1604～6(6～16)×(5～9)(7～8)×(5～6)85～90≥600500×1604～6(6～16)×(5～9)(9～10)×880～85

参考文献

[1]北京有色冶金设计研究总院.采矿设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1987.

[2]贺桂成.缓倾斜层状矿体开采沉陷预测与控制研究[D].长沙：中南大学，2013.

[3]高志荣，张睿.利用中深孔房柱法开采某铅锌矿缓倾斜厚矿体[J].现代矿业，2015(6)：49-50.

(收稿日期2016-03-30)

黄建鑫(1985—)，男，工程师，361006 福建省厦门市翔云三路128号。