分段空场嗣后充填采矿法在铜绿山矿的应用

熊国雄

(大冶有色金属有限责任公司铜绿山铜铁矿)



分段空场嗣后充填采矿法在铜绿山矿的应用

熊国雄

(大冶有色金属有限责任公司铜绿山铜铁矿)

铜绿山矿原主要采用上向水平分层充填法，手工凿岩，生产效率低下，劳动强度大，安全性差，无法满足深部矿体安全高效开采要求。通过引进分段空场嗣后充填采矿法，并在井下采场试验。结果显示，变更采矿方法生产能力可达到450 t/d,矿石贫化率可控制在5%，回收率可提高到94%，大大提高了生产能力、生产效率和资源回收利用率，分段空场嗣后充填采矿法在铜绿山矿具有较好的推广应用价值。

分段空场嗣后充填采矿法 中深孔爆破 贫化率 回收率

铜绿山铜铁矿矿床位于鄂东南地区，长江中下游铜铁矿成矿带西部,是一个以前震旦系为基底、自震旦纪至三迭纪的坳陷带，发育了一套海相、陆相的稳定沉积，后经印支、燕山多旋回运动，形成了结构复杂的盖层褶皱带。矿体在剖面上呈透镜状或似层状，主要赋存在岩浆岩与大理岩的接触带，其次赋存在接触带的大理岩间，接触构造为矿区主要控矿构造[1]。矿体总体倾向东南，倾角为60°～80°,岩石节理裂隙发育，属中等稳固；顶底板围岩主要为矽卡岩、大理岩、斜长石等，岩性复杂，属中等稳固～不稳固[2]。目前主要回采Ⅲ#、Ⅳ#矿体，-305,-365,-425,-485 m 4个中段。其中Ⅲ#矿体长约600 m，矿体厚7～80 m；Ⅳ#矿体长约1 400 m，厚3～5 m。随着开采深度的不断增加，矿体逐渐变薄。同时，矿岩内部的原岩应力随之加大。在没有开采工程扰动的情况下，岩体处于原始平衡状态。地下巷道或采场的开挖打破地层原始平衡状态，导致地应力释放，从而引起岩体的变形和向自由面的位移，使得围岩应力重新分布。围岩的过量位移和应力集中将导致围岩局部或整体的失稳和破坏，稳定性越来越差。铜绿山矿原采用VCR采矿法，由于矿体变小，开采深度增加，矿石贫化严重，采场边帮和顶板稳定性变差；后来采用普通法上向水平分层充填采矿法，由于人工强度大，生产效率低下，均无法满足安全生产的需要[3]，急需对现有采矿方法变更优化。

1 采矿方法选择

为保证井下安全高效生产，铜绿山矿和中南大学展开合作，决定变更现有采矿方法。

采矿方法选择原则[4]：

(1)具有安全和良好的工作条件。

(2)能够充分、高效、综合利用地下矿产资源。

(3)具有较大的生产能力和较高的生产效率。

(4)开采成本低、经济效益高，对生态环境破坏小。

(5)具有通用性。

根据以上原则，中南大学结合铜绿山矿的生产需要和井下作业条件，确定采用分段空场嗣后充填采矿法。该采矿方法机械化程度高，人工强度低，生产效率高，采切工程量小，矿石贫化小，安全系数高。

2 采矿工艺

2.1 采场结构参数

采场垂直矿体布置，矿块长度是矿体厚度，矿块宽10 m，60 m，顶柱高12 m，底柱高8 m，分4个分层回采，分层高13 m。在矿体上盘穿脉内设置一条通风管缆井，规格尺寸为1.6 m×1.6 m。分段空场嗣后充填法示意见图1。

2.2 采切工程布置

2.2.1 凿岩巷道

每个分层的凿岩巷道布置在脉内矿体上盘，且为了钻孔时排间孔深趋于平均，爆破时方便落矿，通常把凿岩巷道布置在采场中间。为满足凿岩、装药、出矿设备的进出，巷道尺寸为4.0 m×3.5 m，施工过程中以矿界为作业界限，不得超出采场界限。

2.2.2 切割槽

在每个分层凿岩巷道的端部施工2 m×2 m切割横巷，然后采用上向中深孔一次爆破成井法施工2 m×2 m天井，以天井为自由面分别向采场两帮控制线扩帮，最终形成宽10m、高12m的切割槽，为后续连续爆破提供充分的自由面和补偿空间。

图1 分段空场嗣后充填采矿法示意(单位：m)

2.2.3 底部出矿结构

为保证采场出矿效率，沿采场方向布置3条出矿进路，断面规格为3 m×2.8 m。

2.3 回采作业

中深孔分段凿岩设备主要有YZ-90型钻机、阿特拉斯K41型凿岩台车、山特维克DL331型凿岩台车。为提高钻孔功效，选择山特维克DL331型凿岩台车。

切割槽区域钻凿垂直上向平行孔，分段凿岩巷道钻凿上向扇形平行炮孔，钻孔直径为76 mm，切割槽孔排距为1.2 m，正常孔排距为1.5～2 m，孔底距为2～2.5 m，边孔角度为15°，装药系数为0.8。

首先要完成切割井的爆破落矿工作，一次成井后两边扩帮，向中央掏槽方向爆破，形成切割槽。正常区域每次爆破3～5排，向切割槽空区内爆破，依次后退式开采。采用金能JNJR-100型装药台车装药，非电导爆管排间微差孔底起爆，微差间隔时间为25 ms。

采场回采过程中，要控制好钻孔角度和偏斜率，遇到破碎带要控制钻孔速度；使采场顶板沿矿体走向形成微拱形；严格控制顶板、采高及矿体边界，严格按地质测量人员的标定进行回采，以控制好损失率、贫化率。采场回采完毕后必须达到设计要求。

2.4 矿石搬运

采用机械搬运和重力搬运相结合的方式，分段平巷每隔30 m布置一个脉外漏斗。采场爆破结束后，采用WJD-2型电动铲运机从每个分段的凿岩巷道铲运部分矿石，遗留下的矿石留待下部分段出矿。一个分段回采完成后再回采下一分段，最后一个分段回采后，空场内遗留的矿石采用遥控铲运机出矿，将铲出的矿石卸至周边溜井，统一阶段运输。出矿大块最好不要在采场内进行二次爆破，防止对底部出矿结构造成破坏。

2.5 通 风

采用局扇通风，新鲜风流由中段石门巷道或采准斜坡道进入出矿巷道或分段凿岩巷道，冲洗工作面后，污风由分段巷道或采场空区、上中段回风道至风井排出地表。

2.6 充 填

采场出矿结束后，一次充填采空区。充填前采场内设置好滤水管，做好堵坝工作。充填材料为全尾砂和固化剂，一步采矿房充填采用全尾砂胶结充填，灰砂比为1∶13；二步采矿柱充填采用全尾砂充填，胶结铺面，铺面厚0.5 m，灰砂比为1∶6。

3 技术经济分析

通过分段空场嗣后充填法现场试验得出，该方法相比原采矿方法生产能力大，矿石损失贫化小。详情见表1。

表1 部分技术经济指标对比

4 结 论

分段空场嗣后充填法在铜绿山矿取得了成功，有效改善了生产功效不足的现状，提高了生产机械化程度和劳动生产率，降低了人员定额和劳动强度，减少了采准切割工程量和矿石贫化损失，作业安全性较好，成本低。在铜绿山矿深部开采不断延伸过程中，还需要根据现场情况，不断总结经验，优化设计方案和工艺参数，提高管理水平和设备效率，进一步推进该采矿方法在地下矿山的应用。

[1] 成 涌,戴宏辉,周科礼，等.盘区机械化上向中深孔高分层充填法在铜绿山矿的应用[J].采矿技术.2015,15(6):3-5.

[2] 熊国雄,赵雄文,卢 波，等.上向水平进路充填法在铜绿山矿的应用[J].现代矿业，2012(11):4-6.

[3] 周科礼,黄 宪,王 耀，等.高效采矿方法优化方案在铜绿山矿的试验[J].现代矿业，2010(9):69-71.

[4] 薛希龙.黄梅磷矿高浓度全尾砂充填技术研究[D].长沙：中南大学，2012.

2016-07-26)

熊国雄(1979—)，男，助理工程师，435101 湖北省黄石市大冶市金湖街道。