大直徑深孔采礦在阿舍勒銅礦的成功應(yīng)用

陳繼倫

(新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司, 新疆哈巴河縣 836700)

大直徑深孔采礦在阿舍勒銅礦的成功應(yīng)用

陳繼倫

(新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司, 新疆哈巴河縣 836700)

阿舍勒銅礦在礦巖不穩(wěn)固的情況下,利用大直徑深孔采礦法,強采、強出、強充措施,有效控制了地壓,取得采場生產(chǎn)能力1000～1500t/d、貧化率小于4.37%、損失率低于5.64%、充填成本19.73～19.6元/t的良好效果。該技術(shù)的成功運用,解決了阿舍勒銅礦不太穩(wěn)固礦體安全高效經(jīng)濟回采問題,值得類似礦山推廣應(yīng)用。

不穩(wěn)固礦巖;深孔爆破;地壓控制;預(yù)支護;膠結(jié)充填

1 礦床開采技術(shù)條件

阿舍勒銅礦Ⅰ號礦體是礦區(qū)的主要礦體,為半隱狀～隱狀特大型高品位多金屬銅礦體,埋深18～930m,走向近南北。礦體東翼倒轉(zhuǎn),傾向東,傾角55°～75°,西翼正常,傾向東,傾角45°～55°。礦體由南向北呈波狀傾伏,傾伏角45°～65°。礦體形態(tài)嚴格受向斜構(gòu)造控制,橫斷面呈“魚鉤"狀,水平面呈“鐮刀”狀。Ⅰ號礦體分為上下采區(qū)開采,600m以上為上采區(qū),300～600m為下采區(qū),300m以下礦體將由三期工程開采。下采區(qū)倒轉(zhuǎn)翼礦體賦存特點為:礦體水平厚25～75m,一般厚50～60m,礦體走向長260～300m,傾角55°～75°。

影響下采區(qū)銅礦體穩(wěn)定性的斷裂構(gòu)造主要是節(jié)理裂隙,其它斷裂構(gòu)造影響較弱。在500m水平探礦巷道(主要在礦體中)進行的節(jié)理裂隙調(diào)查表明,節(jié)理主要有3組:第1組傾向286.2°,傾角16.2°。第2組傾向69.4°,傾角68.8°;第3組傾向305.3°,傾角50.2°。該水平節(jié)理裂隙發(fā)育中等,下采區(qū)銅礦體的穩(wěn)定性較好,巷道掘進中基本不需支護,但深孔爆破二次破壞后,穩(wěn)定性較差。

下采區(qū)礦體頂?shù)装鍑鷰r為:倒轉(zhuǎn)翼礦體頂板以英安質(zhì)沉凝灰?guī)r、含礫沉凝灰?guī)r為主,穩(wěn)定性較好,底板以玄武巖為主。西翼礦體和轉(zhuǎn)折端附近礦體頂板以玄武巖為主,底板以英安質(zhì)沉凝灰?guī)r、含礫沉凝巖為主。凝灰?guī)rRQD平均值為49.49%,屬完整性差的巖類。礦體RQD值平均為43.42%,完整性也差。玄武巖RQD值為50.16～79.56%,巖體完整性好,質(zhì)量屬優(yōu)～中等。從500m水平坑探巷道揭露的情況來看,圍巖主要為層狀結(jié)構(gòu)的凝灰?guī)r和塊狀結(jié)構(gòu)的英安斑巖類,屬堅硬巖石,在掘進中未出現(xiàn)大規(guī)模不良工程問題,僅局部出現(xiàn)小規(guī)模的冒頂、掉塊現(xiàn)象。整個下采區(qū)圍巖穩(wěn)定性較好,巷道掘進中基本不需支護,但深孔爆破二次破壞后,穩(wěn)定性較差。

另外,該礦床的礦石含硫達32%以上,局部地段達40%左右,開采中存在一定的自燃發(fā)火和結(jié)塊性,采場中礦石存放時間不能太久,礦石出完后需要充填。

綜上所述,下采區(qū)礦巖的穩(wěn)固性中等偏強,大直徑深孔采礦對礦巖穩(wěn)定性要求高,礦巖需要采取相應(yīng)的地壓控制措施才能保證安全生產(chǎn),同時,下采區(qū)礦體集中,走向短(260～300m),采用充填采礦法,生產(chǎn)能力要求達到3000t/d以上,難度很大,主要表現(xiàn)為礦巖的穩(wěn)固性、可供布置的采場數(shù)量和要達到的生產(chǎn)能力之間的矛盾。因此,要求采礦技術(shù)先進、采礦強度高、生產(chǎn)組織管理科學(xué)合理。只有做到支護合理、采幅恰當(dāng)且強采、強出、強充,才能持續(xù)穩(wěn)定地實現(xiàn)下采區(qū)3000t/d以上的生產(chǎn)能力。

2 地壓控制方案設(shè)計

2.1 鑿巖硐室布置參數(shù)優(yōu)化

硐室布置參數(shù)經(jīng)歷了3次優(yōu)化:第1次優(yōu)化,留條柱、點柱和梳形柱。50013采場鑿巖硐室的布置形式是在東端采場中央留礦柱,在西端沿采場長度方向在采場中央留1.8m寬條柱;50017采場鑿巖硐室的布置形式是留(4～5)m×(4～5)m的點柱;5009采場鑿巖硐室的布置形式是在硐室兩邊留2m×4.5m的梳形礦柱。由于鑿巖設(shè)備寬約1.6 m,鑿巖時靠近礦柱或條柱的炮孔離礦壁至少為0.8 m以上,而打偏斜孔時,又很難控制偏斜度,實際上,采場的鑿巖爆破參數(shù)與設(shè)計的參數(shù)有很大出入。留點柱時最大孔網(wǎng)參數(shù)達到5～6m,留條柱時排距也在3.4m以上,如果考慮施工誤差和偏斜,則孔網(wǎng)參數(shù)更大,這也是造成采場大塊和粉礦產(chǎn)生的主要原因之一。同時,留點柱和沿長度方向留條柱的采場,隨著回采的進行,采場的安全性會越來越差,給裝藥爆破造成諸多不便。因此,在隨后的生產(chǎn)中,鑿巖硐室的布置形式和礦柱尺寸大小全部改成鑿巖硐室寬為13.6m,高為3.8m,長為采場的長度。在硐室的兩邊留梳形礦柱,每6.4m留一條,礦柱大小為(1.6～1.8)m×(5～5.3)m。這是硐室布置參數(shù)的第2次優(yōu)化。經(jīng)過第2次優(yōu)化的硐室布置參數(shù),總體是合理的、可行的,但梳形礦柱的寬度偏小,寬1.8m,容易被炸壞,同時,拉槽的鑿巖硐室偏大,長8.4m,采取長錨索及噴錨網(wǎng)支護,仍有垮塌。于是,硐室兩邊留梳形礦柱尺寸及拉槽的鑿巖硐室全部改為圖1所示,即每隔6.4m留一條礦柱(1.8～2.0)m×(4.75～5.25)m,拉槽的鑿巖硐室為(6.2～7.2)m×(4.75～5.25)m。

圖1 550m9#穿脈采場硐室布置

2.2 鑿巖硐室支護

硐室頂板采用單拱架+噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護,錨桿長3m,支護網(wǎng)度1m×1m,局部不穩(wěn)固地段,管縫式錨桿改用Φ22mm螺紋鋼,或兩者交叉使用,噴射砼厚10cm。側(cè)幫區(qū)域采用噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護,網(wǎng)片距離底板0.8m。

硐室的條柱周圍要求采用亞光面爆破,并采用噴砼支護。如果礦柱松動,則適當(dāng)加錨桿支護,噴射砼厚10cm。如果礦柱被炸壞,則要澆灌相同規(guī)格的C20砼柱,確保大孔鑿巖安全。

如果硐室頂板不太穩(wěn)固,在硐室內(nèi)布置長錨索支護控制頂板,網(wǎng)度為2m×(2～3)m,加密支護時,網(wǎng)度為(1.2～2)m×(1.2～2)m,長錨索孔徑Φ60～65mm,錨索采用Φ28～32mm去油廢舊鋼絲繩、鋼絲繩或鋼絞線都可以,錨固深度為9.5m,外露0.5m。其目的是防止隨采空區(qū)面積的擴大,硐室發(fā)生大面積冒落。

該硐室布置形式的優(yōu)點是:硐室內(nèi)鑿巖、裝藥爆破安全性好,鑿巖時設(shè)備平行條柱,便于設(shè)備移動,炮孔布置均勻,由于采用垂直炮孔,便于控制炮孔的偏斜率,從而達到礦石破碎均勻,出礦效率提高,生產(chǎn)能力提高,生產(chǎn)成本降低的目的。其缺點是鑿巖硐室掘進時,開口多,測量放點多,條柱位置和大小控制嚴格,條柱要求采用亞光面爆破,技術(shù)要求較高。優(yōu)點是主要的,因而在生產(chǎn)中已獲得全面使用。

2.3 采場底部結(jié)構(gòu)布置及支護

礦山初步設(shè)計推薦平底底部結(jié)構(gòu),經(jīng)生產(chǎn)實踐及研究優(yōu)化,全部改用中央平底塹溝、雙側(cè)裝礦進路交錯的布置形式,出礦穿脈隔12m布置1條,由下盤脈外巷道向上盤回風(fēng)巷道掘通,出礦進路在出礦穿脈中每隔15m以45°角掘到回采采場邊緣。雙側(cè)裝礦進路交錯布置形式的優(yōu)點:裝礦進路間距較寬,達12～15m,有利于進路間礦柱的穩(wěn)定;有利于采場內(nèi)2臺出礦設(shè)備平行出礦,達到集中出礦,提高采場綜合生產(chǎn)能力的目的;由于能實現(xiàn)集中出礦,有利于減少采場的回采時間,對提高采場的穩(wěn)定性非常重要;采場內(nèi)殘礦少,礦石損失少,殘礦損失一般少于1.5%。

支護方面,原來穿脈采用素噴,進路采用網(wǎng)噴,生產(chǎn)實踐中,大孔爆破對底部結(jié)構(gòu)破壞較大,現(xiàn)在穿脈全改為噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護,或Φ22mm螺紋鋼錨桿+噴砼支護,厚度10cm,進路采用墻C20砼支護(厚30cm),拱鋼筋砼支護(厚30cm),拱雙層鋼筋,主筋Φ18mm螺紋鋼,副筋Φ14mm螺紋鋼,網(wǎng)格為30cm×30cm,一步驟進路墻砼不加筋,二步驟進路墻砼加單層鋼筋,主筋為Φ18mm螺紋鋼,副筋為Φ14mm螺紋鋼,網(wǎng)格為30cm×30cm。通過上述采場底部結(jié)構(gòu)布置及支護參數(shù)優(yōu)化,采場底部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和大孔爆破得到了非常好的匹配,有效保證了鏟車安全出礦。

2.4 單響炸藥量控制

大孔爆破炸藥用量多,每次炸藥量一般約3700 kg,處理殘炮時可達4770kg。為了減少大孔爆破對鑿巖硐室、巷道及鄰近采場的破壞,采用毫秒非電導(dǎo)爆管逐孔逐排起爆(孔網(wǎng)參數(shù)3m×(2.6～3.5)m),嚴格控制單響炸藥量。單段爆破允許藥量根據(jù)《工程爆破實用手冊》推薦的計算公式計算為330kg。

生產(chǎn)爆破中,中深孔單排炮孔裝藥量為325kg,不會影響出礦巷道穩(wěn)定,大直徑深孔爆破時,單段藥量不允許超過370kg。

2.5 充填參數(shù)優(yōu)化

實行“強采強充”方針,采場準備出來以后,力爭在3個月以內(nèi)完成采充工作。生產(chǎn)中,合理設(shè)計充填配比,采場自下而上,灰砂比為:1∶4,1∶6,1∶8,1∶6,1∶4,對應(yīng)高度分別為13.2,10,10.8,10,9.8m(其中3.8m為鑿巖聯(lián)絡(luò)道及鑿巖硐室高度),對應(yīng)14d強度≥1.5MPa,≥0.6MPa,28d強度≥0.5 MPa,另外,還采用施工大孔等方法進行充填接頂,有效控制了地壓,充填體強度的合理配置,既減少了礦柱回采的貧化損失,又保證了二次巷道的安全掘進。

2.6 采幅控制

原設(shè)計采場結(jié)構(gòu)參數(shù)為:礦塊垂直礦體走向布置,寬24m,礦房、礦柱寬分別為12m,長度視礦體厚度而定。當(dāng)?shù)V體厚度小于50m時,礦房、礦柱長為礦體厚度;當(dāng)?shù)V體厚度大于50m時,礦房礦柱按“田”字形布置,為便于充填,相鄰采場沿長度方向錯開5m。采場高50m。同中段礦房、礦柱的回采順序為隔3采1。生產(chǎn)實踐表明,對于大多數(shù)采場,這個設(shè)計是合理的、可行性,但是,對于少數(shù)采場,則需要根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)條件進一步縮小采幅,如50023#采場,位于回轉(zhuǎn)端,采場長度僅30m,受回轉(zhuǎn)端構(gòu)造應(yīng)力大及構(gòu)造裂隙密集的影響,根據(jù)類似采場回采經(jīng)驗,實際生產(chǎn)中分為上下盤回采,先采上盤,后采下盤,采場長度15m左右,有效避免了采場垮塌。另外,50014#采場,長度59m,位于倒轉(zhuǎn)翼非回轉(zhuǎn)端,受褶皺和構(gòu)造活動產(chǎn)生的構(gòu)造裂隙密集帶、層間破碎帶和蝕變破碎帶及軟弱夾層的影響,以及受一步驟回采大爆破的影響,巖石較破碎,實際生產(chǎn)中分為4個分條回采,每次采1個分條,每個分條長度11～19m,有效避免了采場垮塌。對于無法確定采幅的礦房,則按劃分上下盤的原則確定采幅,原因是考慮采場內(nèi)回采是側(cè)向崩礦,即使是由于采場擴大而造成片幫、冒頂?shù)仁鹿?其處理仍很方便,只需停止采礦,立即進行充填,最后剩下的礦體作為一個采場回采就能解決問題,不會造成采場報廢等重大事故。當(dāng)然,這種情況下要做好采空區(qū)的巡查,發(fā)現(xiàn)問題,及時解決。

3 方案實施效果

通過上述控制方案的實施,有效控制了地壓,保證了回采安全,并取得良好經(jīng)濟技術(shù)指標:

(1)采場生產(chǎn)能力達1000～1500t/d;

(2)貧化率為2.5%～4.37%;

(3)損失率為3.22%～5.64%(含礦柱損失2.5%～3.5%);

(4)一次炸藥單耗為0.3～0.4kg/t;

(5)炮孔崩礦量為27～30t/m;

(6)充填成本為19.37～19.6元/t。

4 結(jié) 論

阿舍勒銅礦在大直徑深孔采礦法的應(yīng)用過程中,先后對鑿巖硐室布置參數(shù)、鑿巖硐室支護、采場底部結(jié)構(gòu)布置及支護、單響炸藥量控制、充填參數(shù)、采幅控制等進行了優(yōu)化,配套的出礦設(shè)備采用6m3鏟運機,每個采場2臺平行出礦,大孔鑿巖采用T-150高風(fēng)壓環(huán)形潛孔鉆機,孔徑165mm,中深孔鑿巖采用YGZ-90型鉆機。通過這些措施和設(shè)備的配套,達到了強采、強出、強充的目的,實現(xiàn)了集中高效采礦作業(yè),持續(xù)穩(wěn)定地保證了下采區(qū)3000t/d以上的生產(chǎn)能力。

目前,大直徑深孔采礦法已在下采區(qū)全面推廣應(yīng)用。該采礦方法具有工藝技術(shù)先進可靠、作業(yè)安全、貧化損失率低、生產(chǎn)能力大、綜合經(jīng)濟效益高等突出優(yōu)點,主要技術(shù)經(jīng)濟指標達到國際先進水平。

大直徑深孔采礦在阿舍勒銅礦成功應(yīng)用的經(jīng)驗表明,在巖石不太穩(wěn)固的情況下,使用大直徑深孔爆破,地壓活動可以得到有效控制,回采安全高效,生產(chǎn)技術(shù)指標先進,拓展了大直徑深孔采礦法的應(yīng)用空間,值得類似礦山推廣應(yīng)用。

2010-02-25)

陳繼倫(1975-),貴州畢節(jié)人,助理工程師,長期從事采礦技術(shù)與生產(chǎn)管理。