某銅礦馬頭山礦體采礦方法優(yōu)化選擇

蘇 偉，唐紹輝

(長沙礦山研究院金屬礦山安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南長沙 410012)

某銅礦馬頭山礦體采礦方法優(yōu)化選擇

蘇 偉，唐紹輝

(長沙礦山研究院金屬礦山安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南長沙 410012)

馬頭山礦床屬接觸交代矽卡巖型透鏡狀的銅鐵礦床，礦體賦存條件和水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，圍巖構(gòu)造破碎發(fā)育嚴(yán)重，均有較大程度的泥化現(xiàn)象，整體穩(wěn)定性差。為提高資源利用率，在對現(xiàn)用采礦方法和試驗(yàn)采場數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上，研究并提出適合該礦體的采礦方法:上向進(jìn)路充填采礦法。敘述了該采礦方法的特點(diǎn)、采場布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)、回采順序和通風(fēng)系統(tǒng)。

上向進(jìn)路充填采礦法;充填系統(tǒng);回采工藝;采場支護(hù)

1 概況

某銅礦是1980年代興建的一座大型地下礦山，設(shè)計(jì)采選能力3500 t/d，現(xiàn)開采礦體資源儲量逐漸枯竭，為使礦山生產(chǎn)穩(wěn)定、連續(xù)，新開采了馬頭山礦體。馬頭山礦體為一自東向西傾伏型礦體，其地質(zhì)礦量550.78萬t，銅品位0.56%，鐵平均品位35%。

馬頭山礦體前期設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1000 t/d，采用側(cè)翼斜坡道開拓，主要開拓中段有－400，－460，－510，－570，－580 m中段。采用大直徑深孔采礦法回采，采場垂直礦體走向布置，寬度為15 m，長度為礦體厚度，高度為礦體的埋藏深度。由于馬頭山礦體的工程地質(zhì)條件復(fù)雜多變，開采過程中發(fā)生了顯著的地壓活動，兩采場在生產(chǎn)過程中均出現(xiàn)了嚴(yán)重的圍巖跨冒、礦體自然崩落現(xiàn)象。為此，2010年初，在馬頭山礦體設(shè)計(jì)并施工了10個工程地質(zhì)鉆孔，根據(jù)前期研究成果和工程地質(zhì)鉆探揭露的礦巖情況，在總結(jié)前期開采經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步綜合分析了馬頭山礦體的開采技術(shù)條件，對馬頭山礦體采礦方法進(jìn)行了優(yōu)化選擇。

2 開采技術(shù)條件

2.1 礦體賦存條件

馬頭山礦體為接觸交代型銅(鐵)礦體，總體走向約297°，局部有小幅度變化。礦體傾向:上部傾向北東，下部傾向南西，傾向隨走向變化有較小偏轉(zhuǎn)，傾角變化較大，最大52°，最小17°。礦體側(cè)伏角沿走向有一定變化，側(cè)伏角度變化范圍10°～45°。礦體連續(xù)，沿走向有分叉復(fù)合現(xiàn)象，總長1250 m，工程控制長度1150 m。沿傾向斜深50.27～159.22 m，平均斜深142 m，礦體中間厚，兩端薄，為一向西側(cè)伏的似層狀透鏡體，最大厚度105.29 m，最小厚度0.61 m，平均厚度10.89 m，屬厚度不穩(wěn)定型。礦體埋深 639 m，礦 體賦 存 標(biāo) 高 為－360.34～－637.71 m，東高西低，相對高差277.47 m。

2.2 水文地質(zhì)條件

馬頭山礦床直接充水含水體主要是接觸構(gòu)造破碎帶含水體。屬成巖前、成巖后多期構(gòu)造及熱液活動迭加，形成的規(guī)模較大、性質(zhì)復(fù)雜的接觸構(gòu)造破碎帶含水體，含水帶厚度小于20 m。井下涌水特征是水平分布水點(diǎn)多且分散，各孔涌水量相差不大，斷層附近和洪塘溝一帶略大。垂直向上80%的涌水量分布在－380～－460 m之間，位于礦體頂板，直接影響礦體開采。井下23個出水孔，單個孔最大涌水量950 m3/d，礦床實(shí)際平均涌水量為1247 m3/d。

2.3 礦體上、下盤圍巖及夾石特征

主礦體頂板圍巖主要是白云石大理巖及大理巖、透輝石矽卡巖，個別礦層頂板為角礫大理巖及閃長巖;礦體底板圍巖為閃長巖、透輝石化閃長巖、方柱石透輝石矽卡巖。小礦體頂?shù)装鍑鷰r均為透輝石化閃長巖或閃長巖。

主礦體近礦圍巖蝕變是透輝石化，圍繞礦體接觸帶，閃長巖透輝石化，形成一個大的高溫蝕變?nèi)?，蝕變帶中有黃銅礦化、磁黃鐵礦化、黃鐵礦化。

主礦體較為完整，僅在礦體中段在傾向上呈分叉尖滅，從鉆孔中可見，透輝石矽卡巖、透輝石化閃長巖在礦體枝叉間形成“夾層”，實(shí)際上是礦體每一分枝的頂?shù)装?，有弱的黃銅礦化、黃鐵礦化。小礦體為完整的薄層狀礦體。

通過對馬頭山礦體巖石力學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的研究，各巖性總體RQD值(10%～30%)均很低，均屬于Ⅳ和Ⅴ級的巖體。總體上，馬頭山礦體是一個產(chǎn)狀十分復(fù)雜，礦巖破碎泥化嚴(yán)重，穩(wěn)固性條件很差的礦體。

3 采礦方法選擇

馬頭山礦體原采用大直徑深孔采礦法回采，采場垂直礦體走向布置，寬度為15 m，長度為礦體厚度，高度為礦體的埋藏深度。開采過程中發(fā)生了顯著的地壓活動，出現(xiàn)了嚴(yán)重的圍巖跨冒、礦體自然崩落現(xiàn)象，造成硐室、巷道多次支護(hù)，采場大范圍的垮落，大量礦石無法采出，嚴(yán)重影響到采場安全回采。

綜合考慮前期生產(chǎn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和礦體地質(zhì)條件，本設(shè)計(jì)采用以下采礦方法:對于礦圍巖穩(wěn)固性條件較好的部位，則繼續(xù)采用大直徑深孔采礦法回采，單個采場結(jié)構(gòu)參數(shù)長度應(yīng)控制在30 m以內(nèi)，寬度為15 m，高度控制在60 m以內(nèi)，同時采用天井鉆機(jī)進(jìn)行拉槽，周邊孔控制爆破，留礦堆爆破以及強(qiáng)化充填等系列技術(shù)手段確保采場回采的安全、順利進(jìn)行;對于礦圍巖條件很差的部位，則采用上向進(jìn)路尾砂膠結(jié)充填采礦法。

3.1 采場布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)

采場垂直走向布置，長度為礦體厚度，采場寬度除第一個采場(20#采場)為12 m外，其余均為15 m。分段高度為10.5 m，一個分段控制3個分層。

回采進(jìn)路結(jié)構(gòu)參數(shù)是上向進(jìn)路尾砂膠結(jié)充填采礦法的關(guān)鍵參數(shù)，是影響采場穩(wěn)定性、采礦生產(chǎn)能力、采充成本、勞動生產(chǎn)率、貧化率和損失率等的重要因素。根據(jù)工程地質(zhì)、前期巖體力學(xué)分析以及試驗(yàn)采場的采礦經(jīng)驗(yàn)分析，綜合考慮該采礦方法改造的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)初步選擇回采進(jìn)路參數(shù)為:采場進(jìn)路寬度為3.5～4 m，高度為3.5～4 m，進(jìn)路垂直礦體走向布置，進(jìn)路長度為礦體水平厚度，一般情況下進(jìn)路斷面采用矩形結(jié)構(gòu)，為有利于最后一個進(jìn)路充填接頂，提高進(jìn)路接頂率，最后一個進(jìn)路斷面采用拱形結(jié)構(gòu)，采場進(jìn)路結(jié)構(gòu)參數(shù)可以依據(jù)揭露后的礦巖穩(wěn)固性條件隨時進(jìn)行調(diào)整。

采場布置及各結(jié)構(gòu)參數(shù)見圖1。

圖1 上向進(jìn)路尾砂膠結(jié)充填采礦法方案

3.2 采準(zhǔn)工程

目前整個馬頭山礦體的斜坡道—環(huán)形脈外平巷開拓系統(tǒng)已經(jīng)形成，而根據(jù)礦體的產(chǎn)狀對每個盤區(qū)設(shè)置下盤人行設(shè)施井進(jìn)行聯(lián)合采準(zhǔn)布置。

根據(jù)設(shè)計(jì)的采場、各分層和分段高度，分別在－553，－541，－532，－522，－511 m 和－502 m 水平共布置6條分段平巷，各分段平巷通過分段聯(lián)絡(luò)道與礦體分層平巷相通;每盤區(qū)設(shè)一條礦石溜井，將盤區(qū)礦石溜井設(shè)置在礦體下盤圍巖中，位于盤區(qū)中部分段平巷與分層聯(lián)絡(luò)道相交處，溜井傾角與礦體傾角盡量要求一致;在采場上部穿脈巷道內(nèi)布置3個充填大孔，同時可以作為采場的回風(fēng)路線;在采場靠礦體上盤的中間位置處采用鋼筋水泥架設(shè)一條上行泄水井。

3.3 回采工作

(1)進(jìn)路回采順序。采用上行分層分條開采。為了充填和排水的需要，每個分層進(jìn)路底板坡度為2%～3%。每個采場布置3條采礦進(jìn)路，先采1#和3#進(jìn)路，同時同層但可以不同步上行回采，2#進(jìn)路(中間條)次于1#和3#進(jìn)路一個分層回采，單條進(jìn)路內(nèi)采礦順序?yàn)閺南卤P至上盤，對于特別厚大的礦體，為提高出礦效率，可以采用兩端對采。

(2)鑿巖爆破。設(shè)計(jì)采用Mercury－14型全液壓單臂鑿巖臺車進(jìn)行鑿巖，炮孔孔徑為Ф41～44 mm，孔深2.8 m，孔間距 0.7～1 m，排距 0.6～0.7 m。設(shè)計(jì)選用Normet生產(chǎn)的NT30/NBB150型裝藥車裝藥，采用2號粉狀乳化炸藥，非電毫秒微差導(dǎo)爆管雷管爆破。為減小爆破振動對礦巖和充填體受的破壞，保持其自身的支承能力，形成較規(guī)整的斷面形狀，進(jìn)路回采應(yīng)采用光面爆破?；夭蛇M(jìn)路兩側(cè)和底板是充填體，為降低礦石貧化，炮孔與充填體的間距應(yīng)適當(dāng)加大，一般為0.3～0.5 m。

(3)采場出礦。采用LE－4.1E型電動鏟運(yùn)機(jī)將崩落礦石運(yùn)至采區(qū)溜井。

(4)采場通風(fēng)。新鮮風(fēng)流由中段運(yùn)輸巷、下盤人行材料天井進(jìn)入采場工作面，采用局扇配塑料柔性風(fēng)筒壓入式通風(fēng)方法加強(qiáng)通風(fēng)。

3.4 采場充填與支護(hù)

設(shè)計(jì)采用礦山現(xiàn)有的尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)，充填料在地表充填站制備后，經(jīng)管道輸送至采場內(nèi)進(jìn)行充填。一期進(jìn)路充填材料的灰砂比要求較高，二期進(jìn)路充填材料的灰砂比則可以適當(dāng)降低。但每條進(jìn)路頂部0.4～0.5 m 的空間用灰砂比為1∶4～1∶5 的膠結(jié)充填料進(jìn)行充填，設(shè)計(jì)要求充填體的強(qiáng)度(7 d齡期)為1.5～2.5 MPa，澆面層厚度大于 0.5 m，膠面層的灰砂比不得小于1∶4，以利于上分層回采的無軌設(shè)備的運(yùn)行和降低礦石損失與貧化。

在分層進(jìn)路聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)充填采用柔性擋墻密封，既可以起到穩(wěn)定的封堵作用，也有較好的脫水效果。

在進(jìn)路充填之前，必須先清理進(jìn)路中的殘留塊礦和粉礦，撤出風(fēng)水管線;采用分次充填，一般可分3次，前兩次每次的充填高度約為1.3～1.8 m，最后一次為澆面充填，高度約為0.5 m。每次充填待初凝后，再進(jìn)行下一次充填，以利于整體強(qiáng)度的實(shí)現(xiàn)。充填下料點(diǎn)的位置和數(shù)量應(yīng)根據(jù)回采進(jìn)路的長度，采用多點(diǎn)下料。

3.5 頂板管理

為保證礦體安全回采，回采過程中應(yīng)加強(qiáng)進(jìn)路頂板管理，除采后及時充填以外，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場頂板穩(wěn)固情況，進(jìn)路支護(hù)一般采用錨桿或錨桿鋼絲網(wǎng)(或雙筋鋼條)，當(dāng)頂板破碎時，則采用錨桿預(yù)加固和噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，同時遇到砂狀和泥狀的巖層時，則可以采用錨桿加鋼構(gòu)預(yù)加固，以維護(hù)回采進(jìn)路在回采期間的穩(wěn)固完整，并采取應(yīng)力、應(yīng)變、位移等觀測手段，對回采過程中礦柱頂板壓力顯現(xiàn)進(jìn)行監(jiān)測，掌握規(guī)律，做出安全預(yù)報。

3.6 設(shè)備配置

每一盤區(qū)同時回采的進(jìn)路數(shù)為3條，配備鑿巖臺車1～2臺，2 m3鏟運(yùn)機(jī)1臺，裝藥臺車、錨桿臺車和頂板服務(wù)車各1臺。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)選用采礦方法時，總結(jié)和分析了前期生產(chǎn)和試驗(yàn)采場的開采技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，盡可能地利用了礦區(qū)現(xiàn)有的探采工程和充填系統(tǒng)、礦山現(xiàn)有的人員技術(shù)力量和裝備水平，充分考慮礦體、圍巖十分破碎且泥化的條件，借鑒了采場結(jié)構(gòu)參數(shù)和爆破參數(shù)，特別是采空區(qū)頂板允許暴露面積和垮塌崩落的情況。采用上向進(jìn)路尾砂膠結(jié)充填采礦法有效地控制了開采地壓活動，防止礦圍巖垮冒和沖擊地壓等引發(fā)重大安全事故。在安全的前提下，達(dá)到了礦山的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1000 t/d，同時，礦石回采率提高至93%以上，貧化率控制在5%以下，降低了采礦成本，改善了生產(chǎn)條件，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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2011－09－08)

蘇 偉(1982－)，男，安徽太和人，碩士研究生，主要從事礦山巖石力學(xué)及地壓監(jiān)控技術(shù)研究，Email:94070815@qq.com。