紫金山金銅礦大直徑深孔嗣后充填采礦法

吳國昌

(紫金礦業(yè)集團股份有限公司紫金山金銅礦)

紫金山金銅礦大直徑深孔嗣后充填采礦法

吳國昌

(紫金礦業(yè)集團股份有限公司紫金山金銅礦)

針對紫金山金銅礦礦巖穩(wěn)固、礦體厚大、品位較低，近礦圍巖含有一定銅品位的特點，顧及地下開采銅礦期間上部露天金銅礦尚在開采。為確保露天邊坡的安全穩(wěn)定和地下與露天并采的生產(chǎn)安全，確定采用大直徑深孔嗣后充填采礦法，同時借助阿特拉斯Boomer鑿巖臺車、AT1500天井鉆機、山特維克中深孔鉆機、遙控鏟運機、布洛克多功能機器人等大型無軌機械化設(shè)備，實現(xiàn)采準(zhǔn)巷道的快速掘進(jìn)、小斷面切割天井一次成井，通過采用乳化炸藥和非電導(dǎo)爆起爆系統(tǒng)、間隔裝藥、VCR深孔掏槽等技術(shù)，使單采場生產(chǎn)能力達(dá)到1 000 t/d,采礦貧化率小于8%，對于類似礦山開采有一定的參考價值。

大直徑深孔嗣后充填法 露天開采 非電導(dǎo)爆起爆系統(tǒng) VCR深孔掏槽

紫金山銅礦屬大型斑巖銅礦床，以多個礦化富集體為中心，呈現(xiàn)漸變關(guān)系，即逐步過渡為低品位礦體和含銅廢石，礦體與圍巖界線不清，銅礦體厚大、穩(wěn)固，且地下與露天同時開采。針對上述采礦條件，參照國內(nèi)外類似礦山的先進(jìn)經(jīng)驗，確定使用大直徑深孔嗣后充填采礦法，同時采用一系列大型化設(shè)備及間隔裝藥、VCR深孔掏槽等技術(shù)，充分發(fā)揮設(shè)備優(yōu)勢，以期提高施工效率、降低施工成本，為國內(nèi)類似礦山開采提供參考。

1 開采技術(shù)條件

1.1 開采范圍與順序

(1)開采范圍。根據(jù)礦床地質(zhì)勘探程度和工業(yè)礦體的分布特征，結(jié)合上部露采最終坑底標(biāo)高，確定開采礦帶為位于紫金山礦區(qū)西北礦段0#礦帶下盤南西側(cè)的Ⅺ#礦帶，主要開采對象為Ⅺ#礦帶的3#、4#、1#主礦體。礦床工程地質(zhì)條件屬堅硬、半堅硬塊狀巖類為主、局部夾薄層軟弱巖石的簡單類型。+100～-100 m水平的銅礦床主要埋藏于潛水面以下的原生帶中，裂隙發(fā)育程度較弱。銅礦體與頂?shù)装鍑鷰r性質(zhì)一致，主要為中—細(xì)?；◢弾r，次為隱爆角礫巖和少量英安玢巖，礦巖穩(wěn)定性好、抗壓強度高，礦石自然類型主要為原生礦，不結(jié)塊、不自燃，地表允許陷落。

(2)開采順序。由于礦體下部品位高于上部，故先采下部礦石，有助于充填接頂和提高礦山投產(chǎn)初期的經(jīng)濟效益，也便于利用上部掘進(jìn)廢石充填下部采空區(qū)。開采順序為垂高方向由下中段向上中段回采[1]。相鄰2個中段同時回采時，禁止在上下對應(yīng)的采場同時回采，同一中段內(nèi)按隔二采一的方式先采礦房后采礦柱，沿走向由東向西后退式開采。

1.2 采礦方法選擇

根據(jù)紫金山銅礦深部開采礦體的地質(zhì)特征，確定采用分礦房礦柱兩步驟回采的大直徑深孔嗣后充填采礦法。該方法不僅適合該礦床的開采技術(shù)條件，同時由于采用嗣后充填采礦工藝，也可大大降低采充之間的相互影響程度，工藝相對簡單，成本亦較低，鑿巖出礦安全高效、采場能力大，有利于礦山實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)[2-4]。

2 大直徑深孔嗣后充填采礦法

2.1 礦塊布置

采場長軸垂直于礦體走向布置，分礦房、礦柱兩步驟回采，寬度均為15 m。一步驟回采時沿礦房高度50 m內(nèi)劃分為鑿巖水平和出礦水平，在鑿巖進(jìn)路內(nèi)鑿上向扇形孔，以切割巷中間拉切割槽為自由面逐排爆破，集中于-100 m水平通過裝礦進(jìn)路出礦，礦房礦石出完后，立即進(jìn)行充填，待充填體達(dá)到要求強度后方可進(jìn)行二步驟礦柱回采，礦塊參數(shù)見表1。

表1 礦塊參數(shù)

2.2 采切工程

采切工程主要包括階段運輸平巷、裝礦進(jìn)路、拉底巷道、鑿巖硐室、切割天井及鑿巖巷道。其中，階段運輸平巷、裝礦進(jìn)路、拉底巷道、鑿巖巷道規(guī)格均為3.8 m×3.6 m。在礦塊中上部鑿巖水平無軌巷道沿礦房、礦柱中央向采場長軸方向各掘1條鑿巖巷道，通達(dá)鑿巖硐室邊界并掘通鑿巖水平回風(fēng)道，再以鑿巖巷道為自由面擴幫切采，即可分別形成礦房、礦柱的鑿巖硐室，規(guī)格為16 m×4.0 m。-100 m 水平為出礦水平，出礦使用Toro-400E遙控鏟運機裝入井下MT2010型卡車內(nèi)，沿運輸平巷運至中段1#、2#礦石溜井內(nèi)，經(jīng)-150 m中段破碎后由245斜坡道帶式皮帶運輸機運至地表。切割天井規(guī)格為2 m×2 m，布置于拉底巷道中部以更好地獲得爆破自由面。使用AT-1500天井鉆機由-50 m中段往-100 m 中段掘進(jìn)并一次成井，再以中深孔擴幫爆破的方式形成平底拉底空間，待上中段對應(yīng)采場回采時，下部礦塊上端的鑿巖硐室又轉(zhuǎn)為上部采場的拉底空間。大直徑深孔嗣后充填采礦法采切工程布置見圖1，采切巷道工程相關(guān)參數(shù)見表2。

圖1 采切工程布置示意(單位：m)

表2 采切巷道參數(shù)

2.3 采場布孔

2.3.1 采場大孔布置

鑿巖設(shè)備采用國產(chǎn)KQG-150高風(fēng)壓潛孔鉆機，采用潛孔沖出作業(yè)方式，向下鉆鑿垂直深孔。采場鑿巖進(jìn)路垂直于礦體走向布置，垂高方向由下中段向上中段回采，同一中段內(nèi)按隔三采一的方式先采礦房后采礦柱，沿走向由東向西后退式開采[2]。在中段采場鑿巖硐室內(nèi)使用中深孔鉆機以(2.7～3.0)m×(2.5～3.0)m的網(wǎng)度鑿下向垂直深孔。炮孔直徑165 mm，采場炮孔一次鑿?fù)辏弾r效率35 m/臺班。礦房大孔布置見圖2。

2.3.2 采場中孔布置

鑿巖采用國產(chǎn)T-100鉆機，在分段鑿巖巷道中平行切割槽鑿上向扇形中深孔，排距1.5 m，孔底距1.5～2.0 m，孔徑64 mm。礦房中孔平面布置見圖3，潛孔鉆機參數(shù)見表3。

2.4 采場爆破

大直徑深孔采用乳化油炸藥和非電導(dǎo)爆起爆系統(tǒng)，間隔裝藥，VCR深孔掏槽，由下而上梯段式分段側(cè)向崩礦；中深孔爆破用粒狀銨油炸藥，人工或裝藥器裝藥，非電導(dǎo)爆系統(tǒng)起爆，每次爆2～3排孔，可多分段同時側(cè)向崩礦，并使爆破后形成垂直式正梯級工作面。大直徑深孔采礦法的爆破方式采用VCR法掏槽-分段側(cè)向爆破方法。VCR法爆破即下向倒漏斗爆破，一般采用高密度、高威力、高爆速、低感度的炸藥，以球形藥包自下而上分層爆破。崩礦順序：采用VCR法爆破形成豎向切割槽，以切割槽和切割天井為自由面，進(jìn)行分段側(cè)向崩礦，通過控制側(cè)向崩礦的分段調(diào)試和崩礦步距控制爆破規(guī)模?；夭杀缆涞牡V石通過采場底部的集礦塹溝溜至出礦進(jìn)路，采用遙控鏟運機將礦石運出?；夭煞謨刹竭M(jìn)行，第一步回采礦房(隔三采一)，充填后再回采礦柱。

圖2 礦房大孔平面布置示意(單位：m)

圖3 礦房中孔平面布置

表3 潛孔鉆機主要參數(shù)

2.5 充填系統(tǒng)

(1)充填工藝。采場回采完畢并大量放礦結(jié)束后，立即進(jìn)行充填準(zhǔn)備工作。設(shè)計采取一次用分級尾砂膠結(jié)充填。為便于充填體內(nèi)掘砌出礦假巷，空區(qū)頂?shù)撞扛骷s5～6 m高的地段采用灰砂比為1∶4，其余地段灰砂比取1∶10。待兩面或三面礦房采完用分級尾砂膠結(jié)充填完畢并經(jīng)養(yǎng)護(hù)達(dá)到強度要求后，采用回采礦房的方式回采礦柱；充填用分級尾砂或坑內(nèi)廢石非膠結(jié)充填的方式，僅在頂?shù)撞扛鞲呒s6 m的地段采用灰砂比為1∶4進(jìn)行膠結(jié)充填。通過制成濃度為71%～72%連續(xù)穩(wěn)定的膠結(jié)料漿，流入充填管道后經(jīng)鉆孔→+330 m充填硐室→+330 m 第二平硐→充填進(jìn)風(fēng)井→空區(qū)上部中段(前期為0 m 中段)→空區(qū)充填，另外，在充填各類空區(qū)前，均需設(shè)置即可泄水又具有一定強度的隔離墻封閉待充填空區(qū)。

(2)充填料制備站的生產(chǎn)能力。礦山日需充填砂漿最大量為5 647 m3，每天充填時間按16 h計算，需要的充填料制備能力為353 m3/h，考慮到備用和采充不平衡等情況，共設(shè)5套75 m3/h的充填料制備系統(tǒng)，正常充填時3套系統(tǒng)同時工作，日平均工作時間為12 h，充填作業(yè)日時5套系統(tǒng)同時工作，日平均工作時間為15 h。

(3)充填砂漿制備。充填攪拌站內(nèi)共設(shè)5套相同但相互獨立的充填砂漿制備系統(tǒng)。選廠尾砂經(jīng)分級后，以50%的濃度輸送至充填攪拌站的立式砂倉內(nèi)儲存。站內(nèi)共設(shè)5座直徑10 m，總高度28 m，有效容積1 200 m3的立式砂倉，每座砂倉可儲存1 462 t 全尾砂，5座砂倉共儲存7 310 t尾砂，立式砂倉儲存飽和分級尾砂濃度按70%計算。充填料制備站設(shè)有5座水泥倉，每套充填系統(tǒng)設(shè)1座立式水泥倉，水泥倉直徑5 m，總高度16 m，5座水泥倉的總儲存量720 t。水泥通過倉下的1臺φ250 mm×2 500 cm雙管螺旋輸送機給攪拌槽喂料。充填作業(yè)時，從立式砂倉底部放出的分級尾砂漿，按配比要求加入水泥，經(jīng)φ2 000 mm×2 100 mm高濃度攪拌槽攪拌后自流輸送到井下采空區(qū)，制備的膠結(jié)充填砂漿濃度為71%。

2.6 應(yīng)用效果

大直徑深孔嗣后充填采礦法在該礦山的應(yīng)用不僅使大型無軌設(shè)備的工作效率得到了充分發(fā)揮，而且大大改善了采礦作業(yè)環(huán)境，降低了采礦勞動強度和采準(zhǔn)工作量，超額完成了生產(chǎn)指標(biāo)，固體廢棄物充填也改善了礦山環(huán)境，且最大程度降低了采礦成本，取得了顯著的社會經(jīng)濟效益。礦房塹溝集礦雙側(cè)進(jìn)路出礦的底部結(jié)構(gòu)與井下卡車和遙控鏟運機相配合的出礦系統(tǒng)實現(xiàn)了高效率出礦，相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表4。

表4 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

3 結(jié) 語

針對紫金山金銅礦礦體、圍巖特征以及開采條件，采用大直徑深孔嗣后充填法進(jìn)行開采，應(yīng)用結(jié)果表明：該方法實現(xiàn)了對穩(wěn)固、厚大且品位較低礦體的高效開采，有一定的推廣應(yīng)用價值。

[1] 《采礦手冊》編輯委員會.采礦手冊：第2卷[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

[2] 田舉博，蔡 蓓.分段礦房嗣后充填法在李樓鐵礦的應(yīng)用[J].金屬礦山，2012(6)：19-21.

[3] 韓 斌，吳建勛，王 鵬，等.大直徑深孔崩礦嗣后充填采礦法的應(yīng)用研究[J].金屬礦山，2014(6)：16-20.

[4] 劉勝恩.大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦法的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(4)：215-216.

·記者在線·

福建簡化礦業(yè)權(quán)審批程序

福建省國土資源廳近日下發(fā)通知：為進(jìn)一步簡化礦業(yè)權(quán)審批程序、減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)，自2016年3月1日起，《礦山礦產(chǎn)資源開發(fā)利用方案》、《地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)方案》、《土地復(fù)墾方案》合并編制、評審和實施。

福建廳明確，3個方案合并編制，作為三大章節(jié)統(tǒng)一在同一份報告中，報告名稱統(tǒng)一為《xx礦山礦產(chǎn)資源開發(fā)利用、地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)、土地復(fù)墾方案》。建筑石料礦山地質(zhì)報告與3個方案合并編制，原地質(zhì)報告及3個方案內(nèi)容分別作為報告的四個章節(jié)，報告名稱統(tǒng)一為《xx礦山地質(zhì)報告及礦產(chǎn)資源開發(fā)利用、地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)、土地復(fù)墾方案》。地?zé)?、礦泉水礦山只需編制礦產(chǎn)開發(fā)利用方案章節(jié)。

2015-08-05)

吳國昌(1976—)，男，工程師，364200 福建省上杭縣臨江鎮(zhèn)人民路163號。