機械化上向中深孔分層充填法在某銅礦的試驗

王 耀 成 涌 余仁兵 周科禮 熊國雄

(湖北大冶有色金屬集團控股有限公司)

機械化上向中深孔分層充填法在某銅礦的試驗

王 耀 成 涌 余仁兵 周科禮 熊國雄

(湖北大冶有色金屬集團控股有限公司)

某銅礦因傳統(tǒng)的氣腿式鑿巖機采礦效率低下，不能滿足礦山生產(chǎn)規(guī)模提升的需要，引進K41X鑿巖臺車進行機械化上向中深孔分層充填法工藝試驗，以逐步取代傳統(tǒng)上向水平分層充填采礦法工藝。3個試驗采場3個月共回采礦石約2.4萬t，對比得出，機械化上向中深孔采礦法的采礦效率比傳統(tǒng)上向水平分層充填法提高了近3倍，高效、安全，適合在礦山推廣應(yīng)用。

鑿巖臺車 中深孔爆破 上向水平分層充填法

某銅礦生產(chǎn)規(guī)模約130萬t/a，前期生產(chǎn)采用露天地下聯(lián)合開采，隨著生產(chǎn)的不斷進行，露天礦基本停止，為了穩(wěn)定礦山的生產(chǎn)，礦山逐步依靠地采補充產(chǎn)量。目前，采用的采礦方法主要有上向水平分層充填法、VCR法、上向進路充填法，在井下礦石回采比率分別為80%，10%，10%，機械化程度低，回采效率低。占有絕對生產(chǎn)比重的上向水平分層充填法采用傳統(tǒng)氣腿鑿巖機，鑿巖爆破效率太低，面對礦山逐年產(chǎn)量計劃的提升以及人工成本的增加，礦山必須引進新型設(shè)備、改進采礦方法以適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要。

1 開采技術(shù)條件

某銅礦屬于矽卡巖型礦山，目前，井下開采的主要有Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅺ#礦體，設(shè)計中段高度為60 m，劃分為4個分段，分段高13 m，底柱高8 m，采用采準斜坡道連接。3個礦體平均厚30 m左右，礦體穩(wěn)固系數(shù)f=8～10。礦石含銅品位約1%，伴生有金、銀、鐵等多種有用金屬成分，礦石品質(zhì)好。礦體傾角為70°～80°，礦體上盤巖石主要為火成巖，巖體穩(wěn)固系數(shù)f=6～8，下盤巖石主要為大理巖，巖體穩(wěn)固系數(shù)f=10～12。礦體節(jié)理裂隙中等發(fā)育，含水量少?？傮w來說，礦山巖體屬于不穩(wěn)固～中等穩(wěn)固，礦石開采難度中等，Ⅲ#較Ⅳ#、Ⅺ#礦體厚大、穩(wěn)固。

2 機械化上向中深孔分層充填法試驗

2.1 試驗?zāi)康?/p>

(1)選擇最優(yōu)的爆破孔網(wǎng)參數(shù)，控制采場的大塊率，便于鏟裝。

(2)選擇每分層鑿巖最優(yōu)的高度，便于地壓管理和控制。

(3)實現(xiàn)中深孔爆破一次性換段，給換段帶來便利。

2.2 試驗采場選擇與結(jié)構(gòu)參數(shù)

Ⅳ#礦體巖石穩(wěn)固性差，選擇Ⅲ#礦體采場作為試驗采場，Ⅲ#礦體厚40～50 m，一般機械化上向中深孔鑿巖深度為4～7 m，采場內(nèi)拉底高度為3 m左右，回采完畢、礦石搬運后，采場內(nèi)的空高達7～10 m，屬于空場嗣后充填[1]。綜上，試驗采場選擇應(yīng)從適應(yīng)空場采礦法的角度考慮。

經(jīng)過分析討論，選擇-485 m中段9306、9313、9308采場，且均為礦房采場，各個試驗采場參數(shù)：礦塊采用垂直走向布置，礦塊長度即為礦體厚度，根據(jù)礦體巖性，設(shè)計9306采場寬10 m，9313與9306采場寬8 m，采場切割拉底后高度為3 m。

2.3 切割工程

一分段施工從采場進路掘進，見上盤廢石后停掘，然后開幫切割到設(shè)計寬度；四分段施工從采場進路掘進，見上盤廢石后停掘，接著從掌子面開始后退開幫壓頂，形成10 m×4 m×3.4 m(長×寬×高)硐室，然后采用simba 261鑿巖臺車施工5個直徑為165 mm、深約36 m的孔，再用擴孔鉆頭擴為310 mm。

2.4 回采工藝

2.4.1 中深孔布置

鑿巖孔網(wǎng)參數(shù)如下：

(1)9306采場鑿巖孔深4 m，槽區(qū)孔深4.5 m，鑿巖孔徑為60 mm，采場孔網(wǎng)參數(shù)為1.5 m×1.5 m，邊孔參數(shù)為1 m×1 m。

(2)9313采場第一分層采用人工回采3 m，然后充填3 m，留3 m高，二分段底板至采場頂板厚7 m，同時施工二分段聯(lián)絡(luò)道，聯(lián)絡(luò)道下插10%坡度，聯(lián)絡(luò)道水平長度為25 m。該采場計劃鑿巖孔深6.5 m，槽區(qū)孔深7 m，鑿巖孔徑為60 mm,采場孔網(wǎng)參數(shù)為1.8 m×1.8 m, 邊孔參數(shù)為0.9 m×0.9 m。

(3)9308采場鑿巖孔深5.5 m，槽區(qū)孔深6 m，鑿巖孔徑為60 mm，采場孔網(wǎng)參數(shù)為1.5 m×1.5 m，邊孔參數(shù)為0.75 m×0.75 m。

(4)試驗采場切割槽區(qū)中心孔距為0.5 m×0.5 m，周邊孔依次向外延伸0.6，0.9 m，向中心孔傾斜約83°，切割槽區(qū)正?？组g排距為1 m×1 m。炮孔平面布置示意見圖1。

圖1 炮孔平面布置示意

2.4.2 鑿 巖

K41X鑿巖臺車采用高壓水沖刷，沒有粉塵，實現(xiàn)了清潔鑿巖。鑿巖臺車操作簡單，人工接桿的單桿長度約0.915 m，根據(jù)回采高度設(shè)計接桿數(shù)目，每天鑿巖達到300 m以上，與氣腿式鑿巖機效率相比，高出3倍以上。

2.4.3 裝 藥

選用改性銨油炸藥，裝藥前，向炸藥內(nèi)兌少量水以增加炸藥的流動性；裝藥時，先用防靜電膠管將起爆具(含雷管與導(dǎo)爆索)一起送入孔底，然后利用風(fēng)動裝藥器將改性銨油炸藥輸送至孔內(nèi)，孔口預(yù)留0.5～0.8 m的堵塞長度，但裝藥過程中粉塵較大，炸藥有一定的返粉，必須采取降塵措施。裝藥結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

2.4.4 爆破順序

機械化上向中深孔爆破回采一般分3～4次爆破，先爆破掏槽區(qū)，側(cè)崩區(qū)分2～3次爆破。掏槽區(qū)起爆一般采用由內(nèi)向外環(huán)形起爆順序；側(cè)崩時，采用同排先中間孔后邊孔的梯形起爆順序[2]。采場與炮孔縱剖面見圖3。

圖3 采場與炮孔縱剖面

2.5 通風(fēng)及出礦

新鮮風(fēng)流經(jīng)副井流入，經(jīng)采準斜坡道、分段平巷、采場進路進入采場，污風(fēng)經(jīng)采場內(nèi)的5條φ310 mm鉆孔流出，通風(fēng)條件良好；待崩礦結(jié)束后，處理頂板浮石，局部需要支護的區(qū)域采取相應(yīng)支護方式，確保頂板安全；采用WJD-2電動鏟運機出礦。

2.6 充 填

上向水平分層充填法一步驟礦房采用全膠結(jié)尾砂充填，尾砂膠結(jié)鋪面；二步驟礦柱回采時，采用全尾砂充填，尾砂膠結(jié)鋪面[3]。充填時，尾砂濃度在68%以上，全膠結(jié)充填灰砂比為1∶8，尾砂膠結(jié)鋪面時，鋪面厚0.5 m，灰砂比為1∶4。充填體28 d強度達到2 MPa以上，滿足采礦強度。

3 試驗效果分析

(1)9306采場爆破后，頂板和兩幫較平整，采場內(nèi)幾乎無大塊，頂板浮石較易處理，炮孔孔茬很淺。

(2)9313采場爆破后頂板不平整，崩下礦石塊度較大，鏟裝不方便，很多進行了二次改炮，頂板炮茬較深，且爆破完后，頂板寬度縮減到6.5 m左右,出完礦后，空高達到了10 m，采場兩幫處理困難。

(3)9308采場爆破完后，頂板較平整，采場內(nèi)無大塊，頂板炮茬較淺，易處理。

(4)3個試驗采場爆破完后有共同的缺點：最后一次側(cè)向爆破，因抵抗線在前方，所崩落的礦石全部拋向前方，導(dǎo)致本區(qū)域內(nèi)無墊底礦石，采場聯(lián)絡(luò)道口空高過高，頂板浮石處理困難。下一階段試驗過程中，改進最后3排孔鑿巖角度及起爆順序，即最后3排由原來垂直孔改為傾斜孔，同段起爆。

(5)試驗采場爆破過程中，局部區(qū)域滴水導(dǎo)致銨油炸藥失效，出現(xiàn)了雷管與導(dǎo)爆索響而炸藥未爆的現(xiàn)象，以后在有水區(qū)域改防水炸藥。

(6)從現(xiàn)場可以看出，爆破對巖體破壞面積僅存在孔徑的很小范圍內(nèi)，爆破能量主要作用在崩落下的巖石上，爆破對頂板的破壞面積較小。

(7)9313采場因巖體完整性優(yōu)于其他2個采場，頂板有斷裂的局部區(qū)域采用錨桿支護以控制頂板，鏟礦前對邊幫上部有斷裂的位置提前用錨桿支護，邊幫中部邊鏟礦邊處理掛落浮石；9306采場和9308采場巖石較破碎，頂板采用錨桿與掛網(wǎng)聯(lián)合支護以控制頂板。

(8)9306，9308采場崩落下礦石塊度大小基本上都是60 cm×60 cm，塊度較小，鏟裝方便；9313采場崩落下礦石塊度大部分都為200 cm×100 cm，塊度偏大，鏟裝不方便，需要二次破碎。

4 結(jié) 論

(1)試驗選擇1.5 m×1.5 m爆破參數(shù)能夠滿足生產(chǎn)爆破要求，從現(xiàn)場爆破礦石塊度看，可以優(yōu)化增大孔網(wǎng)參數(shù)，但最大不能超過1.7 m×1.7 m。

(2)試驗表明，孔越深，采場斷面越小，巖石爆破夾制越大，越不利于爆破[4]；同時也表明，機械化上向中深孔爆破對采場頂板作用面積小，采場頂板破壞程度較小。

(3)從幾個采場試驗回采高度來看，抬高第一分層的回采高度，降低換段高度，對采場地壓管理是有利的；采場兩幫可以人工控制和處理。

(4)機械化上向中深孔分層充填法本質(zhì)是先空場后充填，因此，要求采場有一定的自穩(wěn)性，適合巖石中等穩(wěn)固以上的采場；機械化中深孔分層充填法比普通氣腿鑿巖機上向水平分層充填法效率提高近3倍以上，大幅度提高了勞動效率，改善了勞動強度和作業(yè)環(huán)境，適合在礦山推廣應(yīng)用。

[1] 張世雄.固體礦物資源開發(fā)工程[M]．武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2005.

[2] 解世俊.采礦手冊：第四卷[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[3] 王 耀，任高峰，劉 涓，等.全尾砂膠結(jié)充填工藝在銅綠山礦生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2010(2)：106-107.

[4] 劉殿忠，楊仕春.工程爆破實用手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

2015-03-22)

王 耀(1982—)，男，主任，工程師，碩士，435000 湖北省黃石市。