盤區(qū)機(jī)械化上向中深孔高分層充填法在銅綠山礦的應(yīng)用

成 涌，戴宏輝，周科禮，熊國雄，史秀志，邱賢陽

(1.大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司， 湖北黃石市 435500；2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院， 湖南長沙 410083)

盤區(qū)機(jī)械化上向中深孔高分層充填法在銅綠山礦的應(yīng)用

成 涌1，戴宏輝1，周科禮1，熊國雄1，史秀志2，邱賢陽2

(1.大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司， 湖北黃石市 435500；2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院， 湖南長沙 410083)

針對(duì)銅綠山礦深部開采面臨的礦巖穩(wěn)固性變差、礦體開采技術(shù)條件差等難題，試驗(yàn)研究盤區(qū)機(jī)械化上向中深孔高分層充填法。該采礦方法鑿巖、裝藥爆破、出礦等均采用機(jī)械化配套設(shè)備，12m的高分段采用2個(gè)高分層回采。經(jīng)多現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，該采礦方法采礦效率高、采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力大、綜合勞動(dòng)強(qiáng)度小、采場(chǎng)作業(yè)較安全，已經(jīng)在銅綠山礦得到了大規(guī)模推廣應(yīng)用。

盤區(qū)機(jī)械化上向分層充填法；采場(chǎng)結(jié)構(gòu)；回采工藝；深部礦體

0 前 言

目前，銅綠山已全面進(jìn)入深部開采，不僅面臨深井“三高一擾動(dòng)”的惡劣環(huán)境，而且深部礦體和上部中段相比有較大的變化，厚大礦體所占比例縮小很多，礦體傾角變化大，分支復(fù)合現(xiàn)象普遍，礦巖穩(wěn)固性變差。目前礦山主要使用上向分層充填法，該采礦方法采用氣腿鑿巖、人工裝藥爆破，生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，且人員暴露在空?qǐng)鱿伦鳂I(yè)，安全性差。為確保深部資源安全高效回采，保持礦山生產(chǎn)的連續(xù)性，銅綠山礦于2014年開始在普通上向分層充填法的基礎(chǔ)上成功試驗(yàn)盤區(qū)機(jī)械化上向中深孔高分層充填法。該采礦方法的鑿巖、裝藥爆破、出礦等工藝均采用機(jī)械化配套設(shè)備，12m的高分段采用2個(gè)高分層回采，大大提高了采礦采場(chǎng)生產(chǎn)效率和作業(yè)安全性。

1 深部礦體開采技術(shù)條件

根據(jù)銅綠山礦目前的開采情況，深部礦體開采主要位于6＃～9?？碧骄€之間[1]，礦體總長約1000m，主礦體為Ⅲ、Ⅳ號(hào)礦體，約占總礦量的80%。其中，Ⅲ號(hào)礦體位于0～13勘線之間，長約350～400m，傾角50°～80°，一般厚度為5～25m，最大厚度達(dá)120m；Ⅳ礦體主要為銅鐵礦石，還有少量單銅礦石及鐵礦石，礦體呈長條狀，剖面上呈似層狀。礦床水文地質(zhì)屬于以溶洞為主，頂?shù)装逯苯舆M(jìn)水，水文地質(zhì)條件中等至復(fù)雜。礦體項(xiàng)板圍巖在15線為矽卡巖及大理巖，19～29線為大理巖或白云質(zhì)大理巖，底板為花崗閃長斑巖，均屬堅(jiān)固巖石，Ⅳ號(hào)礦體圍巖穩(wěn)定性強(qiáng)于Ⅲ號(hào)礦體。

2 采礦方法

2.1 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

礦體厚度較大時(shí)，采場(chǎng)垂直走向布置，階段高度60m，采場(chǎng)長度為礦體厚度，寬度為8～12m，底柱高度12m，分段高度12～13m，每個(gè)分段分成2個(gè)分層回采，第一分層回采高度3.0～5.0m，第二分層回采高度5.0～6.0m，回采由下往上進(jìn)行，分礦房、間柱兩步驟回采。

2.2 采準(zhǔn)切割

斜坡道布置在礦體下盤，采掘人員和設(shè)備由斜坡道通過分段平巷聯(lián)絡(luò)道進(jìn)到分段平巷中，從分段平巷中掘進(jìn)路進(jìn)入采場(chǎng)，每個(gè)采場(chǎng)布置一個(gè)天井，用于通風(fēng)和掏槽自由面，如圖1所示。第一分層回采時(shí)，施工一條切割巷，并拉寬到采場(chǎng)寬度，形成3.0m的補(bǔ)償空間和鑿巖設(shè)備作業(yè)空間。分段平巷及彎道等巷道斷面3.2m×3.0m，分段聯(lián)絡(luò)道，分層聯(lián)絡(luò)道，等巷道斷面3.0m×3.0m，拉底巷3.0m×3.4m，回風(fēng)天井2m×2m。

2.3 回采工藝

(1)鑿巖。采用Boomer K41X型鑿巖臺(tái)車鉆鑿上向平行炮孔，孔徑51mm，第一分層孔深為3.0～5.0m，第二分層孔深5.0～6.0m，按梅花狀布孔，掏槽區(qū)孔網(wǎng)一般為1.0m×1.2m，側(cè)崩區(qū)孔距為1.3m～1.5m，排距為1.4～1.6m，為保證兩幫不受沖擊波的損害，礦房采場(chǎng)邊孔距離邊界0～0.4m，間柱采場(chǎng)邊孔距充填體0.6～0.8m，邊孔孔距0.5m，并每隔3～5m用水平臺(tái)車打一個(gè)仰角45°的邊幫控制孔。

(2)裝藥爆破。一個(gè)分層采場(chǎng)鑿巖后一次裝藥爆破。采用裝藥臺(tái)車裝填銨油炸藥，導(dǎo)爆索與起爆藥包一起裝入孔底，采用雙發(fā)雷管引爆，抵抗線1m，孔口裝填炮泥0.5m。由于采場(chǎng)空高較高，尤其第二分層最高空?qǐng)鲞_(dá)9m，為保護(hù)邊幫，邊孔采用不耦合裝藥或竹筒間隔裝藥。采用1～30段高精度毫秒雷管起爆炸藥，邊孔滯后一段起爆，整個(gè)爆破網(wǎng)絡(luò)采用導(dǎo)爆索與毫秒雷管非電復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò)起爆。

圖1 采礦方法示意圖

(3)頂板松石處理。一個(gè)分層采場(chǎng)爆破后，必須經(jīng)過足夠時(shí)間的通風(fēng)才能進(jìn)入采場(chǎng)進(jìn)行松石處理。人工在爆堆上從采場(chǎng)口由外向里處理頂板和邊幫松石，第二分層爆破后由上一分段的聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場(chǎng)處理松石，必要時(shí)進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)。每次作業(yè)前均需進(jìn)行松石處理，尤其注意礦石鏟出后露出邊幫的處理。

(4)出礦。確保頂板和邊幫安全后才能進(jìn)行出礦作業(yè)。采用EST－31/2型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)鏟裝礦石，運(yùn)往礦石溜井卸載。

(5)采場(chǎng)充填。采場(chǎng)分層出礦后進(jìn)行充填作業(yè)。礦房采場(chǎng)采用細(xì)砂膠結(jié)或尾砂膠結(jié)充填，間柱采場(chǎng)采用非膠結(jié)或尾砂膠結(jié)充填。充填高度為分層爆破高度，保留3.0m左右高度作為下分層爆破的補(bǔ)償空間和設(shè)備作業(yè)空間。待充填體達(dá)到強(qiáng)度后方可進(jìn)行下一分層的回采作業(yè)。

3 采礦方法關(guān)鍵技術(shù)

3.1 高陡邊幫控制

邊幫控制是本采礦工藝最為關(guān)鍵的作業(yè)。為提高生產(chǎn)效率，12m的高分段采用兩分層回采，第一分層采后空?qǐng)龈叨葹?m，第二分層采后空?qǐng)龈叨冗_(dá)9m，如果邊幫控制不佳，容易引起邊幫垮落，影響出礦、充填和下一分層的鑿巖作業(yè)，甚至可能出現(xiàn)大面積垮塌。因此，必須采取措施確保爆破后邊幫齊整。針對(duì)這一情況，采場(chǎng)爆破時(shí)邊孔采用光面爆破，邊孔孔距設(shè)計(jì)為0.5m，同時(shí)采用竹筒間隔裝藥，為施工方便，也可采取孔內(nèi)放置PVC管的不耦合裝藥，PVC管放置在邊幫一側(cè)，同時(shí)，邊孔滯后于中間孔起爆，確保邊孔自由面朝向采場(chǎng)中間，降低炸藥爆破對(duì)邊幫巖石的沖擊破壞。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，邊幫控制效果很好，從未出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象。

3.2 高分層換段爆破

第二分層爆破后，人員從上一分段的聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入礦堆上進(jìn)行頂板處理作業(yè)，因此該次爆破非常關(guān)鍵。首先必須確保聯(lián)絡(luò)道施工至超過采場(chǎng)邊界一定距離，并設(shè)計(jì)好聯(lián)絡(luò)道坡度、彎道角度，以便設(shè)備進(jìn)出方便。第二分層炮孔施工深度必須足夠，以便爆破后頂板高度高于聯(lián)絡(luò)道底板，確保第二分層爆破能炸穿上部聯(lián)絡(luò)道。由于上部提前施工好聯(lián)絡(luò)道，因此采場(chǎng)部分炮孔會(huì)打穿聯(lián)絡(luò)道，這給爆破帶來一定難度，該部分炮孔必須在上部聯(lián)絡(luò)道進(jìn)行堵塞，確保裝藥到位，同時(shí)確保聯(lián)絡(luò)道沒有水，以免對(duì)裝藥爆破施工造成困難，造成爆破事故。

3.3 高空?qǐng)鲰敯灏踩幚?/p>

分層采場(chǎng)爆破后，在礦堆上處理頂板松石，由于一次爆破面積大，且爆堆高度不均，尤其是側(cè)崩爆破區(qū)域，礦石往往向拉槽區(qū)域拋擲，造成采場(chǎng)口礦堆較矮，空高太高，這對(duì)頂板松石處理帶來一定困難。為克服這一難題，需通過改變起爆順序來解決礦堆高度不均的問題。采用如圖2的起爆順序，中間炮孔采用兩排同段爆破，且排間微差采用最短微差間隔，三段起爆后邊孔往中間爆破，減少礦石的拋擲。第二分層爆破后從上一分段的聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場(chǎng)處理頂板松石，采場(chǎng)與聯(lián)絡(luò)道接口處的炮孔先起爆，另一側(cè)的炮孔延后起爆，確保接口處爆堆高度足夠。由于炮孔施工深度控制不均，爆破后頂板容易出現(xiàn)凹凸不平的情況，必要時(shí)可用手持式鑿巖機(jī)施工一排水平孔，采用光面爆破將頂板切平，減少頂板松石處理難度，增加頂板穩(wěn)定性。

圖2 側(cè)崩區(qū)起爆順序示意

4 結(jié) 論

銅綠山礦深部礦體條件復(fù)雜，采用盤區(qū)機(jī)械化上向中深孔高分層充填法，該采礦工藝鉆鑿上向中深孔回采，鑿巖、裝藥爆破、出礦等工藝均采用機(jī)械化配套設(shè)備，12m的高分段采用2個(gè)高分層回采。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該采礦方法采礦效率高、采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力大、綜合勞動(dòng)強(qiáng)度小、采場(chǎng)作業(yè)較安全，已經(jīng)在銅綠山礦得到了大規(guī)模推廣應(yīng)用。

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2015-06-11)

成 涌(1967－)，男，湖北石首人，高級(jí)工程師，主要從事地下礦山采礦技術(shù)與安全管理方面的工作，Email:qiuxianyang_csu＠163.com。