不穩(wěn)固圍巖傾斜礦體安全開采工藝技術(shù)試驗(yàn)研究

蘇廣宇，楊正松

(1.銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司安慶銅礦，安徽 安慶246131；2.礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160)

安慶銅礦為大型銅鐵采選礦山，資源豐富，已探明礦體主要由1#、2#、3#礦體組成[1]。其中2#礦體為主礦體，屬矽卡巖型銅鐵礦床，賦存在F1、F6斷層之間。礦體走向長420 m，傾角35°～60°，最大厚度為60～65 m，最小4～5 m，平均20 m左右。2#礦體原采用上向扇形中深孔分段空場嗣后充填法回采，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為500 t/d，但受礦體、圍巖穩(wěn)定性較差及采場結(jié)構(gòu)參數(shù)不合理等因素的影響，實(shí)際生產(chǎn)規(guī)模僅能達(dá)到設(shè)計(jì)能力的60%～70%；且在回采2#-4、2#-5、2#-6采場期間，圍巖均出現(xiàn)了較大范圍垮落，造成礦石嚴(yán)重貧化。

2#礦體礦巖穩(wěn)固性差給安全、低損失貧化開采帶來了問題，影響了采場生產(chǎn)能力的提高[2-3]。解決2#礦體開采技術(shù)難題，對確保礦山持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有重要的意義。為此，安慶銅礦開展了不穩(wěn)固圍巖傾斜礦體高效安全開采工藝技術(shù)研究[4-6]，并在2#礦體-400～-460 m段選擇礦塊進(jìn)行了采礦工業(yè)試驗(yàn)。

1 開采技術(shù)條件

2#礦體礦石類型為矽卡巖含銅和鐵銅，上盤圍巖主要為矽卡巖、閃長巖，下盤圍巖為大理巖，礦巖中等穩(wěn)固。V勘探線處礦體傾角為43°，平均厚度為30 m。從2#礦體已開采采場觀察，巖體中節(jié)理、裂隙等構(gòu)造較發(fā)育，局部穩(wěn)固性較差。

2 試驗(yàn)采場選擇

試驗(yàn)采場(編號2#-16)位于2#礦體中部，-400～-460 m區(qū)域ⅥE以東。相臨側(cè)8#采場已膠結(jié)充填結(jié)束，14#采場正在爆破；西側(cè)7#采場正在膠結(jié)充填，上部18#采場正在出礦。

試驗(yàn)采場沿礦體走向?qū)?2 m，又劃分為東、中、西三個(gè)采場(圖1)，其中東采場寬15 m，中采場寬9.5 m，西采場寬17.5 m。設(shè)計(jì)先以中采場為對象進(jìn)行采礦工業(yè)試驗(yàn)，-460 m出礦工程布置見圖2。

圖1 -400 m平面圖Fig.1 Planar graph of level -400 m

圖2 -460 m出礦工程布置圖Fig.2 Mining project layout of level -460 m

3 開采工藝方案

3.1 采準(zhǔn)工程

采場垂直礦體走向布置，寬9.5 m，長為礦體厚度。垂直方向自下向上劃分為三個(gè)分段，分別為-435 m水平、-415 m水平、-395 m水平，分段高度20 m。每個(gè)分段分別掘進(jìn)分段鑿巖平巷和分段切割橫巷，鑿巖平巷垂直礦體走向布置在采場中間部位，斷面規(guī)格3 m×3.5 m；切割橫巷沿礦體走向布置礦體上盤，斷面規(guī)格4 m×3.5 m。在-460 m水平從中段運(yùn)輸平巷掘進(jìn)出礦平巷通達(dá)上盤的通風(fēng)回風(fēng)巷，再從出礦平巷向采場底部拉底層掘進(jìn)采場出礦進(jìn)路，拉底層寬9.5 m、高3 m，長即為礦體水平厚度。出礦進(jìn)路間距為12～15 m，采場底部結(jié)構(gòu)為單側(cè)出礦平底結(jié)構(gòu)。鏟運(yùn)機(jī)出礦巷道和出礦進(jìn)路的斷面均為4 m×3.5 m。

根據(jù)采場和圍巖穩(wěn)定性計(jì)算分析，鑒于2#礦體部分已回采采場圍巖出現(xiàn)較大范圍垮落等情況，采用長錨索進(jìn)行護(hù)頂支護(hù)。在-400 m、-415 m、-435 m水平礦體上盤的切割巷道采用YQ-100型潛孔鉆機(jī)布置長錨索鉆孔，每個(gè)水平布置三排，每排5個(gè)，排距3.0～3.5 m?？咨?.0 m，每排鉆孔呈扇形均勻布置，鉆孔直徑為60～70 mm。

3.2 炮孔布置

炮孔鑿巖采用BA-100潛孔鉆機(jī)，鉆孔直徑為95～105 mm。深孔排線垂直采場走向平行展開，扇形下向深孔排間距為2.5 m，孔底距為2.2 m；切割槽區(qū)垂直深孔排間距為2 m，孔底距為2～2.3 m。下向扇形深孔布置見圖3。

3.3 回采出礦

使用小孔徑VCR法逐層爆破形成切割槽，每次掏槽高度為1.5～2 m，每層裝藥6 kg，堵塞長度為1.5 m。平行扇形下向深孔以切割槽為自由面進(jìn)行側(cè)向崩礦，炮孔采用“V”形連線以減小動態(tài)抵抗線。爆破時(shí)采用自下而上分段爆破，一次爆破高度等于分段高，最大單段裝藥量不超過270 kg以盡可能地降低爆破沖擊波對周邊充填體的影響。經(jīng)測定，爆破時(shí)作用在充填體界面上的最大動荷載為1.754 MPa，安全系數(shù)為1.23。下向扇形深孔爆破平均炸藥單耗0.39 kg/t。

階段出礦，-460 m作為出礦水平，采用ST型系列鏟運(yùn)機(jī)出礦。出礦完畢，試驗(yàn)采場為一步驟回采單元，采用尾砂膠結(jié)充填，以保證二步驟單元的順利回采；二步驟單元采用尾砂充填即可。采場縱剖面見圖4。

圖3 下向扇形深孔布置圖Fig.3 Layout of fan-shaped down deep holes

圖4 采場縱剖面Fig.4 Longitudinal plan of stope

3.4 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

試驗(yàn)采場采用小孔徑VCR法拉槽的深孔高分段采礦嗣后充填法，有效保證了采場穩(wěn)定，未出現(xiàn)圍巖垮落的情況，相較于原有中深孔分段空場嗣后充填法而言，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有很大的改善，具體經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比見表1。

表1 兩種采礦方法主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

4 結(jié)論

小孔徑VCR法拉槽的深孔高分段采礦嗣后充填法相較于大直徑深孔側(cè)向崩礦嗣后充填法，采礦損失、貧化率分別降低可以1.5%和2.0%以上；采切工程量比上向中深孔分段空場嗣后充填法減少10 m3/kt以上，而且達(dá)到了安全高效回采的目的，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。該高效安全開采技術(shù)的成功實(shí)施使得安慶銅礦2#礦體的生產(chǎn)能力大幅度提高，目前已達(dá)到了1 000 t/d左右，年生產(chǎn)能力達(dá)到30萬t/a以上。說明該方法適用于不穩(wěn)固圍巖傾斜礦體的開采，對同類型礦山具有很好的借鑒作用。