濕式充填采礦法在武山銅礦的運(yùn)用

張明祥，黃鳳輝

（1.江西饒安工程咨詢有限公司，江西 上饒 334000；2浙江寶樹(shù)建設(shè)有限公司，浙江 溫州 325000）

武山銅礦從1966年開(kāi)始建設(shè)以來(lái)，現(xiàn)已發(fā)展為年處理礦量150萬(wàn)噸的大型銅礦。礦山歷史比較長(zhǎng)遠(yuǎn)，開(kāi)采深度日益加深，采礦條件不斷變化，同時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)對(duì)礦山開(kāi)采地質(zhì)環(huán)境影響要求的提高，采礦方法也在不斷改進(jìn)。為此，武山銅礦在采礦過(guò)程中，運(yùn)用了濕式充填采礦法采礦。

1 地質(zhì)概況

武山銅礦分北礦帶、南礦帶，探明可采金屬量?jī)?chǔ)量約30萬(wàn)噸，深部遠(yuǎn)景儲(chǔ)量巨大，目前正在進(jìn)行深部勘探，力爭(zhēng)近期再造一個(gè)武銅。

北礦帶東西走向，長(zhǎng)度達(dá)1600m多，平均厚度8m～15m，礦體傾角約45°～55°，礦體埋深達(dá)負(fù)800m。礦體以含銅黃鐵礦為主，礦石暴露久易氧化自燃，且有一定的粘性，不穩(wěn)固。深部以含銅碳酸鹽為主，平均含Cu為0.8%～1.1%,平均含S為11%，上部礦體品位較高,礦體伴生有金、銀、砷、碲等貴重或稀有元素，礦體下盤為穩(wěn)固的砂巖,上盤為碳酸鹽和高嶺土及鐵帽，不穩(wěn)固。

南礦帶礦體主要產(chǎn)于二迭至三迭系碳酸鹽地層與花崗閃長(zhǎng)斑巖接觸帶,礦體產(chǎn)狀受接觸帶控制。礦體中間為侵入巖大型巖株，礦體總體為一向南東傾斜的筒形，傾角60°～80°，平面上呈環(huán)形,主礦體展開(kāi)長(zhǎng)2150m，平均厚14m～18m。礦石類型主要為含銅矽卡巖，其次為含銅大理巖、含銅花崗閃長(zhǎng)斑巖等；圍巖主要為大理巖花崗閃長(zhǎng)斑巖、角巖、矽卡巖等。從礦體的工程地質(zhì)條件來(lái)看，含銅矽卡巖、含銅大理巖屬于不堅(jiān)固、半堅(jiān)固巖組，含銅花崗閃長(zhǎng)斑巖屬于不堅(jiān)固巖組；礦體上下盤圍巖中大理巖屬于堅(jiān)固巖組，花崗閃長(zhǎng)斑巖屬于半堅(jiān)固巖組，其余巖體易風(fēng)化，穩(wěn)固性差，易產(chǎn)生片幫、冒頂。

2 采礦方法選擇過(guò)程

武山銅礦從1966年開(kāi)始建設(shè)以來(lái)，北礦帶起初采用高分段崩落法，后改為低分段崩落法及分層崩落法，由于礦石易氧化自燃，給安全生產(chǎn)帶來(lái)了很大的隱患，也造成了很大的貧化損失。

1990年北京礦冶總院完成了北礦帶鋼筋混凝土假底下向進(jìn)路式水砂充填采礦方法的試驗(yàn)研究，1992年完成了南礦帶上向斜壁寬分條水砂充填采礦法試驗(yàn)，兩種采礦方法一直沿用至2005年。為了解決下向坑木支護(hù)問(wèn)題，2005年，在南礦帶W4盤區(qū)進(jìn)行下向進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦法度試驗(yàn)取得成功后于2006年開(kāi)始在北礦帶全面使用。

為提高單個(gè)采場(chǎng)的生產(chǎn)能力和根據(jù)二期擴(kuò)產(chǎn)工程的需要，礦山與相關(guān)研究單位合作，于1993～1998年在南礦帶-80m中段進(jìn)行了分段充填采礦法試驗(yàn)研究，2003年在-160m中段南礦帶S1盤區(qū)進(jìn)行了分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法采礦試驗(yàn)。均取得了階段性的試驗(yàn)結(jié)果。

目前，武山銅礦使用的采礦方法為北礦帶采用下向水平分層進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦法，南礦帶采用上向分層進(jìn)路式水砂充填采礦法、下向水平分層進(jìn)路式水砂充填采礦法和下向水平分層進(jìn)路式水砂膠結(jié)充填采礦法。

3 典型方案分析、改進(jìn)

3.1 下向水平分層進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦法

3.1.1 方案介紹

膠結(jié)充填是武山最主要的采礦方法，占65%，典型方案如圖所示：

①采準(zhǔn)：在中段的基礎(chǔ)上，共分五個(gè)分段，每個(gè)分段高10m；又在分段的基礎(chǔ)上，按3.5m的高度劃分層；在走向上每隔80m～100m劃分礦塊，每個(gè)礦塊掘一條穿脈與礦塊連通，在穿脈內(nèi)布置泄水井、溜礦井、材料硐室等；在分段聯(lián)道（穿脈）旁掘上山、下山與分層連通。②切割：穿脈揭露礦體后左右掘沿脈切割平巷。③回采：切割平巷到采界后，以4.0m的寬度劃分進(jìn)路，后退式逐條回采；電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦，倒入溜礦井?；夭蛇M(jìn)路的布置上下中段應(yīng)垂直或平行錯(cuò)層，改善充填體的受力狀態(tài)，以確保充填體的安全。④充填：回采過(guò)程中，采一充一。⑤通風(fēng)：采場(chǎng)內(nèi)以局扇通風(fēng)為主，污風(fēng)洗滌采場(chǎng)后由穿脈進(jìn)入泄水井等天井排到上中段回風(fēng)巷道。

3.1.2 方案分析

（1）采場(chǎng)內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)不完善，進(jìn)路回采基本上屬獨(dú)頭掘進(jìn)，充填過(guò)程中充填體硬化過(guò)程中產(chǎn)生大量水化熱，如通風(fēng)效果不好，必將導(dǎo)致采場(chǎng)空氣質(zhì)量差且溫度高，局扇通風(fēng)噪聲大，更惡化了采場(chǎng)工作環(huán)境。

圖1 采場(chǎng)內(nèi)通風(fēng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

（2）各采場(chǎng)無(wú)第二安全通道，使用充填法采礦，礦體穩(wěn)固性一般較差，單個(gè)采場(chǎng)只有一條穿脈與沿脈連通，不符全采場(chǎng)安全管理規(guī)范。

3.1.3 方案改進(jìn)

如果不想增加采準(zhǔn)工程，在充填體內(nèi)預(yù)埋金屬圓筒（φ1.2m）形成通風(fēng)天井和通風(fēng)聯(lián)道，在通風(fēng)天井中安裝人行梯，也可形成第二安全通道，詳見(jiàn)符圖。

3.2 下向水平分層進(jìn)路式水砂充填采礦法

3.2.1 方案介紹

下向水平分層進(jìn)路式水砂充填采礦法的工藝與膠結(jié)充填采礦法基本相同，只是充填工序增加了兩道工藝：①假底制作；②相鄰進(jìn)路搭設(shè)隔離墻。

3.2.2 方案分析

（1）采場(chǎng)內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)不完善和無(wú)第二安全通道。

（2）假底人工澆灌，質(zhì)量難保證，勞動(dòng)強(qiáng)度也大。

（3）進(jìn)路回采過(guò)程中用木支柱進(jìn)行頂板支護(hù)。

3.2.3 方案改進(jìn)

（1）采場(chǎng)內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)不完善和無(wú)第二安全通道，用膠結(jié)充填法的相同措施可解決。

（2）進(jìn)行假底受力分析，以簡(jiǎn)支梁模型計(jì)劃假底強(qiáng)度、厚度，以一定厚度的充填體代替人工澆灌假底，假底內(nèi)平面配筋改為梁式配筋，以增加假底安全系數(shù)，改進(jìn)之后，假底制作機(jī)械化程度大為提高，質(zhì)量也可靠。

（3）假底質(zhì)量提高了，進(jìn)路回采過(guò)程中可省去或少用坑木支護(hù)，降低噸礦木材消耗指標(biāo)。

3.3 上向分層進(jìn)路式水砂充填采礦法

3.3.1 方案介紹

上向水平分層進(jìn)路式水砂充填采礦法所占比例水不大，僅為10%，該方案工藝與下向水沙充填采礦法類似，不同之處是充填工序無(wú)須布筋，后續(xù)分層回采以充填體為平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)。

3.3.2 方案分析

（1）采場(chǎng)內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)不完善和無(wú)第二安全通道。

（2）選用上向分層進(jìn)路水沙充填法，礦體穩(wěn)固性相對(duì)較好，在實(shí)際運(yùn)用中，已演變?yōu)樯舷蚍謱铀俺涮畈傻V法，當(dāng)?shù)V房面積較大時(shí)留礦柱支撐待采后續(xù)分層，而且充填未接頂，點(diǎn)柱不回收，成為設(shè)計(jì)損失，該采礦方案逐漸在淘汰，原因是人工在礦房頂板下作業(yè)，安全得不到保障。

（3）后續(xù)分層回采是在充填體上作業(yè)，采下礦石堆積在充填體上，鏟車出礦后，每一分層殘留一層粉礦（約200mm厚），沒(méi)有回收。

3.3.3 方案改進(jìn)

（1）采場(chǎng)內(nèi)增加人行通風(fēng)天井，該天井也可作充填天井。中段穿脈揭穿礦體后，在穿脈內(nèi)靠圍巖上盤或下盤穩(wěn)定性較好的地段掘回風(fēng)人行天井，每一分層回采前與通風(fēng)人行天井貫通，充填前；作隔離墻封閉采場(chǎng)以防跑沙。

（2）嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工，充填時(shí)必須接頂，盡量不留礦柱，才能發(fā)揮該方案的優(yōu)越性。

（3）對(duì)于每一分層殘留一層粉礦（約200mm厚），目前沒(méi)有更經(jīng)濟(jì)的技術(shù)措施進(jìn)行回收，成為采下的永久損失，這也是該方案逐漸淘汰原因之一。

4 結(jié)束語(yǔ)

任何事物都是發(fā)展的，武山銅礦采礦方法也不例外，經(jīng)過(guò)一代又一代工程技術(shù)人員的摸索，所選擇的采礦方法逐步完善，高效。當(dāng)然，今天比較先進(jìn)的采礦方法，隨著科技進(jìn)步，有可能失去它的先進(jìn)性。武山采礦向深部挺進(jìn)，采礦方法將隨著礦巖性質(zhì)的變化而變化，到那時(shí)，武山銅礦建設(shè)者們將會(huì)發(fā)揮聰明才智，選擇更為科學(xué)合理高效的采礦方法。