銅山口銅礦空場嗣后充填采礦法采場采切方案優(yōu)化

朱先艷

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅山口銅礦， 湖北 黃石市 435122)

銅山口銅礦露天開采于 1984年上半年正式投產(chǎn)[1]，至今已連續(xù)開采了近36 a，現(xiàn)為過渡期露天地下聯(lián)合開采。選礦車間經(jīng) 2018年更新改造球磨及浮選設(shè)備后，選礦回收率由原來的 79%提高到85%，實(shí)際采選礦處理能力由原來 1200 kt/a達(dá)到1300 kt/a，主產(chǎn)品為礦山銅[2]，年生產(chǎn)礦山銅 6500 t。

銅山口銅礦床是高—中溫?zé)嵋航佑|交代矽卡巖型、以銅金屬為主的大型礦床。礦石結(jié)構(gòu)主要有自形-半自形與他形粒狀結(jié)構(gòu)、交代與交代殘余結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)，其次還有網(wǎng)狀交代結(jié)構(gòu)、脈狀充填結(jié)構(gòu)及邊緣交代結(jié)構(gòu)等。具有星點(diǎn)浸染與細(xì)脈浸染狀、致密塊狀、網(wǎng)格及交錯(cuò)狀構(gòu)造。礦石、圍巖平均體重分別為2.96 t/m3、2.80 t/m3。主要礦物有黃銅礦、黃鐵礦、輝鉬礦；次要礦物有黝黃鐵、斑銅礦、磁黃鐵礦、白鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦；稀少礦物有藍(lán)銅、輝銅礦。成礦嚴(yán)格受接觸帶、層間構(gòu)造控制，礦體間互聯(lián)，形態(tài)比較復(fù)雜，分支復(fù)合、尖滅再現(xiàn)多。銅山口銅礦床水文地質(zhì)條件屬復(fù)雜類型，地表有一條流經(jīng)礦區(qū)的銅山口河，河水通過裂隙、斷層、溶洞直接通至地下，河水與地下水為互補(bǔ)關(guān)系，地表水能補(bǔ)給地下水。銅山口銅礦床工程地質(zhì)條件屬中等類型，圍巖巖性較復(fù)雜，礦體頂?shù)装宕罄韼r、巖漿巖、矽卡巖兼有，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，巖溶作用程度由中到強(qiáng)，蝕變強(qiáng)烈，礦體及圍巖巖石力學(xué)強(qiáng)度變化大，矽卡巖單軸抗壓強(qiáng)度范圍為1.3 MPa～201.9 MPa，巖漿巖為39.5 MPa～236 MPa，白云巖和大理巖為56.8 MPa～114.5 MPa。在礦區(qū)附近有2條縣級公路和316國道，交通十分方便，還有大量的良田需要保護(hù)。目前地表充填站有2套充填系統(tǒng)，分膠結(jié)、非膠結(jié)。每套有1個(gè)1000 m3立式砂倉，膠結(jié)充填系統(tǒng)有2個(gè)200 m3立式固結(jié)料倉，日最大充填量為1700 m3/d，最大充填倍線6.8。露天地下聯(lián)合開采時(shí)在-58 m至-100 m標(biāo)高之間的礦石被留作隔離保安礦柱；深部工程開采主要對象有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ號礦體[3]，采用主副井+輔助斜坡道聯(lián)合開拓方式[4]，采礦方法有沿走向、垂直走向的分段空場嗣后充填采礦法[5]、上向式水平分層充填采礦法?，F(xiàn)在生產(chǎn)中段有-100 m中段、-160 m中段、-220 m中段、-280 m中段。其中-100 m中段、-220 m中段為無軌副中段[6]，其余兩中段為有軌生產(chǎn)運(yùn)輸中段，-340 m中段、-400 m中段準(zhǔn)備地質(zhì)詳查。

-160 m中段N529采場位于北緣西邊，開采對象是Ⅰ礦體，礦房長度41.8 m，礦體在-142 m分段、-127 m分段、-112 m分段、-100 m中段水平厚度分別為28.7 m，12.55 m，8.3 m，9.2 m，在-142 m分段、-127 m分段夾石厚度分別為2 m，4.8 m，礦塊內(nèi)-112 m分段以上無夾石；礦體傾向SW28°，傾角55°～65°。上盤是花崗閃長斑巖f=6～8，下盤是大理巖f=10～12。矽卡巖含礦f=8～10，Cu地質(zhì)品位1.28%。銅山口銅礦始于2010年9月建設(shè)深部工程，2015年初投產(chǎn)。N529采場因在一、二分段礦體厚大，當(dāng)時(shí)地表充填系統(tǒng)還未建成，新建采場少，為早日完成投產(chǎn)任務(wù)，在-160 m中段N529采場生產(chǎn)探礦結(jié)束后，分上下盤2個(gè)礦塊進(jìn)行回采。先用上向式水平分層充填采礦法回采下盤斜三角形礦體，后用分段空場嗣后充填采礦法回采上盤礦體。用淺采回采靠下盤礦體，一分層用淺采方法從下盤掘拉底巷道，到頂后擴(kuò)幫拉底至設(shè)計(jì)位置，再挑頂高到3.5 m。拉底分層回采礦石8.16 kt，采空區(qū)暴露面積過大，約為700 m2，時(shí)間長頂板安全性會(huì)變差，所以必須盡早充填采空區(qū)。根據(jù)采場實(shí)際情況，分段空場嗣后充填采礦法生產(chǎn)能力大，能連續(xù)充填，決定用此采礦法先回采上盤礦體；待回采完上盤礦體后回采下盤礦體，下盤礦體作為殘采回收，其采礦方法為上向水平分層充填法。

1 第一分段采切方案初步預(yù)選

方案Ⅰ：下盤掘進(jìn)少量采切工程，充填前在采空區(qū)兩端立木模板，靠上盤留寬3.2 m的空間也立木模板，在模板釘上過濾的麻袋，尾砂膠結(jié)充填后余下的空間作為出礦巷，方案見圖1。

方案Ⅱ：上盤掘進(jìn)采切工程，充填前在采空區(qū)一端立木模板封閉，尾砂膠結(jié)充填接頂，方案見圖2。

圖1 方案I采切示意

圖2 方案II采切示意

2 采切方案比較

通過2個(gè)方案在掘進(jìn)采準(zhǔn)工程量、運(yùn)礦距離、礦石損失貧化、采場建設(shè)時(shí)間、相鄰采場回采影響、安全性、充填準(zhǔn)備時(shí)間進(jìn)行的比較，最后選擇采切工程少、采場建設(shè)快、臺班效率高、作業(yè)安全、相鄰采場能同時(shí)進(jìn)行采切工程施工的方案。

2.1 掘進(jìn)采準(zhǔn)工程量

方案Ⅰ工程量：有5條裝礦進(jìn)路、溜井聯(lián)絡(luò)道，共計(jì)73.2 m，不包括共有的鑿巖巷道長度，在礦體內(nèi)掘進(jìn)時(shí)全部是副產(chǎn)礦。

方案Ⅱ工程量：有5條裝礦進(jìn)路、1條出礦巷道及溜井聯(lián)絡(luò)道，共計(jì) 151.6 m，只有鑿巖巷道有副產(chǎn)礦，其余是廢石。

方案Ⅱ掘進(jìn)工程量比方案Ⅰ長78.4 m。

2.2 運(yùn)礦廢距離

方案Ⅰ利用 529溜井放礦，運(yùn)礦平均距離為59.149 m；方案Ⅱ利用535溜井放礦，運(yùn)礦廢平均距離為103.932 m。

方案Ⅱ運(yùn)礦廢平均距離比方案Ⅰ多44.783 m。故方案Ⅱ柴油鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)行時(shí)間長，油耗量多，現(xiàn)場污染大，臺班效率低。

2.3 礦石損失貧化

535 溜井負(fù)責(zé)N535、N537兩個(gè)采場放礦，若方案Ⅱ采切廢石倒入該溜井，礦石與廢石混合，在裝載過程中礦石與廢石隨之下放，相互混雜，分不清礦石與廢石，勢必會(huì)引起礦石損失貧化；若兩者不混合，溜井放空，易砸壞振動(dòng)臺板，采場出礦和采切工程掘進(jìn)相互干擾；若運(yùn)到529溜井，運(yùn)距變大，柴油鏟運(yùn)機(jī)臺班效率低；而方案Ⅰ利用529溜井較為合理，運(yùn)距小，采切工程均設(shè)計(jì)在礦體內(nèi)，副產(chǎn)礦均是礦石，不存在混雜問題，不可能造成礦石損失貧化。因此，方案Ⅰ的礦石損失貧化較小。

2.4 充填準(zhǔn)備時(shí)間

方案Ⅰ充填準(zhǔn)備工作多，充填準(zhǔn)備時(shí)間比方案Ⅱ多4 d左右。方案Ⅱ的充填準(zhǔn)備時(shí)間較短。

2.5 相鄰采場回采影響

方案Ⅱ在535采場內(nèi)運(yùn)輸?shù)V廢石，535采場第一分段中深孔爆破只能在 529采場回采結(jié)束后進(jìn)行，影響相鄰535采場建設(shè)；方案Ⅰ正常進(jìn)行527采場采切、回采，掘進(jìn)廢石運(yùn)到527溜井，礦石運(yùn)到529溜井，礦石廢石分運(yùn)到不同的溜井，沒有混雜，不存在引起副產(chǎn)礦損失貧化問題，不影響 527采場建設(shè)。

2.6 掘進(jìn)作業(yè)安全性

方案Ⅱ采切巷道布置在上盤斑巖內(nèi)，頂板不安全，極有可能發(fā)生頂板片幫冒落現(xiàn)象，巷道需全部噴射強(qiáng)度C15以上、厚度至少達(dá)100 mm的混凝土，甚至局部需錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)。方案Ⅰ采切巷道布置在下盤礦體內(nèi)，掘進(jìn)時(shí)周邊眼采用光面爆破[7]，頂板穩(wěn)固，不需采用任何支護(hù)方式，只要先用天井鉆機(jī)從-160 m～-100 m掘通529溜井，靠分段巷道將529穿磚墻密封，新鮮風(fēng)流經(jīng)掘進(jìn)作業(yè)面后，爆破產(chǎn)生炮煙、柴油鏟運(yùn)機(jī)產(chǎn)生有毒有害氣體、爆破后的粉塵等，快速排到-100 m無軌副中段，這樣能有效解決一分段掘進(jìn)時(shí)通風(fēng)問題，創(chuàng)造舒適的勞動(dòng)條件，保證井下工作人員的健康與安全[8]。方案Ⅱ先施工鑿巖巷道，再施工切割井，工期大約3.5 m。在此期間，始終是獨(dú)頭巷道掘進(jìn)，在巷道內(nèi)長時(shí)間用局扇通風(fēng)，作業(yè)環(huán)境不大好，作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的有毒有害氣體稀釋擴(kuò)散速度慢、粉塵排出慢，直到打通切割井才能解決通風(fēng)問題。在間柱磚墻密封，新鮮風(fēng)流經(jīng)掘進(jìn)作業(yè)面后，污風(fēng)經(jīng)切割井上行回到-100 m無軌副中段。采切工程完工后拆除磚墻，鏟運(yùn)機(jī)在此鑿巖巷道能出礦。經(jīng)以上分析，方案Ⅱ的安全性比方案Ⅰ差。

2.7 采場建設(shè)時(shí)間

采場建設(shè)時(shí)間包括采切、中深孔鑿巖作業(yè)時(shí)間。方案Ⅱ掘進(jìn)工程量比方案Ⅰ長78.4 m。掘進(jìn)所需時(shí)間多1.44個(gè)月，巷道布置在斑巖內(nèi)，工程量為75.8 m3/151.6 m，加上養(yǎng)護(hù)時(shí)間，至少需11 d。方案Ⅱ采切時(shí)間比方案Ⅰ至少長55 d。方案Ⅰ充填準(zhǔn)備時(shí)間比方案Ⅱ多4 d左右。兩方案中深孔鑿巖作業(yè)時(shí)間相差無幾。方案Ⅰ比方案Ⅱ的采場建設(shè)速度快51 d左右。

2.8 切割工程

切割工程形成切割槽，為采場正常排中深孔，創(chuàng)造爆破自由面和補(bǔ)償空間。方案Ⅰ一分段切割井在上盤是垂直的，中深孔先垂直后傾斜；方案Ⅱ一分段切割井在下盤是傾斜的，中深孔先傾斜后垂直。兩方案切割工程的優(yōu)劣沒有多大區(qū)別。

經(jīng)以上幾方面的比較，除方案Ⅰ充填準(zhǔn)備時(shí)間比方案Ⅱ多4 d左右、切割工程沒有多大區(qū)別外，在其他方面方案Ⅰ均優(yōu)于方案Ⅱ。故選方案Ⅰ—下盤采切方案。

3 結(jié)論

銅山口銅礦N529采場有上盤、下盤2個(gè)采切方案，通過在掘進(jìn)采準(zhǔn)工程量、運(yùn)礦距離、礦石損失貧化、采場建設(shè)時(shí)間、相鄰采場回采影響、安全性、充填準(zhǔn)備時(shí)間等方面比較，最后選擇下盤采切方案，利用尾砂膠結(jié)充填后余下的空間作為出礦巷道，再設(shè)計(jì)并施工出礦進(jìn)路，具有采切工程少，成本低，采場建設(shè)快，鏟運(yùn)機(jī)臺班效率高，掘進(jìn)作業(yè)安全條件好等優(yōu)勢，該采切方案可為其他類似礦山提供參考。