礦山深部開拓中采礦工藝的優(yōu)化

辛帥帥

（銅陵有色金屬集團(tuán)銅冠礦山建設(shè)股份有限公司，安徽 銅陵 244000）

隨著時(shí)間發(fā)展，上世紀(jì)80 年代建立的大部分礦山企業(yè)都已面臨資源枯竭，繼續(xù)向深部礦體探索開拓的局面。其中銅陵市某礦山于1971 年元月正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力66 萬噸／年，服務(wù)年限為25.6 年，經(jīng)過40 多年的開采，上部厚大礦體已回采結(jié)束，深部礦體變簿趨于尖滅，現(xiàn)生產(chǎn)能力500t/d。目前-240m 中段以上僅有-240m 中段水平礦柱有少量殘礦在回采；-360m 中段正?；夭扇块_采結(jié)束，-360m 水平礦柱在進(jìn)行地壓監(jiān)測；-440m中段開采也接近尾聲，多個(gè)采場僅剩接近-360m 中段的最后幾個(gè)分層，部分因礦體處于-360m 中段巷道下部，地壓顯現(xiàn)猶為明顯，-360m 中段巷道多處以散體地壓顯現(xiàn)。

礦山現(xiàn)采礦方法主要為上向分層充填法[1]。

1 礦體概述

該礦山銅礦床賦存于鳳凰山巖體西及西南接觸帶中，銅礦體賦存于三疊系中、下統(tǒng)石灰?guī)r（已變質(zhì)為大理巖）與花崗閃長巖接觸帶上。受斷裂及接觸帶控制，其走向自南向北由南東轉(zhuǎn)向北東，略呈一弧形。主礦體有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號等4 個(gè)主礦體，其中Ⅳ號和Ⅱ號實(shí)為一個(gè)礦體。Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ號礦體已開采結(jié)束，-440m 中段以下只有Ⅱ號主礦體。

主礦體Ⅱ號礦體賦存于三疊系下統(tǒng)南陵湖組石灰?guī)r（已變質(zhì)為大理巖）與花崗閃長巖接觸帶上，次要礦體、小礦體多賦存于主礦體附近的三疊系下統(tǒng)大理巖或花崗閃長巖中。

Ⅱ號礦體-440m 中段以下34-1 線以北礦體頂板為花崗閃長巖、矽卡巖，底板為大理巖、矽卡巖，34-1 線以南礦體頂板為大理巖、矽卡巖，底板為花崗閃長巖、矽卡巖。

2 擬采用的回采技術(shù)方案

本次設(shè)計(jì)以-500m2#采場為研究試驗(yàn)采場。

2.1 -500m中段2#采場回采狀況

2#采場在-500m 中段留10m 底柱，由-490m 水平拉底切割形成采場第一回采分層，然后壓頂形成6m 高采高，充填3m 后進(jìn)行下一回采分層。采場從北端2#和1#采場間柱至南端34-1線南約12m 即廢天井附近，南北長158m。2#采場分別在32-1A線和33-1 線北約7m 處各設(shè)計(jì)順路溜井及順路人行天井各一對；在34-1 線和34-1 線南約12m 各設(shè)通風(fēng)人行天井一個(gè)，其中南部天井圖中標(biāo)示為廢，本次以下對該天井亦不作利用考慮。

2.2 采場礦巖物理力學(xué)性質(zhì)

礦山主要礦巖類型有花崗內(nèi)長巖、大理巖和含銅磁鐵礦，-440m 礦體產(chǎn)狀變化大，花崗閃長巖與大理巖交替為礦體頂?shù)装鍘r體。本次礦巖物理力學(xué)參數(shù)，引用《鳳凰山銅礦-240m 中段礦柱回采綜合技術(shù)研究》結(jié)果，如下。

表1 巖石基本力學(xué)參數(shù)

大理巖為較穩(wěn)固巖體，完整性好，不易風(fēng)化，與礦體接觸帶沒有明顯弱面；花崗閃長巖為不穩(wěn)固巖體，新鮮巖體完整性較好，工程揭露后易風(fēng)化水化，與礦體觸帶有明顯弱面，界線明顯，接觸處極易發(fā)生片幫冒落，采場內(nèi)經(jīng)?？梢钥吹降V巖交界處有明顯的光滑面。礦體為穩(wěn)固巖體，硬度大，完整性較好，礦體如有輝綠巖穿過即破壞其完整性，輝綠巖極發(fā)生冒落。

從礦山實(shí)際來看因礦體一側(cè)圍巖為花崗閃長巖易風(fēng)化，與礦體分界明顯，加大地壓管理難度，易發(fā)生冒落片幫事故，如何優(yōu)化現(xiàn)有采礦方法和工藝成為礦山面臨的急切問題。

由上分析，采礦方法或工藝優(yōu)化要從礦山工程實(shí)際出發(fā)，利用現(xiàn)有回采系統(tǒng)和采出礦設(shè)備不作大的變動，可能的優(yōu)化方案有：

（1）方案一為改上向分層充填法回采為硐室型上向分層充填法回采，通過減小采場尺寸，降低回采高度，即減小采場暴露面積來控制地壓[2,3]。

（2）方案二采用上向分層進(jìn)路充填法，即進(jìn)路式回采，采后充填。

2.3 回采技術(shù)方案

2.3.1 方案一 硐室型上向分層充填法回采方案

利用現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)，二對順路溜井和天井，一個(gè)通風(fēng)人行天井。

回采工藝：硐室型采場按原沿走向布置不變，采場長度不變，回采寬度不大于4.5m，采高不大于5.0m；礦體寬大于4.5m時(shí)，采用垂直礦體硐室回采，回采硐室寬不大于4.5m，采高不大于5.0m，回采硐室間間柱寬為4.0m。硐室采場頂部為拱形，其中墻高3.8m，拱頂高為1.2m，拱頂部采用光面爆破形成。采場在回采壓頂過程中對頂板進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，回采結(jié)束后大量出礦，出礦結(jié)束后起吊T4G 架設(shè)順路人行天井和溜井，進(jìn)行充填。分層充填后滿足現(xiàn)有T4G 能夠通行即可，充填高為3.0m，膠結(jié)面為0.5m。

回采要求：硐室采場盡可能沿大理巖一側(cè)布設(shè)，花崗閃長巖一側(cè)礦體厚度超過4.5m 時(shí)通過短硐室采場回采，短硐室采場間留4.0m 礦柱保護(hù)花崗閃長巖體不完全暴露。硐室采場拱頂部分全部采用光面爆破。

充填工藝：同前期分層充填工藝及要求均不變。

硐室型上向分層充填法回采設(shè)計(jì)圖見圖1。

圖1 方案一：硐室型上向分層充填法回采設(shè)計(jì)圖

2.3.2 方案二 進(jìn)路式回采

本方案是以巷道掘進(jìn)方式進(jìn)行回采，在進(jìn)路掘進(jìn)回采到設(shè)計(jì)位置后進(jìn)行充填的采礦方法。2#采場現(xiàn)最大寬度約8.6m(第4分層)，一般在3.5m～8.0m，從前期開采和現(xiàn)有采場開采充填后3.0m 左右高的空頂高度來看，地壓顯現(xiàn)不明顯，因此，采用進(jìn)路式回采有利于地壓管理。

現(xiàn)2#采場人行回風(fēng)天井在采場端部，距離南側(cè)順路溜井和順路人行天井分別約為38m 和95m，現(xiàn)在采場系統(tǒng)無法滿足進(jìn)路式回采要求，需要起吊T4G 天井。

本方案分別在32-1A 線1#順路天井與順路溜井和33-1A 線2#順路天井與順路溜井附近增加通風(fēng)人行天井作為進(jìn)路式回采通風(fēng)與T4G 起吊之用，天井由北至南分別稱為1#、2#、3#天井(原1#天井改稱為3#天井)。

為利于充填和縮短回采周期，把2#采場在33-1 線和33-1A線之間為界分二個(gè)回采采場，稱2#北和2#南。新增加1#通風(fēng)人行天井；新增加2#通風(fēng)人行天井；方案二進(jìn)路式回采平面布置圖見圖2。

圖2 方案二：進(jìn)路式回采平面布置圖

回采工藝：現(xiàn)空區(qū)充填前順路人行天井、溜井及通風(fēng)天井處先挑頂至5.5m 高，進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，起吊T4G；然后把現(xiàn)有采場充填高約3m 基本接頂，充填到達(dá)養(yǎng)護(hù)時(shí)間后，以溜井為起點(diǎn)向采場兩側(cè)沿礦體以規(guī)格d5m×h3m(礦體寬小于5m 時(shí)按礦體寬回采)進(jìn)路巷道回采，掘進(jìn)回采至回采界線后，主要采出礦工作即告結(jié)束；但在礦體寬大于5.0m 時(shí)，增加垂直主進(jìn)路采場以d5m×h3m 進(jìn)路巷道進(jìn)行掃尾回采作業(yè)，回采進(jìn)路間留半圓柱或點(diǎn)柱，點(diǎn)柱直徑不小于4.0m。采場全部回采結(jié)束后，起吊天井、人行井和溜井附近挑頂至采高約5.5m，并進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。

充填工藝：起吊T4G；架設(shè)采場充填軟管，充填軟管采用錨桿鋼圈懸掛在采場頂板，掛鉤間距3m～4m，充填管距采場末端15m～20m；采場充填:充填高約3.0m，膠結(jié)鋪面0.5m；充填軟管一般不回收。

說明：本方案也可以僅在32-1A 線1#順路天井與順路溜井附近增加一天井2#采場仍作為一個(gè)采場回采，但作業(yè)點(diǎn)少，需要多鋪設(shè)充填軟管以保障充填質(zhì)量。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益

2.4.1 方案一

生產(chǎn)能力：壓頂長度3.5m，一個(gè)作業(yè)點(diǎn)一次爆破量3.5×4.5×3×3.4=160.65t。

炸藥單耗：0.31kg/t。

損失率：12.96%；(第4 層)。

貧化率5.20%。

優(yōu)點(diǎn)：利用現(xiàn)有回采工程，在實(shí)際操作進(jìn)行調(diào)整即可實(shí)施；回采充填工序較簡單，管理較簡單；回采效率較高。

缺點(diǎn)：損失率、貧化率較高；臨時(shí)支護(hù)工作量大。

2.4.2 方案二

增加2 條天井工程量：1#天井39.8×4+14×8.37=276.38m3；2#天井39.8×4+(3+4.4)×8.37=221.14m3。

生產(chǎn)能力：一次掘進(jìn)長度2.5m，一個(gè)作業(yè)點(diǎn)一次爆破量2.5×5×3×3.4=127.5t。

炸藥單耗：0.62kg/t。

損失率：3.15%。

貧化率4.5%。

優(yōu)點(diǎn)：損失率、貧化率較小，有利于資源回收；臨時(shí)支護(hù)工作量??；采空臨時(shí)面低有利地壓管理。

缺點(diǎn)：需要增加回采工程，對現(xiàn)有生產(chǎn)有影響；回采充填工藝較復(fù)雜，管理復(fù)雜、效率較低；回采成本較高。

3 結(jié)語

通過2.3.1 與2.3.2 技術(shù)方案的比較兩種方案都可以減少采場暴露面積，提高回采工作的安全性，由2.4.1 與2.4.2 技術(shù)技術(shù)方案經(jīng)濟(jì)效益的對比，方案一即硐室型上向分層充填法回采方法相比方案二巷道掘進(jìn)方式進(jìn)行回采的回采成本較低，回采效率較高。故最終選擇硐室型上向分層充填法回采方法。