銅綠山礦分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法工業(yè)試驗(yàn)研究

曹文鋼

（大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅綠山礦）

銅綠山礦是我國(guó)長(zhǎng)江中下游銅鐵多金屬成礦帶上重點(diǎn)礦山之一，有半個(gè)多世紀(jì)的開(kāi)采歷史。銅綠山礦礦體產(chǎn)狀為急傾斜厚大礦體，早期為露天與地下聯(lián)合開(kāi)采，21 世紀(jì)初全面轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采，隨著采礦技術(shù)工藝及設(shè)備的不斷發(fā)展，銅綠山礦的地下采礦方法也與時(shí)俱進(jìn)，早期井下開(kāi)采采用上向水平分層點(diǎn)條柱式水砂充填法，后續(xù)充填工藝改進(jìn)變?yōu)樯舷蛩椒謱幽z結(jié)充填法。1990 年在Ⅲ礦體部分采場(chǎng)采用先進(jìn)的VCR 法大直徑深孔采礦，并大規(guī)模推廣應(yīng)用。近年來(lái)逐步轉(zhuǎn)入深部開(kāi)采，礦巖穩(wěn)定性發(fā)生變化，出現(xiàn)了采場(chǎng)垮塌冒落、相鄰采場(chǎng)開(kāi)采困難、鑿巖工作緊張等問(wèn)題，分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄖ鸩酱鎂CR法［1-2］。

當(dāng)前，銅綠山礦已全面進(jìn)入深部開(kāi)采，深部礦體和上部礦體相比有較大的變化，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)象嚴(yán)重，且隨著開(kāi)采深度的不斷加大，礦巖內(nèi)部的原巖應(yīng)力隨之加大，礦巖穩(wěn)固性變差［2-3］。目前銅綠山銅鐵礦開(kāi)采中面臨的主要問(wèn)題：①普通上向水平分層充填采礦法工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)能力低，安全性差；②采礦主要生產(chǎn)工序難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備、人員與能力等方面的匹配，未形成優(yōu)化組合，造成人力、物力與資源等失調(diào)與浪費(fèi)；③礦體賦存條件復(fù)雜，分枝復(fù)合嚴(yán)重，單一的采礦方法不能滿足多樣特殊的采礦環(huán)境；④VCR 法對(duì)于礦體的完整性要求較高，礦巖穩(wěn)固性較差，造成其貧化損失率過(guò)高；⑤采場(chǎng)周邊情況復(fù)雜，兩幫為充填體時(shí)，對(duì)于邊幫的控制較難把握，且影響較大；⑥每次爆破所需總藥量過(guò)大，引起較大的爆破振動(dòng)，造成礦巖和充填體的穩(wěn)固性變差［4-5］。為此，開(kāi)展分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘üに囋囼?yàn)研究［6-8］，以保障回采過(guò)程采空區(qū)的穩(wěn)定性，并對(duì)方案的開(kāi)采效益進(jìn)行驗(yàn)證。

1 分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法

1.1 礦塊布置與構(gòu)成要素

分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法采取盤(pán)區(qū)化布置，單個(gè)盤(pán)區(qū)寬度為62 m，厚為礦體厚，采場(chǎng)垂直礦體布置，礦房采場(chǎng)寬度為6～8 m，礦柱采場(chǎng)寬度為4～6 m，底柱8 m，不留頂柱和間柱。當(dāng)?shù)V巖條件較為穩(wěn)固時(shí)，采場(chǎng)尺寸取大值；當(dāng)?shù)V巖條件較為破碎時(shí)，采場(chǎng)尺寸取小值，如圖1所示。

1.2 采準(zhǔn)與切割

在各分段水平掘進(jìn)分段平巷，分段平巷之間用斜坡道連接。從分段平巷開(kāi)始，垂直礦體走向布置采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道，相鄰2 個(gè)采場(chǎng)共用1 條聯(lián)絡(luò)道，并在脈外布置溜礦井。

1.3 回采工藝

從上分段聯(lián)絡(luò)道開(kāi)始，垂直礦體施工拉底巷道（3 m×3 m），后由其擴(kuò)刷至3 m×8 m 的拉底平巷，在平巷內(nèi)采用錨網(wǎng)支護(hù)，鉆機(jī)鉆鑿上向平行深孔，孔網(wǎng)參數(shù)采用類比法或通過(guò)系列爆破漏斗法確定，在靠上盤(pán)端部施工切割天井及切割槽，由上盤(pán)后退式爆破，后采用鏟運(yùn)機(jī)由下分段聯(lián)絡(luò)道出礦，倒入脈外溜井。

采場(chǎng)回采在各分段拉底空間，鉆孔直徑65 mm，正?？着啪酁?.2～1.3 m，孔間距為1.5 m，采用BQF-100 風(fēng)動(dòng)裝藥器裝藥，裝藥系數(shù)0.8，采用非電導(dǎo)爆管孔底起爆。

在爆破回采過(guò)程中，減少爆破次數(shù)，且每次爆破后，為了保證后續(xù)有足夠的補(bǔ)償空間，采用遙控鏟運(yùn)機(jī)出礦，出礦量應(yīng)不低于崩礦量的50%。

1.4 采場(chǎng)地壓控制

針對(duì)較為穩(wěn)固的采場(chǎng)，采用平底結(jié)構(gòu)，遙控鏟運(yùn)機(jī)出礦，首先進(jìn)行分段拉底并對(duì)礦體頂板進(jìn)行支護(hù)，拉底高度2～3 m，拉底頂板要平整，礦體頂板全部采用管縫式錨桿+金屬網(wǎng)護(hù)頂，錨桿長(zhǎng)度為2 m，錨桿支護(hù)網(wǎng)度為1 m，金屬網(wǎng)由6 號(hào)鋼筋編制，網(wǎng)度為30 mm×30 mm。

針對(duì)破碎的采場(chǎng)，在進(jìn)行拉底工作的同時(shí)，將上部拉底空間拉開(kāi)，并對(duì)其進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，采用管縫式錨桿+塑料網(wǎng)護(hù)頂，錨桿長(zhǎng)度為2 m，錨桿支護(hù)網(wǎng)度為1～1.2 m，塑料網(wǎng)采用礦用120 kN的塑料網(wǎng)，以防止采場(chǎng)爆破將網(wǎng)片崩壞。

1.5 充 填

開(kāi)采結(jié)束后，在分段聯(lián)絡(luò)巷處進(jìn)行封堵，由上分段聯(lián)絡(luò)巷及充填回風(fēng)井進(jìn)行充填，充填不接頂，預(yù)留3 m 的鑿巖空間，充填強(qiáng)度要求為2.5 MPa。礦柱采場(chǎng)開(kāi)采結(jié)束后，采用一步驟同樣的充填方式，先用高配比的充填料漿充填3～5 m，后采用低配比的充填料漿進(jìn)行充填，上部0.5 m高范圍內(nèi)進(jìn)行澆面充填，澆面充填強(qiáng)度為1.5 MPa。

1.6 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

本采礦方法理論技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：盤(pán)區(qū)綜合生產(chǎn)能力為400 t/d，回采綜合損失率為8%，回采綜合貧化率為8%，采礦成本（包括充填）為92.42 元/t，采準(zhǔn)切割比為15.95 m/kt。

2 現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)采場(chǎng)選擇

試驗(yàn)采場(chǎng)為5531 礦房采場(chǎng)一分段，礦體水平厚度約25 m，礦體傾角60°～80°，上緩下陡。5531 采場(chǎng)礦體為含銅磁鐵礦石矽卡巖，粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)，浸染狀構(gòu)造，礦石品位變化較小，銅品位平均0.91%；上盤(pán)巖性為矽卡巖，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；下盤(pán)巖性為矽卡巖、大理巖。礦巖堅(jiān)固性系數(shù)f=6～8，巖體基本質(zhì)量級(jí)別為Ⅲ級(jí)，中等穩(wěn)固，自穩(wěn)能力為跨度5～10 m，可穩(wěn)定數(shù)月，可發(fā)生局部塊體位移及中小型塌方。該采場(chǎng)頂板安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為Ⅱ級(jí)，要求錨網(wǎng)支護(hù)覆蓋面積不小于頂板暴露面積的60%。

2.2 試驗(yàn)采場(chǎng)布置和構(gòu)成要素

5531 礦房采場(chǎng)垂直礦體走向布置，階段高度60 m，留有8 m 底柱，分為4個(gè)分段，分段平均高度13 m，一分段回采高度約15 m，長(zhǎng)度約為礦體水平厚度25 m，寬度8 m，礦石密度3.3 t/m3，一分段圈定工業(yè)礦石量約9 400 t。

2.3 采準(zhǔn)與切割

5531 采場(chǎng)所采礦體為一支脈，其一分段下盤(pán)臨近斜坡道，故采準(zhǔn)工程布置在礦體上盤(pán)。采準(zhǔn)工程中已有工程包括分段平巷及聯(lián)絡(luò)巷、盤(pán)區(qū)溜井及聯(lián)絡(luò)巷、盤(pán)區(qū)回風(fēng)井及聯(lián)絡(luò)巷，新建工程包括采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷、分段鑿巖巷（同時(shí)作出礦巷）、分段充填回風(fēng)巷。

切割工程一般包括切割橫巷和切割天井，由于采用平底式底部結(jié)構(gòu)，切割橫巷包含在分段鑿巖巷內(nèi)，故只需施工切割井。

2.4 回采工作

（1）回采順序。從礦房的一端向另一端后退式回采，并根據(jù)采場(chǎng)長(zhǎng)度情況，將采場(chǎng)從里至外依次分為拉槽區(qū)、側(cè)崩一區(qū)、側(cè)崩二區(qū)，拉槽區(qū)爆破落礦后松動(dòng)放礦，鏟出崩落礦量的20%～30%以增加后續(xù)崩礦的補(bǔ)償空間，同時(shí)清理出裝藥空間，然后裝藥爆破落礦回采側(cè)崩二區(qū)，最后回采側(cè)崩三區(qū)。

（2）落礦。采用中深孔側(cè)向崩礦，用ZY41D 型采礦鑿巖臺(tái)車鉆上向平行孔，孔徑57 mm，孔深11.8 m，拉槽區(qū)排距1.0 m，孔距1.0 m，側(cè)崩區(qū)排距1.2 m，孔距1.3 m 左右，由于分段鑿巖巷未施工到采場(chǎng)設(shè)計(jì)邊界及兩幫需預(yù)留鉆機(jī)施工空間，所以邊孔需外插3°～4°，同時(shí)邊孔與同排相鄰孔的距離應(yīng)嚴(yán)格控制，不可大于平均值1.3 m。拉槽區(qū)圍繞切割井施工5排26個(gè)炮孔，側(cè)崩一區(qū)、二區(qū)各9 排54 個(gè)炮孔。采用BQF-100 型裝藥器裝改性銨油炸藥進(jìn)行爆破，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》，壓氣裝藥密度應(yīng)大于0.95 g/cm3，即孔徑57 mm 的炮孔每米裝藥量應(yīng)大于2.42 kg。炮孔堵塞長(zhǎng)度取0.8倍的最小抵抗線即排距1.2 m，故堵塞長(zhǎng)度取1.0 m。使用改性銨油炸藥裝藥前應(yīng)向炸藥內(nèi)兌少量水以增加炸藥的流動(dòng)性；采用專用起爆器配導(dǎo)爆管雷管、導(dǎo)爆索傳爆的孔底起爆方法，裝藥時(shí)先用防靜電裝藥膠管將導(dǎo)爆索送入孔底并吹入底藥，然后將導(dǎo)爆管雷管插入起爆藥卷并纏好送入孔中，再連續(xù)壓氣吹入炸藥，孔口預(yù)留1.0 m 的堵塞長(zhǎng)度。起爆網(wǎng)路為導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路。

（3）出礦。采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)為平底結(jié)構(gòu)，出礦時(shí)使用遙控鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入采場(chǎng)空區(qū)中進(jìn)行三角礦堆的裝運(yùn)。

（4）頂板管理。在回采過(guò)程中，采場(chǎng)空區(qū)頂板主要依靠左右兩側(cè)礦柱支撐。當(dāng)采場(chǎng)礦巖不穩(wěn)固時(shí)，可采取超前預(yù)控頂措施予以加固。出礦巷頂板在每次爆破通風(fēng)后撬毛處理浮石，并對(duì)錨網(wǎng)破壞區(qū)域二次支護(hù)。

（5）充填工作。充填采用全尾砂膠結(jié)充填料，由充填管道自流輸送至采場(chǎng)。充填前架設(shè)堅(jiān)固的充填擋墻，并安設(shè)泄水管道。充填流量50～70 m3/h，濃度不小于65%。一步驟礦房采場(chǎng)底部5 m充填灰砂比1∶7，中上部灰砂比1∶11，在每分段尾砂充填面上鋪設(shè)厚度0.5 m的膠結(jié)墊層，灰砂比1∶5。二步驟礦柱采場(chǎng)充填時(shí)，中上部采用灰砂比1∶15的弱膠結(jié)充填料。

3 試驗(yàn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

3.1 生產(chǎn)能力

采礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要包括采場(chǎng)生產(chǎn)能力、貧損率、采切比、設(shè)備效率及采礦直接成本，其中采場(chǎng)生產(chǎn)能力的計(jì)算方法為采場(chǎng)回采礦量（不包括采切副產(chǎn)礦量）和鑿巖爆破、出礦、充填等主要工序所用時(shí)間的比值。

（1）中深孔鑿巖工作量1 580 m，耗時(shí)21 臺(tái)班，鑿巖效率為每臺(tái)班75.2 m。

（2）5531 采場(chǎng)一分段回采分拉槽區(qū)、側(cè)崩一區(qū)及二區(qū)爆破，裝藥耗時(shí)3 個(gè)工班。通風(fēng)和撬毛共耗時(shí)3個(gè)工班。回采出礦量7 590 t，采用2 m3遙控鏟運(yùn)機(jī)出礦，耗時(shí)36個(gè)工班，出礦效率為每臺(tái)班211 t。

（3）充填準(zhǔn)備耗時(shí)6個(gè)工班，充填能力60 m3/h，充填耗時(shí)12 個(gè)工班，一步驟采場(chǎng)充填體養(yǎng)護(hù)7 d，耗時(shí)21個(gè)工班。

（4）回采出礦量7 590 t，共耗時(shí)工班數(shù)為102 班，即34 d，采場(chǎng)生產(chǎn)能力為223 t/d。

3.2 采礦直接成本

采礦直接成本分采切成本、鑿巖成本、爆破成本、出礦成本、機(jī)車運(yùn)輸和充填成本，匯總于表1。

3.3 綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

試驗(yàn)采場(chǎng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總于表2。

銅綠山礦由于采場(chǎng)頂板不穩(wěn)固，采用上向水平分層充填法回采時(shí)頂板需全斷面錨桿網(wǎng)支護(hù)，支護(hù)工作量大，導(dǎo)致采礦作業(yè)循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)，采場(chǎng)每天只能完成一個(gè)循環(huán)，采場(chǎng)生產(chǎn)能力小，限制在150 t/d 之內(nèi)，并且作業(yè)人員長(zhǎng)期暴露在采動(dòng)頂板之下，安全風(fēng)險(xiǎn)不可控。試驗(yàn)采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄖ?，一般只有底部鑿巖巷道需要支護(hù)，支護(hù)工作量大大減少，落礦時(shí)中深孔一次崩礦量大，充填則采用分段一次充填，從而提高了生產(chǎn)能力，并且人員大部分時(shí)間在鑿巖巷內(nèi)作業(yè)，安全性好?？?qǐng)龇€(wěn)定性方面，因?yàn)椴捎梅侄慰請(qǐng)龇侄纬涮?，空?qǐng)霰┞稌r(shí)間短，能維持穩(wěn)定不垮塌，是礦巖穩(wěn)固性較差時(shí)采用中深孔回采合理的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)布置方式。

中深孔爆破采礦相比分層爆破回采，采切工程更簡(jiǎn)單，鑿巖、爆破、支護(hù)及充填作業(yè)更集中，每米崩礦量更大，因此采切比和采礦直接成本有明顯的降低。

4 結(jié)論

（1）銅綠山礦深部礦巖穩(wěn)固性變差，采用分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ɑ夭纱嬖陔A段空?qǐng)隹逅膯?wèn)題，采用上向分層充填法開(kāi)采又面臨生產(chǎn)能力不足和人員頂板下作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大的問(wèn)題，通過(guò)改進(jìn)采礦方法，減小空?qǐng)龈叨?，?jiān)持采用中深孔落礦，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能最大化與空?qǐng)龇€(wěn)定性之間的平衡。

（2）優(yōu)選分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V方案，通過(guò)分段中深孔爆破、出礦、充填，合理擴(kuò)大采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而提高生產(chǎn)能力，并且有效規(guī)避人員長(zhǎng)期暴露于采場(chǎng)頂板下的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）開(kāi)展了分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V工業(yè)試驗(yàn)，礦石貧損率均控制在8%以內(nèi)，單采場(chǎng)生產(chǎn)能力達(dá)到223 t/d，采礦直接成本57.80 元/t，相比上向水平分層充填法產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)翻番，成本降低8.6%。