郭 雄，喬 偉，羅 騁

(1．貴州開磷(集團(tuán))礦肥有限責(zé)任公司， 貴州 貴陽 550302;2．長(zhǎng)沙礦山研究院， 湖南長(zhǎng)沙 410012)

盤區(qū)上向水平分層充填法在謙比西銅礦的應(yīng)用

郭 雄1，喬 偉1，羅 騁2

(1．貴州開磷(集團(tuán))礦肥有限責(zé)任公司， 貴州 貴陽 550302;2．長(zhǎng)沙礦山研究院， 湖南長(zhǎng)沙 410012)

根據(jù)贊比亞謙比西銅礦的開采技術(shù)條件，并吸取過去礦山生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，采用機(jī)械化盤區(qū)上向分層充填法，達(dá)到了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

謙比西銅礦;機(jī)械化盤區(qū)上向水平分層充填法;采場(chǎng)結(jié)構(gòu);回采工藝

1 礦床開采技術(shù)條件

贊比亞境內(nèi)的謙比西主礦體位于卡伏埃背斜西翼，謙比西—恩卡納盆地的北翼。礦體走向東西，傾向南。礦體出露地表，地表走向長(zhǎng)度1200 m，地表以下走向長(zhǎng)度先增加而后又縮短，在650 m水平走向長(zhǎng)度達(dá)2250 m，而在900 m水平，走向長(zhǎng)度為1800 m。礦體產(chǎn)狀與謙比西—恩卡納盆地北翼巖層產(chǎn)狀一致，為向南傾斜的單斜構(gòu)造。淺部受局部褶皺的影響，局部礦體變得平緩厚大，這部分礦體已用露天開采工藝回采完畢。200 m水平以下(西端除外)礦體呈單斜狀，總的趨勢(shì)是礦體上部?jī)A角緩，下部?jī)A角陡;沿走向東部?jī)A角陡，西部?jī)A角緩;500 m以上西部，礦體平均傾角43°，平均厚度12．7 m;500 m以上東部，礦體平均傾角47°，平均厚度6 m;500～600 m水平平均厚度9 m，平均傾角50°;600～700 m水平平均厚度9 m，平均傾角55°;700～800 m水平平均厚度7．2 m，平均傾角60°;800～900 m水平平均厚度7．3 m，平均傾角70°。

礦體直接上盤圍巖是礦化泥質(zhì)板巖，該巖層厚度約10 m，其巖性與礦體相近，直接上盤圍巖下部的礦頁巖為粉砂質(zhì)淤泥板巖，而上部則為砂質(zhì)泥板巖，礦體上盤邊界要通過取樣化驗(yàn)確定。下盤片巖是礦體與下盤直接圍巖下盤礫巖的分界線。該層礦石含銅品位很高，過去生產(chǎn)在300～400 m水平沿走向中部，厚度達(dá)3 m，而品位曾高達(dá)15% ～20%。沿走向東西兩側(cè)下盤片巖逐漸變薄到1 m或更薄，其品位相對(duì)位于其上的礦頁巖仍較高，但很少超過4%。綜合有關(guān)資料和過去生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，謙比西主礦體銅品位賦存的特點(diǎn)是:上部高，下部低;東部高，西部低;下盤高，上盤低。

礦體間接上盤圍巖有石英巖、石英巖與泥質(zhì)板巖互層、白云泥質(zhì)板巖、片巖與石英巖互層和燧石白云巖等，其中對(duì)開采影響最大的是距直接上盤約60 m處的燧石白云巖，該巖層是礦區(qū)主要含水層之一。礦體本身是礦區(qū)另一主要含水層，位于礦體和燧石白云巖之間的隔水層是位于礦體上盤35 m處的上石英巖層，其導(dǎo)水系數(shù)遠(yuǎn)小于1×10－6cm/s。礦體間接下盤有泥質(zhì)石英巖、中礫礫巖、長(zhǎng)石石英巖、基底礫巖和基底花崗巖。采礦的大部分脈外采準(zhǔn)工程均在泥質(zhì)石英巖和中礫礫巖內(nèi)。根據(jù)謙比西礦過去生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)脈外沿脈巷道處于中礫礫巖內(nèi)時(shí)，巷道需用密集錨桿支護(hù)。

2 采礦方法選擇

根據(jù)謙比西銅礦的開采技術(shù)條件，并吸取過去礦山生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，結(jié)合中國(guó)礦山生產(chǎn)的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)采礦方法進(jìn)行了進(jìn)一步論證，并遵循了以下原則:

(1)大量引進(jìn)充填法取代過去廣泛使用的分段空?qǐng)龇ê头侄伪缆浞?，以提高出礦品位;

(2)對(duì)充填法的不同方案進(jìn)行詳細(xì)的比較論證，確定最優(yōu)方案;

(3)考慮留少量永久礦柱，盡量少用膠結(jié)充填，降低采礦成本;

(4)選用先進(jìn)的鑿巖設(shè)備，嚴(yán)格控制鑿巖爆破參數(shù)，盡量鑿平行炮孔，保證靠下盤的高品位礦石得以充分回收，同時(shí)為減少上盤圍巖垮落，應(yīng)保持礦房上盤圍巖邊界平整，局部可用錨索加固，以減少礦石貧化;

(5)建立完整的礦石和廢石系統(tǒng)，避免采掘廢石混入礦石中;

(6)針對(duì)采場(chǎng)穩(wěn)定性主要受傾向與礦體傾向相同的層理和節(jié)理控制的特點(diǎn)，在同等暴露面積條件下，盡量加大分段高度，縮小沿走向采場(chǎng)長(zhǎng)度尺寸;

(7)在過去生產(chǎn)的老采區(qū)附近采礦時(shí)，充分利用礦山已有采準(zhǔn)工程。

按上述原則，結(jié)合礦體開采技術(shù)條件，選擇采用機(jī)械化盤區(qū)上向分層充填法。

3 機(jī)械化盤區(qū)上向分層充填法

如圖1所示，機(jī)械化盤區(qū)上向分層充填法采場(chǎng)沿走向布置，長(zhǎng)60 m，每2個(gè)采場(chǎng)間留3 m永久間柱，每2個(gè)采場(chǎng)為1個(gè)盤區(qū)。采場(chǎng)分層高度3．3 m，每5個(gè)分層為1個(gè)分段，分段高度16．5 m。

機(jī)械化盤區(qū)上向分層充填法以盤區(qū)為回采單元，并進(jìn)行采準(zhǔn)切割布置。每個(gè)盤區(qū)布置1條采準(zhǔn)斜坡道，1條脈外礦石溜井。在盤區(qū)中央、礦體下盤掘進(jìn)采準(zhǔn)斜坡道及分段聯(lián)絡(luò)道，自分段聯(lián)絡(luò)道掘進(jìn)進(jìn)路通達(dá)礦體，進(jìn)路斷面4．0 m×3．6 m。通過采場(chǎng)進(jìn)路，在礦體內(nèi)沿走向掘進(jìn)水平拉底巷道，巷道斷面3．6 m×3．3 m，然后刷大至礦體水平厚度形成拉底層。在采場(chǎng)遠(yuǎn)端部掘進(jìn)人行通風(fēng)天井，井內(nèi)設(shè)梯子。在盤區(qū)中央礦柱內(nèi)掘充填濾水井，上部做充填井，下部架設(shè)順路濾水井。采場(chǎng)進(jìn)路自分段聯(lián)絡(luò)道先以－15%坡度下掘到達(dá)礦體，隨逐層采礦而逐層挑頂墊底形成逐層采場(chǎng)進(jìn)路，以適應(yīng)每分層回采進(jìn)路的要求，采場(chǎng)進(jìn)路最終坡度為+15%。每采完5個(gè)分層后重新自分段聯(lián)絡(luò)道掘進(jìn)采場(chǎng)進(jìn)路。采準(zhǔn)斜坡道布置應(yīng)離開礦體下盤礫巖層。

圖1 機(jī)械化盤區(qū)上向水平分層充填法

采場(chǎng)鑿巖采用Boomer281單臂電動(dòng)液壓鑿巖臺(tái)車鑿水平炮孔，炮孔直徑Φ45 mm，孔網(wǎng)間距1．1 m×1．3 m，孔深4．6 m。采用 ANFO 炸藥，裝藥車裝藥，非電起爆。爆破通風(fēng)完畢后，用撬毛車撬毛，然后鏟運(yùn)機(jī)出礦。出礦用ST1000型鏟運(yùn)機(jī)，鏟斗容積5．6 m3。鏟運(yùn)機(jī)經(jīng)采場(chǎng)進(jìn)路將礦石卸入礦石溜井。出礦完畢即用錨桿臺(tái)車對(duì)頂板進(jìn)行錨桿支護(hù)，錨桿網(wǎng)度1．5 m×1．5 m?；夭擅垦h(huán)進(jìn)尺4．4 m。每分層全部采完后即進(jìn)行充填。一個(gè)采場(chǎng)充填時(shí)，另一個(gè)采場(chǎng)鑿巖爆破或出礦。采準(zhǔn)廢石回填采空區(qū)。

充填準(zhǔn)備包括架設(shè)濾水井、設(shè)置脫水籠、鋪設(shè)脫水管、架設(shè)充填管等。采場(chǎng)充填擋墻不另設(shè)置，在分層充填前，先對(duì)采場(chǎng)進(jìn)路挑頂，以挑頂廢石自然形成擋墻。采場(chǎng)濾水井布置在盤區(qū)中央礦柱內(nèi)，兩側(cè)采場(chǎng)共用1條充填濾水井。濾水井隨采礦逐層架設(shè)形成。充填管從充填井鋪設(shè)至采場(chǎng)。每分層充填高度距采場(chǎng)頂板應(yīng)留出至少1．5 m高的自由空間。

采場(chǎng)通風(fēng):新鮮風(fēng)流來自中段(分段)下盤沿脈巷道，經(jīng)盤區(qū)斜坡道、采場(chǎng)進(jìn)路進(jìn)入采場(chǎng)，清洗工作面后的污風(fēng)從采場(chǎng)端部人行通風(fēng)天井用局扇送入回風(fēng)水平巷道。

礦體平均水平厚度按11．75 m計(jì)算，傾角小于55°，則采場(chǎng)回采長(zhǎng)度57 m。每循環(huán)鑿巖時(shí)間0．75班;爆破及通風(fēng)時(shí)間0．25班;每循環(huán)崩礦量為456 t。使用撬毛車，撬毛時(shí)間0．1班;出礦時(shí)間0．9班。采場(chǎng)頂板支護(hù)時(shí)間1班。每循環(huán)時(shí)間3班;每分層回采時(shí)間39班;充填準(zhǔn)備時(shí)間2 d，尾砂、廢石充填及膠面時(shí)間4 d，養(yǎng)護(hù)時(shí)間7 d，合計(jì)13 d。

盤區(qū)內(nèi)2個(gè)采場(chǎng)，其中一個(gè)采場(chǎng)的鑿巖、爆破、出礦、支護(hù)等工序可與另一采場(chǎng)的充填作業(yè)平行進(jìn)行。

采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力為227 t/d，盤區(qū)綜合生產(chǎn)能力取400 t/d。

贊比亞謙比西銅礦的機(jī)械化盤區(qū)上向分層充填法通過減少損失貧化率，并且將廢石充填到井下采空區(qū)，達(dá)到了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］ 金宇松，宋遠(yuǎn)兵，黎文斐．斜壁礦柱中深孔落礦嗣后膠結(jié)充填法在用沙壩礦的應(yīng)用［J］．采礦技術(shù)，2010，10(1):1 －4．

［2］ 古德生，李夕兵．現(xiàn)代金屬礦床開采科學(xué)技術(shù)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2006:125－158．

［3］ 王 成，胡國(guó)宏，劉志祥，等．三山島金礦海底開采采礦方法優(yōu)化選擇［J］．黃金科學(xué)技術(shù)，2009，17(1):46－48．

［4］ 王新民，肖衛(wèi)國(guó)，張欽禮．深井礦山充填理論與技術(shù)［M］．長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社，2005:162－165．

［5］ 北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院，等．采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)(礦床開采卷)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1989，10:1632 －1638．

2010－11－29)

郭 雄(1967－)，男，湖南岳陽人，工程師，主要從事采礦方法、礦山地壓和巷道掘進(jìn)與支護(hù)方面的設(shè)計(jì)與研究的工作。