黃建鑫

(廈門紫金工程設(shè)計有限公司)

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剛果(金)Kamoa銅礦大面積緩傾斜單層薄礦體房柱采礦法

黃建鑫

(廈門紫金工程設(shè)計有限公司)

摘要我國礦山地下開采大面積采用房柱采礦法，采用無軌機械化設(shè)備，提高了采場的生產(chǎn)能力。隨著空區(qū)面積和深部地壓的增大，礦柱損失增大，剛果(金)Kamoa銅礦1#礦體為緩傾斜單層薄礦體，以該礦體為例，對房柱法采場結(jié)構(gòu)及開采順序進行了研究，對于降低損失率、提高該礦山的經(jīng)濟效益有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞房柱采礦法緩傾斜單層薄礦體采場結(jié)構(gòu)開采順序

房柱采礦法具有工藝簡單、采礦成本低等優(yōu)點，對于礦體傾角30°以下的緩傾斜薄礦體具有較強的適應(yīng)性，因而得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。隨著現(xiàn)代礦山機械化水平的提高，無軌機械化房柱采礦法可大幅度提高采場生產(chǎn)能力，降低單位開采成本，從而進一步拓寬了房柱法的應(yīng)用范圍。剛果(金)Kamoa銅礦1#礦體為大面積緩傾斜單層薄礦體，適合采用無軌機械化房柱法進行開采。但隨著空區(qū)面積和埋藏深度的加大，深部礦柱的設(shè)計尺寸加大，損失率增大。為此，本研究對該礦深部房柱法的采場結(jié)構(gòu)和開采順序進行優(yōu)化，盡可能降低礦柱損失量，提高礦山的經(jīng)濟效益。

1Ⅰ#礦體概況

剛果(金)Kamoa銅礦屬于賦存于沉積巖中的層狀銅礦床，其主要礦體為Ⅰ#礦體，南北長1.2～1.7 km，東西寬2～8.7 km，埋藏深度從30 m逐漸加深至1 300 m，產(chǎn)狀平緩，一般5°～20°，厚度多為4～6 m，平均銅品位2.57%，資源量8.47億t，為緩傾斜單層超大型薄礦體。礦體容礦巖石為粉砂巖、砂巖，頂板為黃鐵礦化砂巖，底板為長石砂巖。物理力學參數(shù)顯示，容礦巖石和頂?shù)装鍑鷰r以堅硬巖為主，RQD值均大于62%，完整性為中等完整以上。礦區(qū)礦床以基巖構(gòu)造裂隙充水為主的礦床，區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件中等。

2無軌機械化房柱采礦法

根據(jù)礦體的賦存條件及資源條件，適合采用房柱采礦法開采。由于礦區(qū)面積大，資源量大，普通有軌電耙出礦采場生產(chǎn)能力明顯偏小。因此，采用無軌機械化房柱法(圖1)更加適合于該礦山。選擇6 m3柴油鏟運機和50 t井下自卸汽車進行出礦，采場生產(chǎn)能力可達1 800 t/d。

圖1　無軌機械化房柱采礦法示意

2.1普通房柱法

無軌機械化房柱采礦法(普通房柱法)采場結(jié)構(gòu)主要隨著空區(qū)面積和采深的增加而增大，易導致地壓增大。在保證空區(qū)穩(wěn)定、不塌陷的前提下，本研究確定的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1　無軌機械化房柱采礦法采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

由表1可知：隨著回采深度的加大，礦塊內(nèi)礦柱的尺寸越來越大，回收率越來越小。由于采場礦柱留設(shè)尺寸較大，空區(qū)不易塌陷，該采礦方法的回采順序相對靈活，在滿足開拓運輸和通風要求的基礎(chǔ)上，原則上可自由回采。采場出完礦石后，封閉空區(qū)，可用廢石或尾砂進行充填，控制地壓。

2.2無軌機械化房柱采礦法(收斂式)

由于Kamoa銅礦為大面積的單層礦體，地表允許塌陷，在選擇合適的開采順序、確保地壓逐步釋放、避免巖石累積及快速釋放應(yīng)力所造成的巖爆災害的基礎(chǔ)上，可實現(xiàn)井下安全開采并提高回收率。借鑒波蘭LGOM銅礦床采用無軌機械化房柱采礦法(收斂式)開采的經(jīng)驗，將房柱法分2步驟進行回采：第1步通過大的條形礦柱保證回采作業(yè)面安全，第2步將條形礦柱拆解成小礦柱，均勻退采，回收部分礦柱，使得小礦柱形成一種柔性支承，隨著空區(qū)面積的加大，逐步破壞，釋放應(yīng)力(圖2)。該采礦方法的巖體破壞成因理論已在沉積型礦體的開采過程中進行了實踐驗證。井下開采區(qū)域主要分為4個狀態(tài)，即未擾動原狀帶、開采初始擾動帶、強破壞帶、第2平衡穩(wěn)定帶(圖3)。開采區(qū)域由于存在礦柱保護處于穩(wěn)定狀態(tài)，拆解后的礦柱隨著工作線的推進逐步進入破壞狀態(tài)，當?shù)V柱破壞釋放應(yīng)力后，空區(qū)又將進入第2平衡穩(wěn)定狀態(tài)。無軌機械化房柱采礦法(收斂式)的采場結(jié)構(gòu)受采深增加的影響較小，無法保證采空區(qū)的永久穩(wěn)定，通過拆解礦柱回收礦量，可提高房柱法的回收率，特別是深部的采礦回收率明顯高于普通房柱法。該采礦方法的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。由于拆解后的礦柱處于柔性支承狀態(tài)，隨著時間和空區(qū)范圍的擴大，將逐步被破壞，最終在剩余礦柱的區(qū)域?qū)⒆匀恍纬啥囱?頂彎曲)狀態(tài)。因此，該采礦方法需嚴格控制回采順序，沿一個方向均勻退采，將回采、回收礦柱的推進方向分別控制在一條推進線上。地下空區(qū)所形成的地壓隨著剩余礦柱的破壞而逐步釋放，結(jié)合部分廢石或尾砂充填，可有效控制地壓，確?；夭砂踩?。

3結(jié)語

針對Kamoa銅礦的大面積緩傾斜單層薄礦體，采用無軌機械化開采方法，可大幅提高生產(chǎn)效率，降低噸礦成本。由于房柱法所留設(shè)永久礦柱的尺寸直接影響到最終的采礦回收率，為此，本研究采用收斂式的變形房柱法開采方案，可有效減小永久礦柱的損失量，特別是能夠解決深部礦柱大、回收率低的問題，相對于普通房柱法和充填開采法，優(yōu)勢較明顯，可供類似礦山參考。

圖2　無軌機械化房柱采礦法(收斂式)示意

圖3　沉積巖礦體開采破壞狀態(tài)

埋藏深度/m盤區(qū)尺寸/m礦體厚度/m條形礦柱尺寸/m拆解后礦柱尺寸/m回收率/%<600500×1604～6(6～16)×(5～9)(7～8)×(5～6)85～90≥600500×1604～6(6～16)×(5～9)(9～10)×880～85

參考文獻

[1]北京有色冶金設(shè)計研究總院.采礦設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987.

[2]賀桂成.緩傾斜層狀礦體開采沉陷預測與控制研究[D].長沙：中南大學，2013.

[3]高志榮，張睿.利用中深孔房柱法開采某鉛鋅礦緩傾斜厚礦體[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(6)：49-50.

(收稿日期2016-03-30)

黃建鑫(1985—)，男，工程師，361006 福建省廈門市翔云三路128號。