盧 霞，周益龍，江飛飛，李 強(qiáng)

(1.深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東 韶關(guān)市 512325； 2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012； 3.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

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凡口鉛鋅礦機(jī)械化分段鑿巖分段充填法試驗(yàn)研究

盧 霞1，周益龍2,3，江飛飛2,3，李 強(qiáng)2,3

(1.深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦， 廣東 韶關(guān)市 512325； 2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012； 3.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

為解決凡口鉛鋅礦獅嶺南緩傾斜至傾斜中厚礦體開采所面臨的礦石貧化率高、部分礦石出礦困難等問題，通過對(duì)礦體結(jié)構(gòu)面調(diào)查和開采技術(shù)條件分析，提出了適合獅嶺南緩傾斜至傾斜中厚礦體開采的機(jī)械化分段鑿巖分段充填采礦法，并在shn-500 m209#(西條)南段采場(chǎng)進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，此方法能夠在保證安全的前提條件下，取得了良好的技術(shù)指標(biāo)，在礦山類似條件采場(chǎng)適合推廣應(yīng)用。

緩傾斜至傾斜中厚礦體；機(jī)械化分段鑿巖；分段充填法；工業(yè)試驗(yàn)

0 引 言

凡口鉛鋅礦位于韶關(guān)市仁化縣境內(nèi)，董塘盆地北緣，目前是我國(guó)乃至亞洲最大的鉛鋅生產(chǎn)基地，現(xiàn)隸屬深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司。礦山始建于1965年，1968年正式投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)規(guī)模為日處理鉛鋅礦石量3000 t，經(jīng)過多年的技術(shù)改造，現(xiàn)已具備日處理鉛鋅礦石量5000～5500 t，年產(chǎn)鉛鋅金屬量18萬t的綜合生產(chǎn)能力。礦山目前的采選技術(shù)與工藝和裝備均屬國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，其中采礦工藝主要包括全尾砂膠結(jié)充填、盤區(qū)機(jī)械化充填法和VCR法等，地下采礦裝備主要包括自動(dòng)化程度較高和安全性較好的鑿巖、裝藥和出礦等設(shè)備[1-3]。

緩傾斜至傾斜中厚礦體開采一直作為國(guó)內(nèi)外眾多礦山面臨的共同問題，如何在保證安全的前提條件下降低礦石的貧化和損失是礦山面臨的主要技術(shù)難題。凡口鉛鋅礦前期開采此部分礦體的采礦方法主要為普通上向水平分層充填采礦法。在開采過程中，由于礦體形態(tài)變化較大，礦體上盤1～2 m范圍內(nèi)的頂板圍巖松散易垮落而造成礦石貧化，且因礦體較緩部分礦石在爆破后無法依靠自重溜出而造成出礦困難和一定的損失；礦巖結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，在回采過程中空頂高度較高、頂板暴露時(shí)間較長(zhǎng)，給設(shè)備和正常的井下生產(chǎn)等造成一定的安全威脅；另外獅嶺南部分的年產(chǎn)礦石量需達(dá)到40～50萬t，約占全礦年產(chǎn)量的1/3，現(xiàn)有采礦工藝達(dá)到產(chǎn)能需求存在一定的困難。為了有效解決凡口鉛鋅礦獅嶺南緩傾斜礦體開采過程中所存在的技術(shù)難題，切實(shí)提高礦山技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益，有必要針對(duì)獅嶺南緩傾斜至傾斜中厚礦體開展開采方法和工藝試驗(yàn)研究。

1 礦體結(jié)構(gòu)面調(diào)查及開采技術(shù)條件分析

為了對(duì)凡口鉛鋅礦獅嶺南研究范圍內(nèi)礦體的開采技術(shù)條件有著更加深入的認(rèn)識(shí)，首先開展了礦體結(jié)構(gòu)面調(diào)查，調(diào)查地點(diǎn)選擇在凡口鉛鋅礦獅嶺南賦存有(緩)傾斜礦體的-320，-360 m和-400 m中段的出礦穿脈巷以及各分段的回采進(jìn)路中，針對(duì)礦巖體揭露良好的部位。

由調(diào)查結(jié)果可知，礦體中主要發(fā)育有3組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，其結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀分別為59°∠68°、14°∠70°和292°∠60°。根據(jù)結(jié)構(gòu)面等密度圖及原始調(diào)查數(shù)據(jù)分析可知，各優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面分別占調(diào)查結(jié)構(gòu)面總量的22.09%、16.28%和24.42%，結(jié)構(gòu)面平均間距為0.26 m，平均線密度為3.83條/m，總體而言，礦體結(jié)構(gòu)面一般發(fā)育，根據(jù)RMR法和Q系統(tǒng)法的評(píng)價(jià)結(jié)果可知礦體所對(duì)應(yīng)的巖體級(jí)別為Ⅱ～Ⅲ級(jí)，礦體質(zhì)量總體中等至良好。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況可知，礦體中的結(jié)構(gòu)面大多為閉合狀態(tài)，結(jié)構(gòu)面跡線長(zhǎng)度一般大于1 m，其表面大多為平坦的、少部分為粗糙的，大多結(jié)構(gòu)面之間無充填物，少數(shù)結(jié)構(gòu)面之間存在5～30 cm的石英充填物，滲水性狀況大多數(shù)為潮濕，局部區(qū)域出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，風(fēng)化程度一般未風(fēng)化，局部區(qū)域?yàn)檩p微-中等風(fēng)化，因而結(jié)構(gòu)面特點(diǎn)明顯、整體特性較好。

凡口礦床為超大型隱伏鉛鋅礦床，礦區(qū)面積約5 km2，礦床工業(yè)類型屬產(chǎn)出于碳酸鹽類巖石中成分簡(jiǎn)單的似層狀、透鏡狀熱液交代礦床。該礦床具有規(guī)模大、品位高、綜合經(jīng)濟(jì)價(jià)值高等突出的總體特征。礦山井下采礦范圍包括水草坪區(qū)域內(nèi)的金星嶺北翼和獅嶺兩地段，井下作業(yè)區(qū)域主要有富含硫鐵金星嶺低品位區(qū)、獅嶺主礦區(qū)、獅嶺頂板礦體高品位區(qū)、獅嶺南礦體區(qū)及深部礦體區(qū)。其中，獅嶺南礦體區(qū)于1987年進(jìn)行開拓探礦，其緩傾斜礦體儲(chǔ)量約為380萬t，占全礦已探明可采儲(chǔ)量的約20%，此部分礦體平均傾角35°～40°，礦體平均厚度6～8 m，屬緩傾斜至傾斜中厚礦體。另外，根據(jù)礦體工程地質(zhì)調(diào)查結(jié)果和已有的巷道與采場(chǎng)揭露情況可知，礦體穩(wěn)固性較好，井下工程一般不需要支護(hù)，礦山水文地質(zhì)條件為復(fù)雜～中等復(fù)雜類型，地表不允許崩落，總體而言礦床開采技術(shù)條件屬中等類型。

2 機(jī)械化分段鑿巖分段充填法采礦方案

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)此類型礦體的采礦方法主要有分段空?qǐng)龇?、底盤漏斗采礦法、分層充填法及分段崩落法等；而國(guó)外開采此類型礦體則主要是以房柱法、充填法和爆力運(yùn)搬采礦法為主[4-6]。結(jié)合凡口礦獅嶺南礦體賦存情況及礦山開采現(xiàn)狀，針對(duì)普通上向水平分層充填法開采此類型礦體過程中所存在的問題，提出了機(jī)械化分段鑿巖分段充填采礦法、分段鑿巖分段充填采礦法、機(jī)械化上向高分層充填采礦法和機(jī)械化水平鑿巖分層充填采礦法4種采礦方法方案。經(jīng)過對(duì)各方案定性優(yōu)缺點(diǎn)及定量模糊綜合評(píng)判分析，得出機(jī)械化分段鑿巖分段充填采礦法為4個(gè)方案中的最優(yōu)方案，其標(biāo)準(zhǔn)方案如圖1所示。

圖1 機(jī)械化分段鑿巖分段充填采礦法方案

(1) 礦塊布置及采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。沿礦體走向布置采場(chǎng)，采場(chǎng)長(zhǎng)100 m，寬為礦體厚度，中段高度為50 m，分段高度為8 m，留設(shè)8 m的底柱。

(2) 采準(zhǔn)切割工程。采切工程主要包括采準(zhǔn)斜坡道、分段平巷、分段出礦聯(lián)絡(luò)巷、溜礦井、切割聯(lián)絡(luò)巷、切割巷、順路脫水井等。從下盤運(yùn)輸巷道掘進(jìn)采準(zhǔn)斜坡道，在各分段水平離礦體一定的距離并沿礦體走向掘進(jìn)分段沿脈巷，在采場(chǎng)端部垂直礦體走向掘進(jìn)分段出礦巷至礦體上盤，并與分段巷道和溜礦井連通，第一分段在礦體中掘進(jìn)沿脈拉底巷，在拉底巷進(jìn)行擴(kuò)幫回采，擴(kuò)幫至礦體上下盤邊界。從分段平巷采場(chǎng)中部掘進(jìn)分段切割聯(lián)絡(luò)巷至礦體上盤。在第一分段的分段切割巷開始向上采用留礦法回采至上一中段，形成3 m寬的采場(chǎng)切割槽。在分段切割聯(lián)絡(luò)巷出凈切割槽內(nèi)的礦石后形成了分段落礦的自由面空間和采場(chǎng)通風(fēng)通道。

(3) 回采工藝。首先在采場(chǎng)拉底水平用鑿巖臺(tái)車向上鉆鑿扇形平行中深孔，分段中深孔鑿巖完后，以切割槽為自由面，分段爆破回采，從中間向兩端依次爆破回采。通過分段平巷到分段出礦聯(lián)絡(luò)進(jìn)入采場(chǎng)，采用遙控鏟運(yùn)機(jī)出礦，并倒入采場(chǎng)礦石溜井。分段回采完畢后，進(jìn)行分段膠結(jié)充填，充填至上分段底板標(biāo)高，待充填體質(zhì)量達(dá)到要求后即可進(jìn)行下一工序作業(yè)，撬毛臺(tái)車從分段出礦聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入采場(chǎng)，從采場(chǎng)兩端向中間進(jìn)行頂板檢查，撬下采場(chǎng)直接頂板的浮石和松動(dòng)。然后進(jìn)行采場(chǎng)上盤頂板支護(hù)，上盤頂板支護(hù)采用中空注漿錨桿與金屬網(wǎng)及頂板注漿聯(lián)合支護(hù)。采場(chǎng)上盤頂板支護(hù)完畢后，切割下盤的三角體，作為上一分段鑿巖臺(tái)車鉆鑿扇形中深孔的作業(yè)空間，爆破下盤三角體廢石運(yùn)至采場(chǎng)上盤三角體內(nèi)，減少礦體回采二次損失。在膠結(jié)充填體上靠下盤空間內(nèi)采用鑿巖臺(tái)車進(jìn)行上一分段中深孔鑿巖，分段鑿巖完成后回采上一分段。

(4) 采場(chǎng)通風(fēng)。新鮮風(fēng)流通過下盤運(yùn)輸巷，經(jīng)采準(zhǔn)斜坡道進(jìn)入各分段巷道、分段出礦巷到采場(chǎng)，污風(fēng)經(jīng)采場(chǎng)切割槽進(jìn)入上一中段的回風(fēng)平巷。

(5) 充填。一分段回采完畢后，進(jìn)行膠結(jié)充填且充填高度為8 m，然后進(jìn)行膠面作業(yè)；后續(xù)各分段回采結(jié)束后進(jìn)行分段充填，充填高度均為8 m。在充填前應(yīng)在采場(chǎng)兩端做好充填擋墻和架設(shè)好順路脫水井，充填時(shí)通管道從采場(chǎng)端部將料漿輸至采場(chǎng)，并通過順路脫水井進(jìn)行脫水作業(yè)。

3 采礦工藝工業(yè)試驗(yàn)

根據(jù)機(jī)械化分段鑿巖分段充填采礦方法與工藝，以及獅嶺南緩傾斜至傾斜中厚礦體賦存條件和井下實(shí)際情況，決定在獅嶺南-500 m中段209#采場(chǎng)開展采礦工藝工業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)采場(chǎng)長(zhǎng)60 m左右，試驗(yàn)地點(diǎn)礦體近南北走向，南部礦體稍薄北部稍厚，礦體平均傾角40°左右，礦體水平厚度約為5 m。試驗(yàn)采場(chǎng)圍巖地層層間裂隙較發(fā)育，回采過程中除需注意礦體和圍巖中的斷裂構(gòu)造外，還需注意圍巖中的層間裂隙面；采場(chǎng)頂板結(jié)構(gòu)較差，節(jié)理裂隙發(fā)育，礦體上下盤圍巖均較為破碎，層間構(gòu)造發(fā)育，易發(fā)生層間剝落。

3.1 shn-500 m209#南段采場(chǎng)回采總體布置

采場(chǎng)由shn-500 m一分段平坡進(jìn)入，在礦體南端部布有切割天井，由于南部礦體較薄，若以天井為自由面進(jìn)行逐排炮破，中深孔側(cè)向崩礦時(shí)可能因拉槽區(qū)較窄，后面炮孔礦體逐排變寬，爆破造成礦石的貧化和損失或爆破效果變差。因此在采場(chǎng)中部布置掏槽區(qū)，進(jìn)人工對(duì)角掏槽，布置4個(gè)空孔，掏槽區(qū)孔網(wǎng)參數(shù)為1.2 m×1.2 m。采場(chǎng)南端部礦體較薄，采取人工上挑進(jìn)行回采。試驗(yàn)采場(chǎng)回采布置見圖2。

3.2 shn-500 m209#(西條)南段采場(chǎng)回采爆破

在試驗(yàn)采場(chǎng)炮孔施工完畢后，需要對(duì)礦界進(jìn)行修訂以及對(duì)炮孔進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可開始拉槽爆破作業(yè)。拉槽區(qū)范圍布置在第13排到第15排之間，采用9眼掏槽，布置4個(gè)空孔，4個(gè)裝藥孔，中間一個(gè)裝藥孔，以9眼掏槽孔為中心布置3圈孔進(jìn)行爆破拉掏，形成拉掏空間，礦體下盤布置2～3個(gè)斜孔，上盤礦體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況布置直孔以拉槽空間為自由面進(jìn)行側(cè)爆，最終形成采場(chǎng)拉槽區(qū)，采場(chǎng)拉槽區(qū)布孔方式如圖3所示。

采用裝藥臺(tái)車裝藥，炮孔裝藥長(zhǎng)度按0.85的裝藥系數(shù)計(jì)算確定，裝藥后其余部分為堵塞長(zhǎng)度，對(duì)于較短炮孔，堵塞長(zhǎng)度不小于0.4 m。采用非電導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)；起爆導(dǎo)爆管雷管安裝在孔底；采用微差起爆方式，以側(cè)向?yàn)樽杂擅婧脱a(bǔ)償空間，同排中間孔先響，上下盤邊孔后響，逐排起爆。在采場(chǎng)進(jìn)路口安裝局扇，新鮮風(fēng)流清洗爆破工作面，經(jīng)過回風(fēng)聯(lián)絡(luò)道回到回風(fēng)巷；使用遙控鏟運(yùn)機(jī)出礦，并于附近溜井卸礦。

本采場(chǎng)各分段均一次性爆破，以拉槽區(qū)為自由面兩側(cè)逐排分段向拉槽區(qū)進(jìn)行微差一次性爆破，采場(chǎng)南端部采用人工挑高進(jìn)行回采，柱子孔以采場(chǎng)窿形空間和人工挑高的空間為自由面進(jìn)行側(cè)向爆破，整個(gè)回采過程的爆破作業(yè)需嚴(yán)格按照相應(yīng)的作業(yè)規(guī)程執(zhí)行。

圖2 shn-500 m209#(西條)南段采場(chǎng)回采布置平面圖

圖3 試驗(yàn)采場(chǎng)拉槽區(qū)炮孔布置

4 結(jié)果及結(jié)論

經(jīng)過約半年的機(jī)械化分段鑿巖分段充填法工業(yè)回采試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)回采統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，試驗(yàn)期間共采出礦量約4.5萬t，礦石損失率約為3%，礦石貧化率約為10%。另外，在試驗(yàn)采場(chǎng)中還采用了中空注漿錨桿與金屬網(wǎng)及頂板注漿聯(lián)合支護(hù)的方式，用于支護(hù)采場(chǎng)上盤頂板，現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)效果總體良好，能夠較好的滿足回采期間的設(shè)備等安全需要?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)械化分段鑿巖分段充填法機(jī)械化程度高、適應(yīng)性較強(qiáng)，適合開采形態(tài)變化較大的礦體，且取得了良好的技術(shù)指標(biāo)，為礦山安全高效開采緩傾斜至傾斜中厚礦體積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，在礦山類似條件采場(chǎng)適合推廣應(yīng)用。

[1]李向東,周益龍,李 強(qiáng),等.凡口礦緩傾斜礦體開采技術(shù)研究結(jié)題報(bào)告[R].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司凡口鉛鋅礦,2015.

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盧 霞(1965-)，男，廣東興寧人，工程師，長(zhǎng)期從事采礦技術(shù)管理工作。