張愛民，劉育明，鄭學敏，馬俊生，張金鐘

(1.中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038；2.中色非洲礦業(yè)有限公司，贊比亞 基特韋)

1 前言

針對傾角15°～35°、厚度10～30m的緩傾斜薄至中厚礦體開采，由于礦體傾角較緩，礦石無法通過自溜出礦，若采用機械搬運或扒運，則采場空頂較高，頂板管理困難，存在安全隱患。另外，采場空間受限，難以實現(xiàn)無軌設備的高效開采，因此，此類礦體開采一直被認為是世界性采礦技術難題[1-2]。

據(jù)統(tǒng)計，目前常用的方法為房柱法(占50%)、分層充填采礦法(占30%)和分段空場嗣后充填法(占20%)等。房柱法開采緩傾斜中厚礦體時，由于傾角超過鏟運機爬坡角度，往往需要偽傾斜(或斜坡道)布置出礦巷道，但由此增大了鏟運機的運距，降低了其運行效率，且一般鑿巖為淺孔布置，鏟運機出礦效率較低，留設的礦柱損失率大、采空區(qū)應力集中在礦柱內(nèi)，安全風險較高。分層充填采礦法應用較廣，尤其是針對品位較高的礦床開采，為提高礦石回收率和控制巖移及頂板壓力，越來越多的礦山采用分層充填采礦法，但此種采礦方法無法一次采全厚，需分多次進行采、充作業(yè)工序，采場生產(chǎn)效率較低。采用中深孔鑿巖的空場嗣后充填法既能一次回采礦體全厚，又能提高鏟運機的出礦效率，是解決緩傾斜中厚礦體開采的發(fā)展趨勢。

2 開采技術條件

謙比希銅礦位于中南部非洲贊比亞共和國銅帶省，銅礦帶長約150km，寬約50km，銅礦帶內(nèi)礦床賦存于淺棕色組沉積巖中，是世界上大型沉積礦床之一。其中東南礦區(qū)為謙比希銅礦的一個主要礦區(qū)，其礦體為緩至中厚礦體，品位偏低，埋藏深度大。礦區(qū)采用分期建設方案，一期工程開采1#礦體0線以北部分。

1#礦體賦存于淺變質泥巖、砂質板巖中，呈層狀產(chǎn)出，礦體走向北西，傾向北東，礦體沿走向長2 700m，沿傾向寬569～1 237m，礦體沿走向、傾向延伸較穩(wěn)定。礦體厚度2.32～23.73m，平均厚度8.12m。傾角5°～20°，局部有變化。礦體埋深在500～1 040m，礦石主要為硫化礦。

礦區(qū)頂板為石英巖、變質砂巖互層，層厚在11～75m，巖體完整，局部為基本完整。礦層直接底板主要為下盤石英巖和下盤礫巖，局部地段為白云巖或基底片麻花崗巖。

礦體為弱含水層，從探礦巷道揭露的情況看，礦層基本上不含水，但礦區(qū)上部覆巖有多個含水層。

針對東南礦區(qū)0線以北的礦體，以160～200m劃定盤區(qū)，從東往西依次劃為1#～5#盤區(qū)，各盤區(qū)傾角和厚度見表1，本次選定首采的3#盤區(qū)(標高為985～1 045m水平)為采礦方案布置研究區(qū)域。

表1 各盤區(qū)礦體傾角和厚度

3 采礦方法選擇

根據(jù)開采技術條件，結合謙比希主西礦體的開采經(jīng)驗[3-4]和東南礦體的前期相關研究[5]，適合東南礦體北采區(qū)3#盤區(qū)的采礦方法包括預護頂進路分段空場嗣后充填法、進路分段空場嗣后充填法、進路階段空場嗣后充填法。

為滿足礦山的高效安全開采要求，三種采礦方法均采用中深孔鑿巖，條形進路布置，進路暴露面積滿足Mathews穩(wěn)定性分析的要求，回采礦石采用鏟運機出礦。

3.1 預護頂進路分段空場嗣后充填法

將礦塊劃分為盤區(qū)，以盤區(qū)為回采單元組織生產(chǎn)。盤區(qū)沿礦體走向布置，每個盤區(qū)長200m，盤區(qū)間預留20m間柱。每個盤區(qū)內(nèi)劃分為2個礦塊，礦塊寬80m，礦塊內(nèi)留20m間柱，每個盤區(qū)共用1個溜井，礦塊高50m，礦塊厚度即為礦體厚度。礦塊劃分為4個條形進路采場，采場寬度12.5m。分段高度為15～20m。

分段巷道布置在下盤脈外，通過采區(qū)斜坡道與上下連通，從分段巷道向礦體方向掘進出礦進路，單條出礦進路服務2個條形采場，由下至上回采。

回采前，在采場頂部通過上分段的充填聯(lián)絡道進行切頂或護頂層，在護頂層內(nèi)采用管縫式錨桿或金屬網(wǎng)，部分采場采用下向護頂錨索支護。其采準布置如圖1所示。

1-中段沿脈；2-穿脈；3-采準斜坡道；4-分段聯(lián)絡道；5-分段巷道；6-出礦巷道聯(lián)絡道；7-出礦巷道；8-出礦進路；9-鑿巖巷道；10-溜井；11-護頂層及充填聯(lián)絡道；12-護頂及充填巷道；13-護頂錨索圖1 預護頂進路分段空場嗣后充填法

回采時，鑿巖采用中深孔鑿巖臺車在分段鑿巖巷道內(nèi)鑿上向扇形炮孔，采用粒狀銨油炸藥和非電導爆系統(tǒng)起爆。

單分段內(nèi)進路采場內(nèi)自下而上依次回采，分段之間可間隔式回采。

采場鑿巖完畢后，集中裝藥爆破。爆下的礦石用14t柴油鏟運機通過進路出礦，卸至盤區(qū)溜井。

分段采場內(nèi)礦石全部出完后，集中一次充填，采用灰砂比1∶10～1∶15的全尾砂膠結充填。

3.2 進路分段空場嗣后充填法

將礦體劃分為盤區(qū)，以盤區(qū)為回采單元組織生產(chǎn)。盤區(qū)沿礦體走向布置，每個盤區(qū)長180m，盤區(qū)間預留10m間柱。每個盤區(qū)內(nèi)劃分為2個礦塊，礦塊寬80m，礦塊內(nèi)留10m間柱，每個盤區(qū)共用1個溜井，礦塊高50m，礦塊厚度即為礦體厚度。礦塊劃分為3個條形采場，采場寬度12m。充填通風聯(lián)絡道布置在間柱內(nèi)，其角度為8°，到達采場頂部，并通過充填通風天井與各條形采場相連通，分段高度為14.5m。

分段巷道布置在下盤脈外，通過采區(qū)斜坡道與上下分段連通。從分段巷道向礦體方向掘進出礦進路，在采場底部掘進鑿巖巷道。其采準布置如圖2所示。

1-中段沿脈；2-穿脈；3-采準斜坡道；4-分段聯(lián)絡道；5-分段巷道；6-出礦巷道聯(lián)絡道；7-出礦巷道；8-出礦進路；9-鑿巖巷道；10-溜井圖2 條形進路分段空場嗣后充填法

回采時，采用中深孔鑿巖臺車在分段鑿巖巷道內(nèi)鑿上向扇形炮孔，采用粒狀銨油炸藥和非電導爆系統(tǒng)起爆。單分段內(nèi)進路采場自下而上依次回采，分段之間可間隔式回采。采場鑿巖完畢后，集中裝藥爆破。爆下的礦石采用14t柴油鏟運機出礦。

待分段采場內(nèi)礦石全部出完后，集中一次充填。充填管從采場上盤的充填通風井，架設至采場頂部，同時，在出礦進路內(nèi)安設好泄水管，并打好隔墻。采用灰砂比1∶10～1∶15的全尾砂膠結充填。

3.3 進路階段空場嗣后充填法

將礦體劃分為盤區(qū)，以盤區(qū)為回采單元組織生產(chǎn)。盤區(qū)沿礦體走向布置，每個盤區(qū)長200m，盤區(qū)間預留10m間柱。每個盤區(qū)內(nèi)劃分為若干個條形采場，每個條形采場寬12m，長80m，高為礦體垂直厚度。出礦巷道沿礦體傾向布置在礦體脈外底層，連接各條形采場的底部鑿巖巷道。盤區(qū)間柱內(nèi)靠礦體上盤脈內(nèi)布置充填通風聯(lián)絡道，通過充填通風聯(lián)絡道連接各進路采場。其采準布置如圖3所示。

1-中段沿脈；2-中段穿脈；3-出礦中段；4-采準斜坡道；5-出礦穿脈；6-出礦巷道；7-鑿巖巷道；8-充填通風巷道；9-通風切割天井；10-溜井圖3 進路階段空場嗣后充填采礦法

回采時，采用中深孔鑿巖臺車在鑿巖巷道內(nèi)鑿上向扇形炮孔，采用粒狀銨油炸藥和非電導爆系統(tǒng)起爆。中段內(nèi)進路采場自下而上依次間隔式回采。

采場鑿巖完畢后，集中裝藥爆破。爆下的礦石用遙控鏟運機，通過出礦進路，卸至盤區(qū)溜井。

進路式采場回采結束后，集中一次充填。采場內(nèi)安設好泄水管，打好隔墻。采用灰砂比1∶10～1∶15的全尾砂膠結充填。

4 主要技術經(jīng)濟指標對比

對提出的三種采礦布置方案進行技術經(jīng)濟對比，其對比結果見表2，各方案優(yōu)缺點見表3。

表2 三種采礦方法主要經(jīng)濟指標對比

注：主要材料成本數(shù)據(jù)依據(jù)現(xiàn)場實際單價。

表3 三種采礦方法主要經(jīng)濟指標對比

經(jīng)過比較，從貧化率、損失率、采準布置、廢石產(chǎn)出比例、綜合成本等方面分析，方案1雖然具有采切工程量大、損失率高等不利因素，但是由于該方案采用頂板錨桿護頂、底部側向進路出礦，作業(yè)更加安全；同時該方案采用中深孔鑿巖具有采場能力大，頂板控制更加有利于降低貧化率，保障出礦品位，故結合謙比希銅礦開發(fā)的當?shù)丨h(huán)境，從采場頂板管理和采場出礦的安全性考慮，針對開采深度超過千米的3#盤區(qū)開采，最終確定選擇預護頂進路分段空場嗣后充填法。

5 結論

結合謙比希東南銅礦的實際開采技術條件，考慮礦體賦存形態(tài)、采場安全、鏟運機效率、作業(yè)環(huán)境安全等因素，針對北部礦體傾角厚度大于10m、平均傾角22°的3#盤區(qū)，確定采用預護頂進路分段空場嗣后充填采礦法。在礦山開采實際采準工程布置中，還需要結合礦體賦存條件變化、地應力大小、回采順序調整等情況進一步優(yōu)化該采礦方法的布置形式和結構參數(shù)。