楊清平，陳志強，王紅心

(1.中色非洲礦業(yè)有限公司， 贊比亞 基特韋縣 22592； 2.北京金誠信礦山技術(shù)研究院有限公司， 北京 101500)

0 引言

謙比希銅礦主礦體的開采自2003年復(fù)產(chǎn)以來，經(jīng)過十幾年的生產(chǎn)，已開采至深部878 m水平中段。隨著礦體開采深度增加，地壓顯現(xiàn)頻度和強烈程度增大，加上地下水量大（55 000 m3/d），礦巖穩(wěn)固性變得更差，主礦體開采難度越來越大，原用采礦方法的回采指標差，效率低，開采成本極高，最終不得不限制開采或部分采區(qū)停止開采。通過采礦方法對比研究，礦山?jīng)Q定采用下向進路分層充填采礦法在主礦體878 m水平中段區(qū)域進行開采試驗。

下向分層充填采礦法常用于回采節(jié)理裂隙發(fā)育、礦巖軟弱破碎或者礦石品位高、開采價值大的急傾斜礦體[1-2]。下向分層充填采礦法的關(guān)鍵之處在于構(gòu)筑用于下分層回采的人工假頂結(jié)構(gòu)，其通常采用足夠配筋率的鋼材和高強度膠結(jié)充填材料來一起構(gòu)筑[3-4]。對于鋼筋砼人工假頂?shù)氖┕?，井下通常采用傳統(tǒng)的機械運搬方式，即采用人工小推車或鏟運機等將拌好的混凝土運至澆筑地點，這種方法具有效率低、工人勞動強度大、澆筑不連續(xù)等 缺點。

為提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)降本增效，同時保證人工假頂質(zhì)量可靠，實現(xiàn)下向安全回采，本文結(jié)合謙比希銅礦的主礦體試驗區(qū)域工況條件，研究適用于其下向進路分層回采的高效混凝土泵送技術(shù)。

1 開采技術(shù)條件

1.1 礦體形態(tài)特征

878 m水平西礦體位于2060～2700線之間，剩余礦體水平標高為770～878 m。礦體平均傾角為70°，按1.5%品位圈礦，厚度為6.01 m，Cu地質(zhì)品位為2.81%。礦體下盤有約2 m厚的富礦，Cu品位為3%～6%。礦體頂板與圍巖之間呈漸變過渡，界線不清，肉眼難以辨別，常以取樣化驗來區(qū)分。礦體開采區(qū)域見圖1。

圖1 開采區(qū)域三維示意

1.2 工程地質(zhì)條件

礦體賦存于泥質(zhì)板巖中，其直接頂板是礦化泥質(zhì)板巖，上盤圍巖還包括石英巖、板巖、燧石白云巖等，礦體直接底板為礫巖，還包括泥質(zhì)石英巖、卵石礫巖、長石石英巖等。礦體下盤的基底花崗巖及片巖、石英巖等總體上穩(wěn)定性較好。礦體及上下盤圍巖中層理和劈理發(fā)育，穩(wěn)定性不好。尤其是礦體下盤受剪切的泥質(zhì)石英巖帶和下盤礫巖接觸帶，穩(wěn)定性差。

1.3 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)地形平緩、植被茂盛，表土層滲透性強， 地下水極為豐富，含水層主要有礦體含水層和燧石白云巖含水層。礦體及其上盤白云質(zhì)泥板巖和石英巖互層統(tǒng)稱礦體含水層，該層總厚約45 m，巖性變化較大，含水性與裂隙發(fā)育程度有很大關(guān)系。燧石白云巖含水層距礦體頂板約37～60 m，厚約15 m，該層溶蝕空洞非常發(fā)育，是礦區(qū)最主要含水層，目前礦坑涌水75%來自該層（見圖2）。

圖2 試驗區(qū)域地下水分布

2 鋼筋砼假頂下向進路膏體充填法

2.1 盤區(qū)布置和采場劃分

將試驗區(qū)域（2060～2700線）沿礦體走向劃分為東、西兩個盤區(qū)，每個盤區(qū)長約320 m。其中預(yù)備層一個盤區(qū)劃分為8個采場，每個采場長度為40 m，進路尺寸為4.5 m×3.5 m（寬×高）。正常分層 一個盤區(qū)劃分為5個采場，每個采場長度為64 m（單側(cè)進路采場長度約為32 m），進路尺寸為4.0 m×4.0 m（寬×高）。

770～878 m水平高108 m，上部留14.5 m厚水平礦柱，水平礦柱下即為雙進路預(yù)備層，其內(nèi)填充0.4 m厚的人工鋼筋砼和3.1 m厚的膏體，砼強度等級通過結(jié)構(gòu)力學驗算得到，膏體需滿足自立穩(wěn)定性要求[5]。預(yù)備層下正常分層高為4 m，800 m水平分段暫按3個分層為一個分段，即分段高為12 m；800 m水平分段以下各分段暫按分段高度16 m考慮，一個分段劃分為4個分層。鋼筋砼假頂下向單進路膏體充填法采礦方法如圖3所示。

圖 3 鋼筋砼假頂下向膏體充填采礦法

2.2 采準工程布置

在礦體下盤布置采準工程，采準工程主要有采區(qū)斜坡道、脈外分段巷、分層聯(lián)絡(luò)道、穿脈出礦巷道、溜井、溜井聯(lián)絡(luò)道、充填回風井及聯(lián)巷。兩個盤區(qū)布置一條采區(qū)斜坡道；每兩個采場共用一個溜井（已有工程不再施工）；分段巷布置在礦體下盤且避開中礫巖層；每個采場的每個分層布置一條分層聯(lián)絡(luò)道；每個采場布置一條充填回風井，在脈外 分段巷適當位置設(shè)置聯(lián)絡(luò)巷與之相連。

2.3 支護

（1）采準工程支護。采準工程一般布置在穩(wěn)定性較好的巖石中，設(shè)計采用管縫式錨桿支護，每排7根，排距為1.5 m，不穩(wěn)固地段和聯(lián)絡(luò)道開口處增加錨網(wǎng)、長錨索及噴射混凝土支護。

（2）采場支護。由于礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育，礦體涌水量大，造成圍巖極其不穩(wěn)定，所以生產(chǎn)中實行“短掘短支”的方式開采[6]，支護方式主要為錨網(wǎng)噴、錨索及鋼拱架支護，支護斷面如圖4所示。

圖4 采場支護斷面

3 混凝土泵送

3.1 設(shè)備選型

根據(jù)回采區(qū)域整體輸送范圍，結(jié)合采場結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，考慮泵送量及生產(chǎn)效率，選擇JBC40/450混凝土攪拌泵送一體機進行混凝土制備和輸送，設(shè)備最大理論輸送能力為40 m3/h；輸送壓力：低壓10 MPa，高壓16 MPa；理論輸送距離：水平600～800 m，垂直60～80 m；最大允許骨料粒徑為40 mm；輸送管徑為125 mm；塌落度范圍為100～230 mm。

3.2 硐室布置

采用鋼筋砼假頂下向進路分層充填采礦法進行開采時，每分層需構(gòu)筑鋼筋砼假底，需要制備混凝土漿體并輸送?？紤]到運距和效率，同時為盡快投入生產(chǎn)，規(guī)劃混凝土攪拌硐室布置在預(yù)備層分段2310充填回風井和71#溜井間。攪拌泵送一體機硐室規(guī)格根據(jù)攪拌泵送一體機尺寸大小確定，混凝土原材料（水泥、石子、砂子）硐室規(guī)格按一次性最大澆筑64 m長（0.4 m厚）進路采場的混凝土方量確定，硐室斷面為4 m×3.55 m，長為10 m，具體布置如圖5所示。

圖5 混凝土攪拌硐室位置布置平面圖

3.3 混凝土配合比[7]

泵送混凝土即沿管道輸送混凝土，需要混凝土具有良好的泵送性。此外，混凝土作為下分層回采的頂板，需要其具有滿足其承載要求的強度[8-9]。根據(jù)采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過結(jié)構(gòu)力學驗算以及塌落度試驗，選擇混凝土強度等級為C20，澆筑厚度為0.4 m，每立方混凝土配合比參數(shù)見表1。

表1 每立方C20混凝土配合比

3.4 混凝土制漿工藝及輸送

混凝土原材料（如水泥、中砂、石子）提前用卡車從地表運至指定的分段硐室儲存。充填時，砂子、石子可通過小鏟車或人工向攪拌泵送一體機受料斗中按比例供料，水泥可通過人工或者小鏟車定量添加到受料斗中，然后受料斗在升降機的作用下，將物料送至混凝土攪拌泵送一體機攪拌槽內(nèi)，再按比例加水經(jīng)攪拌后形成混凝土料漿，水不能為井下酸性水，混凝土制漿工藝流程如圖 6 所示。

圖6 混凝土料漿制備工藝流程

混凝土輸送管選用DN125 mm鋼管，以滿足輸送壓力要求。輸送管道在達到澆筑區(qū)域之前采用鋼管，到達澆筑區(qū)域之后換成軟管。

4 結(jié)論

（1）針對謙比希銅礦主礦體878 m水平西開采技術(shù)條件，介紹了用于其回采的鋼筋砼假頂下向膏體充填采礦法開采方案，包括盤區(qū)與采場劃分、采準工程布置及相關(guān)支護方式。

（2）考慮輸送范圍、采場澆筑量、生產(chǎn)效率等因素，進行了設(shè)備選型，選擇JBC40/450混凝土攪拌泵送一體機進行混凝土制備和輸送，同時根據(jù)結(jié)構(gòu)力學驗算及塌落度試驗，選擇強度等級為C20的混凝土，澆筑厚度為0.4 m，其每立方配合比為：32.5 MPa水泥0.4 t，中砂0.411 m3，直徑小于16 mm的石子0.87 m3，水0.22 m3。

（3）混凝土輸送管道達到澆筑區(qū)域之前選擇管徑為125 mm的鋼管，到達澆筑區(qū)域之后換成軟管輸送。