陸錦濤，何斌全，劉奇，劉子強(qiáng)，歐任澤

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012； 2.湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司， 湖南 郴州市 423000)

0 引言

大直徑深孔采礦技術(shù)是由加拿大國際鎳公司銅崖北礦和來瓦克礦于20世紀(jì)70年代中期首創(chuàng)并發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)[1]。國內(nèi)最早是長沙礦山研究院對(duì)大直徑深孔采礦技術(shù)進(jìn)行研究，并于1981年在凡口鉛鋅礦展開現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)[2]。隨著試驗(yàn)成功，該技術(shù)在銅綠山鐵礦、安徽草樓鐵礦、安慶銅礦等礦山進(jìn)行推廣，大型智能化設(shè)備的推廣使大直徑深孔采礦技術(shù)在國內(nèi)得到極大的發(fā)展[3]。

階段深孔側(cè)向崩礦嗣后充填采礦法采用下向大直徑深孔，將采場鑿巖集中在上中段水平，不設(shè)分段平巷，回采空間是敞空的，后期采用充填體和圍巖對(duì)地壓進(jìn)行管理與控制，采場準(zhǔn)備及回采過程工藝簡單。同時(shí)采場規(guī)模及回采效率對(duì)鑿巖、出礦等設(shè)備有一定的要求，有利于推廣采用大型智能化設(shè)備[4-5]。大直徑深孔采礦發(fā)展初期以純VCR法的落礦方式為主，一般采用球形藥包崩礦，其對(duì)相鄰采場破壞較小，爆破效果較好，但由于一次爆破高度較低，次數(shù)多，爆破繁瑣增加了采礦成本[6]。隨著采礦技術(shù)進(jìn)步，其落礦方式發(fā)展為VCR+側(cè)向崩礦法。側(cè)向崩礦的關(guān)鍵技術(shù)在于側(cè)向崩礦方式、爆破方案及邊孔控制[6]。

1 地質(zhì)概況

柿竹園礦礦體圍巖為泥質(zhì)灰?guī)r和花崗巖，巖體結(jié)構(gòu)以塊狀和厚層狀結(jié)構(gòu)為主，巖石強(qiáng)度高，成礦后期斷裂構(gòu)造不發(fā)育，穩(wěn)定性好，不易發(fā)生工程地質(zhì)問題。礦體底板為堅(jiān)硬完整的花崗巖，礦體及圍巖巖體質(zhì)量等級(jí)為I、II類，工程地質(zhì)為簡單類型。

2 階段深孔側(cè)向崩礦嗣后充填采礦法

階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法將鑿巖集中在上中段水平的鑿巖硐室，不設(shè)置分段平巷，鉆鑿深孔，全階段一次鑿巖，階段高度內(nèi)分次爆破[8]。出礦水平位于礦房底部結(jié)構(gòu)，待出礦作業(yè)全部完成后，全階段高度內(nèi)分多次、按照不同的強(qiáng)度配比，逐步進(jìn)行充填作業(yè)，礦房回采完成后利用充填體和圍巖對(duì)地壓進(jìn)行管理與控制[9]。

結(jié)合柿竹園鎢多金屬礦開采規(guī)劃條件，上部鑿巖硐室及底部出礦結(jié)構(gòu)均可采用智能化掘進(jìn)臺(tái)車作業(yè)，其掘進(jìn)效率得到保證。在上部鑿巖硐室使用潛孔鉆機(jī)沿整個(gè)采場走向一次性鉆鑿?fù)暾麄€(gè)采場的下向大直徑深孔，作業(yè)效率大幅度提升，后期可采用潛孔鉆遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，一方面能保證深孔成孔精度，另一方面降低井下作業(yè)人數(shù)，提高作業(yè)安全性[10]。階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法能很好地適應(yīng)智能設(shè)備作業(yè)，作業(yè)效率得到保證。

2.1 采場布置及結(jié)構(gòu)要素

采場垂直礦體走向布置，各個(gè)采場間不留間柱，分為一、二步驟依次回采。采場寬均為20 m，長度為114 m，回采標(biāo)高為407～470 m，高63 m。

2.2 采準(zhǔn)切割工程布置

設(shè)計(jì)采用單側(cè)進(jìn)路出礦塹溝底部結(jié)構(gòu)，每個(gè)采場底部布置一條受礦巷兼中深孔鑿巖巷，巷道掘進(jìn)采用掘進(jìn)臺(tái)車。本次采準(zhǔn)工程設(shè)計(jì)主要為407 m水平底部出礦結(jié)構(gòu)及上部鑿巖硐室，包括：拉底巷、出礦巷、出礦進(jìn)路、切割橫巷、切割天井、鑿巖硐室聯(lián)絡(luò)巷及鑿巖硐室等。

鑿巖硐室之間留設(shè)3 m寬的條柱，并每隔25～28 m布置一條聯(lián)絡(luò)道聯(lián)通，聯(lián)絡(luò)道尺寸為4 m×3.8 m。在470 m水平布置鑿巖硐室，硐室頂板中間高兩端低，呈自然平衡拱布置，寬度為20 m，長度為106 m，寬度和長度均超出采場邊界0.5 m，滿足鑿巖設(shè)備鑿巖，中間留3 m的條形間柱。鑿巖硐室的頂?shù)装宀捎霉饷姹?，同時(shí)在硐室施工時(shí)，對(duì)鑿巖硐室采用錨桿+金屬網(wǎng)的方式支護(hù)，以保證大直徑深孔鑿巖施工質(zhì)量和硐室的安全穩(wěn)定。

2.3 回采工藝

采場由切割槽和側(cè)崩區(qū)構(gòu)成，切割槽尺寸長×寬為20 m×5 m，其余為正排爆破的側(cè)崩區(qū)。采用深孔爆破成井技術(shù)一次成孔，逐段爆破形成切割天井，然后利用切割井作為自由面和補(bǔ)償空間，全孔側(cè)向爆破形成切割槽。切割槽形成后，側(cè)崩區(qū)以切割槽作為自由面和補(bǔ)償空間，往端部或兩側(cè)依次拉開，直至整個(gè)采場回采完畢[11-13]。

（1）鑿巖爆破。深孔鑿巖水平布置在470 m中段，在470 m中段的鑿巖硐室利用T-150潛孔鉆機(jī)鉆鑿下向大直徑深孔，孔徑為120 mm；中深孔鑿巖水平布置在407 m中段，在407 m中段采場鑿巖巷道內(nèi)利用中深孔鑿巖臺(tái)車鉆鑿上向扇形孔。

①孔網(wǎng)參數(shù)：通過爆破試驗(yàn)、爆破顯示動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算及現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)分別確定拉槽區(qū)和側(cè)崩區(qū)的孔網(wǎng)參數(shù)和布置形式。拉槽區(qū)炮孔加密布置，設(shè)置空孔，拉槽區(qū)的孔網(wǎng)參數(shù)為（0.2～2 m）×（0.5～2 m）；側(cè)崩區(qū)孔網(wǎng)參數(shù)為：排距2.6～3 m，孔距3.5～4 m。

②切割槽的快速形成：采用深孔爆破成井技術(shù)一次成孔，逐段爆破形成切割天井，切割天井尺寸為5 m×6 m。爆破成井時(shí)，每次爆破高度根據(jù)爆破效果逐漸加大，切割井形成后，利用切割井作為自由面和補(bǔ)償空間，全孔側(cè)向爆破形成切割槽，最終形成寬5 m，長20 m的切割槽[14]。

③側(cè)向爆破：側(cè)向崩礦時(shí)，炸藥采用多孔粒狀銨油炸藥，單排爆破時(shí)設(shè)計(jì)中間孔先行起爆，邊排孔滯后起爆?？刂谱畲髥雾懻ㄋ幜浚瑴p少爆破對(duì)周邊的影響[15]。

④邊孔爆破：為保證采場邊界的規(guī)整，采場兩邊的邊排孔孔內(nèi)根據(jù)孔深分多層間隔裝藥，通過光面爆破控制邊孔成型。

（2）底部結(jié)構(gòu)。在407 m水平先施工受礦巷，然后在受礦巷內(nèi)鉆鑿上向扇形炮孔，采用中深孔爆破的形式形成塹溝底部受礦結(jié)構(gòu)。

（3）出礦。崩落礦石進(jìn)入塹溝后，采用6 m3遙控鏟運(yùn)機(jī)，并用智能化遙控鏟運(yùn)機(jī)盡量將采場內(nèi)殘礦除掉。智能遙控鏟運(yùn)機(jī)一方面能保證人員安全，另一方面減小崩落礦石損失。

（4）底部結(jié)構(gòu)回采。采場大直徑深孔落礦完成后，通過底部結(jié)構(gòu)出礦平巷將采場的礦石全部放出，之后在出礦平巷、溜礦口內(nèi)采用鑿巖臺(tái)車或YGZ-90鑿巖機(jī)鉆鑿上向扇形孔后退式回采底部結(jié)構(gòu)，采用遙控鏟運(yùn)機(jī)崩落礦石進(jìn)行出礦。

（5）采場充填。采場出礦完成后，即開始充填準(zhǔn)備作業(yè)。首先將通往采場的通道進(jìn)行密閉，并在407 m中段布置充填擋墻及相應(yīng)的脫水設(shè)施，采場充填管路從490 m中段充填主管接入采場。充填準(zhǔn)備工作就緒后，開始充填作業(yè)，根據(jù)采場高度，依次采用不同強(qiáng)度配比的充填料對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填。充填管路中必須安裝排放洗管水的三通閥，防止清水流至充填采場。

2.4 拉槽炮孔布置及爆破

采用深孔爆破成井技術(shù)形成切割井。切割天井布置在切割橫巷一側(cè)，尺寸為5 m×6 m，共計(jì)布置29個(gè)炮孔，其中拉槽孔25個(gè)，空孔4個(gè)，炮孔布置如圖1所示。整個(gè)切割井分多次爆破形成。

圖1 采場切割井炮孔布置

切割天井形成后，以切割天井為自由面和補(bǔ)償空間進(jìn)行側(cè)向拉槽爆破。大直徑深孔具體施工工藝流程如圖2所示。

圖2 大直徑深孔施工工藝流程

采場切割槽設(shè)計(jì)寬度5 m，拉槽區(qū)炮孔加密布置，拉槽區(qū)大直徑深孔孔徑120 mm，孔排距為2.0～2.2 m，每排布置3個(gè)孔。裝藥前，先測量孔深和傾角，檢查炮孔是否堵孔和積水，如有堵孔和積水要進(jìn)行處理后再進(jìn)行堵孔。

大直徑深孔堵孔利用12#鐵絲下端系住炮孔堵頭，當(dāng)鐵絲下端下至孔底后再往上提0.5 m，上端固定在橫放在孔口的鋼筋上，然后將河砂或炮泥填塞到炮孔內(nèi)直至設(shè)計(jì)深度，復(fù)測并確認(rèn)無誤后對(duì)炮孔進(jìn)行裝藥。

大直徑炮孔堵孔完畢后開始裝藥，利用NORMET裝藥臺(tái)車自動(dòng)定位炮孔，遠(yuǎn)程遙控下裝藥管裝藥。而后將雙導(dǎo)爆管起爆藥包下放，并在孔內(nèi)裝藥范圍內(nèi)全長敷設(shè)導(dǎo)爆索。然后按設(shè)計(jì)藥量繼續(xù)裝藥至距離孔口5～6 m處，隨即下放雙導(dǎo)爆管起爆藥包至孔內(nèi)炸藥中，然后再裝藥至孔口3～4 m處便停止裝藥，并充填3～4 m河砂或炮泥至孔口，用作堵塞。大直徑深孔孔內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 大直徑深孔拉槽炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

2.5 通風(fēng)及頂板管理

新鮮風(fēng)流從底部結(jié)構(gòu)經(jīng)階段深孔或者采場貫通空間從下部硐室流向上部硐室，將采場內(nèi)的污風(fēng)排入回風(fēng)巷，同時(shí)，上部鑿巖硐室入口的風(fēng)流將硐室內(nèi)的污風(fēng)直接帶入回風(fēng)巷，匯入回風(fēng)井，排出地表。回采過程中，加強(qiáng)上部硐室頂板的管理，及時(shí)處理浮石并加強(qiáng)破碎段的支護(hù)。

3 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

生產(chǎn)結(jié)果表明，階段深孔側(cè)向崩礦嗣后充填采礦法采切比為37.54 m3/kt，礦石貧化率為5%，損失率為10%，炸藥單耗為0.38 kg/t，大塊率為29.45%，單采場生產(chǎn)能力達(dá)到1000 t/d。具體技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

表1 階段深孔側(cè)向崩礦嗣后充填采礦法技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4 結(jié)論

（1）針對(duì)柿竹園鎢多金屬礦區(qū)巖體結(jié)構(gòu)以塊狀結(jié)構(gòu)為主，巖石強(qiáng)度高，礦石及圍巖較為穩(wěn)固及礦體分布集中，形態(tài)規(guī)整的特點(diǎn)，采用階段深孔側(cè)向崩礦嗣后充填采礦法對(duì)礦體進(jìn)行回采，大的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)有利于鑿巖、出礦等大型智能化設(shè)備的 使用。

（2）階段深孔側(cè)向崩礦嗣后充填采礦法全階段側(cè)向崩礦，爆破次數(shù)少，采用單孔起爆網(wǎng)絡(luò)，自由面利用率高，爆破效果好，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模爆破，生產(chǎn)能力大。

（3）現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)表明，階段深孔側(cè)向崩礦嗣后充填采礦法單采場生產(chǎn)能力達(dá)到1000 t/d，礦石貧化率為5%，損失率為10%，炸藥單耗為0.38 kg/t，大塊率為29.45%，采礦直接成本為194.84元/t。