不穩固圍巖傾斜礦體安全開采工藝技術試驗研究

蘇廣宇，楊正松

(1.銅陵有色金屬集團股份有限公司安慶銅礦，安徽 安慶246131；2.礦冶科技集團有限公司，北京 100160)

安慶銅礦為大型銅鐵采選礦山，資源豐富，已探明礦體主要由1#、2#、3#礦體組成[1]。其中2#礦體為主礦體，屬矽卡巖型銅鐵礦床，賦存在F1、F6斷層之間。礦體走向長420 m，傾角35°～60°，最大厚度為60～65 m，最小4～5 m，平均20 m左右。2#礦體原采用上向扇形中深孔分段空場嗣后充填法回采，設計生產能力為500 t/d，但受礦體、圍巖穩定性較差及采場結構參數不合理等因素的影響，實際生產規模僅能達到設計能力的60%～70%；且在回采2#-4、2#-5、2#-6采場期間，圍巖均出現了較大范圍垮落，造成礦石嚴重貧化。

2#礦體礦巖穩固性差給安全、低損失貧化開采帶來了問題，影響了采場生產能力的提高[2-3]。解決2#礦體開采技術難題，對確保礦山持續穩定發展具有重要的意義。為此，安慶銅礦開展了不穩固圍巖傾斜礦體高效安全開采工藝技術研究[4-6]，并在2#礦體-400～-460 m段選擇礦塊進行了采礦工業試驗。

1 開采技術條件

2#礦體礦石類型為矽卡巖含銅和鐵銅，上盤圍巖主要為矽卡巖、閃長巖，下盤圍巖為大理巖，礦巖中等穩固。V勘探線處礦體傾角為43°，平均厚度為30 m。從2#礦體已開采采場觀察，巖體中節理、裂隙等構造較發育，局部穩固性較差。

2 試驗采場選擇

試驗采場(編號2#-16)位于2#礦體中部，-400～-460 m區域ⅥE以東。相臨側8#采場已膠結充填結束，14#采場正在爆破；西側7#采場正在膠結充填，上部18#采場正在出礦。

試驗采場沿礦體走向寬42 m，又劃分為東、中、西三個采場(圖1)，其中東采場寬15 m，中采場寬9.5 m，西采場寬17.5 m。設計先以中采場為對象進行采礦工業試驗，-460 m出礦工程布置見圖2。

圖1 -400 m平面圖Fig.1 Planar graph of level -400 m

圖2 -460 m出礦工程布置圖Fig.2 Mining project layout of level -460 m

3 開采工藝方案

3.1 采準工程

采場垂直礦體走向布置，寬9.5 m，長為礦體厚度。垂直方向自下向上劃分為三個分段，分別為-435 m水平、-415 m水平、-395 m水平，分段高度20 m。每個分段分別掘進分段鑿巖平巷和分段切割橫巷，鑿巖平巷垂直礦體走向布置在采場中間部位，斷面規格3 m×3.5 m；切割橫巷沿礦體走向布置礦體上盤，斷面規格4 m×3.5 m。在-460 m水平從中段運輸平巷掘進出礦平巷通達上盤的通風回風巷，再從出礦平巷向采場底部拉底層掘進采場出礦進路，拉底層寬9.5 m、高3 m，長即為礦體水平厚度。出礦進路間距為12～15 m，采場底部結構為單側出礦平底結構。鏟運機出礦巷道和出礦進路的斷面均為4 m×3.5 m。

根據采場和圍巖穩定性計算分析，鑒于2#礦體部分已回采采場圍巖出現較大范圍垮落等情況，采用長錨索進行護頂支護。在-400 m、-415 m、-435 m水平礦體上盤的切割巷道采用YQ-100型潛孔鉆機布置長錨索鉆孔，每個水平布置三排，每排5個，排距3.0～3.5 m?？咨?.0 m，每排鉆孔呈扇形均勻布置，鉆孔直徑為60～70 mm。

3.2 炮孔布置

炮孔鑿巖采用BA-100潛孔鉆機，鉆孔直徑為95～105 mm。深孔排線垂直采場走向平行展開，扇形下向深孔排間距為2.5 m，孔底距為2.2 m；切割槽區垂直深孔排間距為2 m，孔底距為2～2.3 m。下向扇形深孔布置見圖3。

3.3 回采出礦

使用小孔徑VCR法逐層爆破形成切割槽，每次掏槽高度為1.5～2 m，每層裝藥6 kg，堵塞長度為1.5 m。平行扇形下向深孔以切割槽為自由面進行側向崩礦，炮孔采用“V”形連線以減小動態抵抗線。爆破時采用自下而上分段爆破，一次爆破高度等于分段高，最大單段裝藥量不超過270 kg以盡可能地降低爆破沖擊波對周邊充填體的影響。經測定，爆破時作用在充填體界面上的最大動荷載為1.754 MPa，安全系數為1.23。下向扇形深孔爆破平均炸藥單耗0.39 kg/t。

階段出礦，-460 m作為出礦水平，采用ST型系列鏟運機出礦。出礦完畢，試驗采場為一步驟回采單元，采用尾砂膠結充填，以保證二步驟單元的順利回采；二步驟單元采用尾砂充填即可。采場縱剖面見圖4。

圖3 下向扇形深孔布置圖Fig.3 Layout of fan-shaped down deep holes

圖4 采場縱剖面Fig.4 Longitudinal plan of stope

3.4 主要經濟技術指標

試驗采場采用小孔徑VCR法拉槽的深孔高分段采礦嗣后充填法，有效保證了采場穩定，未出現圍巖垮落的情況，相較于原有中深孔分段空場嗣后充填法而言，各項技術經濟指標均有很大的改善，具體經濟技術指標對比見表1。

表1 兩種采礦方法主要技術經濟指標對比

4 結論

小孔徑VCR法拉槽的深孔高分段采礦嗣后充填法相較于大直徑深孔側向崩礦嗣后充填法，采礦損失、貧化率分別降低可以1.5%和2.0%以上；采切工程量比上向中深孔分段空場嗣后充填法減少10 m3/kt以上，而且達到了安全高效回采的目的，取得了良好的技術經濟效益。該高效安全開采技術的成功實施使得安慶銅礦2#礦體的生產能力大幅度提高，目前已達到了1 000 t/d左右，年生產能力達到30萬t/a以上。說明該方法適用于不穩固圍巖傾斜礦體的開采，對同類型礦山具有很好的借鑒作用。