朱先艷(大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅山口銅礦,湖北 黃石435122)

1 前言

銅山口銅礦深部開采工程采用主副豎井+輔助斜坡道聯(lián)合開拓方式,副井進(jìn)風(fēng),有專用回風(fēng)主井,采用對角式通風(fēng)。南緣、北緣斜坡道作為采區(qū)斜坡道,無軌設(shè)備在分段巷道之間移動,南緣斜坡道是明斜坡道,北緣斜坡道是盲斜坡道。礦山建有分級和全尾砂2 套充填料漿制備系統(tǒng),地表+56 m 有三個直徑180 mm 充填鉆孔至-100 m 中段,能滿足礦山3 500 t/d 生產(chǎn)能力的充填要求,日均充填料漿量為1 500 m3/d。有-100 m、-160 m、-220 m、-280 m四個中段,-100 m、-220 m 兩個中段為無軌副中段,其余的為有軌主中段;有分段空場嗣后充填法、上向分層充填法兩種采礦法,以分段空場嗣后充填法為主[1],該采礦法從2014 年投產(chǎn)使用至今,近幾年不斷優(yōu)化完善。

2 地質(zhì)概況

銅山口銅礦床是接觸交代高—中溫?zé)嵋何◣r型礦床,主要礦體賦存于花崗閃長斑巖與三疊系中—下統(tǒng)碳酸鹽巖的接觸帶上;少量的賦存于花崗閃長斑巖中和三疊系中—下統(tǒng)大冶組、嘉陵江組碳酸鹽巖層間破碎帶中。由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ號礦體組成,埋藏于+140.37 m～-538 m。Ⅰ號礦體產(chǎn)于巖漿巖株外緣,近似于垂直;Ⅱ號礦體傾角較緩,似層狀,兩者在底部相連。Ⅱ、Ⅴ號礦體是Ⅰ號礦體在層間外緣延長。Ⅱ號礦體是Ⅰ號礦體在-58 m以上分枝。Ⅳ號與Ⅴ號礦體上下重疊關(guān)系,但無聯(lián)系;Ⅱ號礦體與Ⅴ號礦體層間控制,成不連續(xù)關(guān)系。Ⅱ、Ⅲ號礦體相離存在。Ⅳ號礦體與Ⅴ號礦體在銅山口-50 m 標(biāo)高上下與Ⅰ號礦體重疊了小部分。Ⅳ號礦體是Ⅰ號礦體在獅子山向西的延續(xù)。Ⅵ號礦體呈“浮橋”狀越過巖株體,但南北兩端與Ⅰ號礦體相連。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ號礦體是通過Ⅰ號礦體連接一體,唯Ⅳ號礦體單獨(dú)產(chǎn)于獅子山地段。礦體圍巖有高嶺石化花崗閃長斑巖、斜長石巖化花崗閃長斑巖、大理巖、白云質(zhì)大理巖、石榴石透輝石矽卡巖、角礫巖、石英二長斑巖。礦物主要有黃鐵礦、黃銅礦、輝鉬礦;次要有斑銅礦、磁黃鐵礦、黝黃鐵、閃鋅礦、白鐵礦、方鉛礦;稀少有藍(lán)銅、輝銅礦。礦石結(jié)構(gòu)有他形與自形半自形粒狀、交代與交代殘余、壓碎、網(wǎng)狀交代、脈狀充填;礦石構(gòu)造有星點(diǎn)浸染與細(xì)脈浸染狀、網(wǎng)格及交錯狀、致密塊狀、蜂窩狀、角礫狀。矽卡巖單軸抗壓強(qiáng)度為1.3 ～201.9 MPa,巖漿巖39.2 ～236 MPa,白云巖和大理巖56.8 ～114.8 MPa。

3 原分段空場嗣后充填法應(yīng)用

在-100 m、-160 m 中段應(yīng)用原分段空場嗣后充填法;開采對象是Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ號礦體,Ⅰ號礦體厚度10 ～30 m,傾角30° ～78°;Ⅱ號礦體厚度5 ～10 m,傾角6° ～37°;Ⅵ號礦體上層厚度1 ～8 m,下層厚度2.9 ～25 m 傾角8° ～22°。

3.1 適用條件

礦巖中等穩(wěn)固、礦體傾角在30° ～50°、近似水平,中厚礦體礦塊沿礦體走向布置;厚礦體礦塊垂直礦體走向布置。

3.2 中厚礦體原采礦方法

1)礦塊結(jié)構(gòu)要素

沿走向布置礦塊,隔一采一,分二步驟回采。有軌中段高60 m,無軌副中段高60 m;礦塊長50 m,礦房長45 ～46 m;間柱寬4 m;底柱高18 m;無頂柱,分段高12～15 m。原分段空場嗣后充填法如圖1所示。

圖1 原分段空場嗣后充填法

2)采切工程

利用在三個分段巷道在礦體下盤相距50 m 掘2 條對應(yīng)探礦巷道,在中間坑內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)探礦,二次圈定礦體后,發(fā)現(xiàn)礦體偏移達(dá)20 ～30 m,在礦體內(nèi)掘進(jìn)鑿巖巷道和脈外25 m 左右,平行掘進(jìn)出礦巷道,每距11 ～12 m 掘進(jìn)出礦進(jìn)路。在礦體厚大部位掘進(jìn)切割巷道,在礦體上盤端部掘進(jìn)垂直切割天井,溜井每100 m 布置一條。

3)回采工藝

用YGZ-90 中深孔鑿巖機(jī)在切割巷道、分段鑿巖巷道內(nèi)鑿巖上向扇形炮孔,爆破先形成切割槽,在分段鑿巖巷道邊孔裝藥,角度45°,形成v 形受礦塹溝[2]。排距為1.2 ～1.7 m,孔底距為1.6 ～2 m,鉆頭直徑70 mm。采用BQF-100 裝藥器裝藥,炸藥為粒狀銨油炸藥,非電導(dǎo)爆系統(tǒng)起爆。每次爆2 ～3 排孔,以切割槽為自由面和補(bǔ)償空間側(cè)向崩礦,爆破后形成梯段回采面。爆破落礦后進(jìn)行局部通風(fēng),迅速排出炮煙。鑿巖巷道局部不穩(wěn)固采取素噴砼、注漿錨桿或噴錨網(wǎng)支護(hù)措施。

爆下的礦石用WJD-2 電動鏟運(yùn)機(jī)集中在一分段出礦,采場綜合生產(chǎn)能力410 t/d。

新鮮風(fēng)流由中段石門巷道或采準(zhǔn)斜坡道進(jìn)入出礦巷道或分段鑿巖巷道,沖洗工作面后,污風(fēng)由分段巷道或采場空區(qū)、上中段運(yùn)輸巷道進(jìn)入主風(fēng)井排出地表。

4)充填工藝

有軌中段礦房回采結(jié)束后,首先在采空區(qū)底部10 m 用膠結(jié)充填,然后再采用分級尾砂充填料或掘進(jìn)廢石對礦塊采空區(qū)進(jìn)行非膠結(jié)充填,采空區(qū)在充填前用磚擋墻封閉,并留出泄水口排出溢流水。最后在礦房的頂部1 m 進(jìn)行膠結(jié)充填。待5 ～7 d 后,繼續(xù)回采副中段礦房。

3.3 該采礦方法存在的缺點(diǎn)

在-160 m 中段510#、517#、523#、520#、529#、539#采場采用該采礦方法后,發(fā)現(xiàn)存在以下的缺點(diǎn):

(1)采切工程量大。實(shí)際礦體界線距分段巷道遠(yuǎn),直接布置出礦進(jìn)路,采切工程量大,因此在一分段要多一條出礦巷道,采切比約775.3 m3/萬t。

(2)貧化損失率高。初步設(shè)計(jì)貧化率8%、損失率11%。實(shí)際綜合貧化率、損失率分別為8.76%、11.24%,比設(shè)計(jì)貧化損失率大。

(3)膠結(jié)料問題。膠結(jié)料是425#水泥,早期強(qiáng)度低、凝固時間長,需養(yǎng)護(hù)4 d 后才能作業(yè)。

(4)采礦成本高。采礦成本達(dá)281.6 元/t。

4 分段空場嗣后充填法優(yōu)化

針對原分段空場嗣后充填法存在的缺點(diǎn),近三年來銅山口銅礦不斷優(yōu)化了該采礦法,在采切工程、充填系統(tǒng)方面進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化后應(yīng)用的采場有509#、512#、513#、517#、524#、735#。

4.1 采切工程優(yōu)化

-100 m、-160 m 中段只用坑道進(jìn)行生產(chǎn)探礦,網(wǎng)度為200 m×200 m,坑內(nèi)鉆孔加密網(wǎng)度為50 m×50 m;在- 220 m、- 280 m 中段兩者實(shí)現(xiàn)探采結(jié)合[3],網(wǎng)度達(dá)到了50 m×50 m,在二、三分段生產(chǎn)探礦網(wǎng)度達(dá)25 m×25 m,在一分段達(dá)到(16 ～17) m×25 m,探采結(jié)合、加密網(wǎng)度進(jìn)行生產(chǎn)探礦,為礦山編制季度月度生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、采礦單體設(shè)計(jì)、計(jì)算損失貧化率提供精準(zhǔn)可靠的資料。

(1)指導(dǎo)分段巷道前掘方向。防止分段巷道與礦體偏移太遠(yuǎn)或太近,減少探礦巷道長度,保持分段巷道與礦體下盤距離25 m 左右,不必設(shè)計(jì)出礦巷道,出礦進(jìn)路間距縮短到9～10 m,有利于回收底板礦石。

(2)摸清礦體賦存產(chǎn)狀、厚度,提高儲量級別。切割巷道布置在礦體厚大處,若礦房端部厚大,利用探礦巷道作為切割巷道如圖2(a);若礦房其他部位厚大,在厚大處掘出礦進(jìn)路和切割巷道如圖2(b)。為了避免礦石損失貧化,切割天井在礦體上盤,不再都是垂直的,只要傾角大于或等于50°便可。

圖2 分段空場嗣后充填法一分段采切優(yōu)化

(3)縮小采切工程斷面。鑿巖巷道三心拱斷面3.2 m×3.2 m 由變小為2.8 m×2.8 m,出礦進(jìn)路和切割巷道三心拱斷面由3.4 m×3.4 m 變小為3.2 m×3.3 m。

4.2 充填系統(tǒng)優(yōu)化

(1)膠結(jié)料替換。2018 年后膠結(jié)料由原來425#水泥變換成固化劑。固結(jié)劑早期強(qiáng)度高、凝固時間短,養(yǎng)護(hù)時間縮短為2 ～3 d,后期強(qiáng)度增高,有利于底柱回采。

(2)底部膠結(jié)充填高度減少。底部膠結(jié)充填高度由10 m 減至6 m,節(jié)約充填成本。

(3)使用充填移動擋墻。以前充填時,砌500 mm厚磚墻封閉巷道,磚從副井還是斜坡道下放、運(yùn)輸需倒運(yùn),充填準(zhǔn)備時間長,充填成本高?，F(xiàn)改用木質(zhì)鋼架充填移動擋墻,在巷道四周壁上打8 ～10 個深500 mm 錨桿眼,焊接在移動擋墻上。該墻結(jié)構(gòu)簡單,拆裝方便降低了充填成本,縮短施工周期,濾水既快,又能在其他采場充填時重復(fù)使用。

5 優(yōu)化后應(yīng)用效果

該采礦方法優(yōu)化應(yīng)用后,取得了明顯好的效果,但也有不足之處,需要完善。

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5.1 應(yīng)用的好效果

(1)減少采切比。沒有出礦巷道,減少探礦巷道長度,但由于出礦進(jìn)路間距縮小,增加一條出礦進(jìn)路,總共減少采切工程量約75 m?，F(xiàn)有采切比由原來775.3 m3/萬t 降至604.8 m3/萬t,降低了約170 m3/萬t。

(2)降低貧化損失率。在礦體厚大布置切割巷道,切割天井隨礦體變化而變化,但傾角符合要求,縮小出礦進(jìn)路間距,減少礦石損失、廢石混入,提高礦石回采率,降低了貧化率[4],綜合貧化率、損失率由原來8.76%、11.24%分別降至6.53%、8.82%,分別降低了2.23%、2.42%。

(3)提高采場生產(chǎn)能力。因平均運(yùn)距由原來78.07 m 減少到34.62 m,運(yùn)距減少了43.45 m,節(jié)約運(yùn)輸時間,采場生產(chǎn)能力由原來324.6 t/d 提高至405.1 t/d,提高了80.5 t/d,增長24.8%。

(4)降低坑采車間直接成本。因減少礦石損失、采切比、底部膠結(jié)高度,增加礦石量,減少了廢石提升運(yùn)輸成本和固化劑用量,坑采車間直接成本由原來324.6 元/t 降至280.4 元/t,降低了44.2 元/t,降低了13.6%。

(5)污染減少。固化劑凝固快,早期強(qiáng)度高,排水少,減少污染。

(6)提高尾砂利用率。充填料濃度由66% ～68%提高至72% ～75%,尾砂不必分級,提高其利用率。

5.2 今后改進(jìn)方向

(2)建議設(shè)置專用人行通風(fēng)井。每個分段長,行走花費(fèi)時間多,在有軌、無軌運(yùn)輸巷道與第一分段巷道設(shè)計(jì)2～3 條人行通風(fēng)井,還能改善采場的通風(fēng)效果。

(3)能繼續(xù)降低貧化損失率。第二步驟回采時,切割槽間柱不能破壞,但另一間柱同時用中深孔與礦房回采。

6 結(jié)論

近三年來銅山口銅礦在采切工程、充填系統(tǒng)方面不斷優(yōu)化了分段空場嗣后充填法,先后應(yīng)用在509#、512#、513#、517#、524#、735#等采場。采切比降低了170 m3/萬t;綜合貧化率、損失率分別降低了2.23%、2.42%;采場生產(chǎn)能力提高了80.5 t/d;坑采車間直接成本降低了44.2 元/t,優(yōu)化后取得了明顯好的效果,值得推廣。