何皇兵

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

矽卡巖型銅礦床產(chǎn)狀多變、形態(tài)復(fù)雜、礦體走向與傾向變化較大，對(duì)采礦工藝要求較高，為獲得較好的采礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，由于礦體形態(tài)難以準(zhǔn)確的圈定清楚，只能以淺孔落礦的方式，以在走向上與傾向上適應(yīng)礦體的形態(tài)變化。通過(guò)闡述2種淺孔落礦的采礦方法在某矽卡巖型銅礦床的應(yīng)用情況，為相同類型的礦山開(kāi)采提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 開(kāi)采技術(shù)條件

1.1 礦床類型及工程地質(zhì)條件

某地下銅礦屬于矽卡巖型礦床，礦體主要分布于角巖與大理巖接觸部位的矽卡巖化蝕變帶內(nèi)，其次分布在靠近大理巖的角巖化變砂巖中，極少量分布在大理巖節(jié)理裂隙中，與矽卡巖化蝕變關(guān)系十分密切。根據(jù)取樣測(cè)試，變質(zhì)砂巖飽和抗壓強(qiáng)度40.1～183.0 MPa，平均93.2 MPa，屬半堅(jiān)硬-堅(jiān)硬巖石；角巖飽和抗壓強(qiáng)度27.2～148.0 MPa，平均75.7 MPa，屬軟弱-堅(jiān)硬巖石。

礦體是含礦熱液通過(guò)交代礦化蝕變形成，與圍巖間漸變過(guò)渡為主，一般無(wú)明顯的界線，肉眼無(wú)法分辨。礦體圍巖以半堅(jiān)硬-堅(jiān)硬層巖石為主，局部地段分布有小構(gòu)造破碎帶、節(jié)理裂隙密集發(fā)育帶、泥化夾層等軟弱夾層。井巷圍巖總體較穩(wěn)固，但小構(gòu)造破碎帶、節(jié)理裂隙密集發(fā)育帶、泥化夾層分布地段容易發(fā)生垮塌、冒頂?shù)裙こ痰刭|(zhì)問(wèn)題，局部地段采取支護(hù)措施。

1.2 礦體空間形態(tài)特征

礦體總體呈北西—南東向展布，走向長(zhǎng)度約為350 m左右，向西傾斜，產(chǎn)狀變化較大，形態(tài)較復(fù)雜，呈脈狀、囊狀及透鏡狀產(chǎn)出，沿大理巖接觸帶呈波狀產(chǎn)出，礦體形態(tài)隨巖性結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀變化而變化，尖滅再現(xiàn)、膨脹夾縮現(xiàn)象明顯，在巖性結(jié)構(gòu)面連續(xù)地段礦體較連續(xù)，巖性結(jié)構(gòu)面不存在的地段礦體連續(xù)性較差。礦體整體向南西陡傾，甚至直立，局部南東陡傾。

礦體出露地表，并劃分成東、西2個(gè)采區(qū)，主要的礦體共有6條，其中西采區(qū)主要為KT 4-2、KT 4-1與KT 4，東采區(qū)主要為KT 2-2、KT 2及KT 2-1，礦體厚度主要為4～5 m，其中東采區(qū)近地表的KT 2-1礦體局部區(qū)域厚大，其厚度約達(dá)到25～35 m左右，見(jiàn)圖1。

圖1 礦體空間形態(tài)示意圖Fig.1 Diagram of orebody spacial form

2 采礦方法

2.1 選擇合理的采礦方法準(zhǔn)則

2.1.1 生產(chǎn)安全

礦床開(kāi)采在狹小的井下空間進(jìn)行，安全風(fēng)險(xiǎn)高，采礦方法不僅必須能保證井下作業(yè)人員在開(kāi)采過(guò)程中的安全，同時(shí)，采礦方法還必須有利用有保護(hù)地表建筑物與相應(yīng)的地表環(huán)境。該礦山位于天然林區(qū)域，礦山開(kāi)采應(yīng)保證天然林不受影響，因此，采礦方法在選擇時(shí)，僅考慮充填采礦法開(kāi)采，充填采礦法開(kāi)采地表不會(huì)出現(xiàn)塌陷，僅會(huì)導(dǎo)致地表出現(xiàn)變形或沉陷。采場(chǎng)內(nèi)采用撬毛臺(tái)車與錨桿臺(tái)車進(jìn)行護(hù)頂以保證井下作業(yè)人員與設(shè)備的安全。

2.1.2 適應(yīng)礦體形態(tài)變化

礦石資源是不可再生資源，礦床開(kāi)采時(shí)應(yīng)盡可能地回收所有的礦石資源，資源利用應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的要求。該礦床的礦體形態(tài)復(fù)雜，產(chǎn)狀變化大，在豎向上與走向上連續(xù)性差，尖滅再現(xiàn)、膨脹夾縮現(xiàn)象明顯。采礦方法應(yīng)能適應(yīng)礦體的形態(tài)變化，不至于在開(kāi)采過(guò)程中導(dǎo)致礦石無(wú)法采出，資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。該礦山應(yīng)選用淺孔落礦的采礦方法，才能更好的適應(yīng)礦體的形態(tài)變化，才能取得較好的損失與貧化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2.1.3 具有合理的、高的采礦強(qiáng)度

采礦方法應(yīng)有合理的、高的采礦強(qiáng)度，有利用保證礦山生產(chǎn)的規(guī)模，對(duì)礦山的安全和經(jīng)濟(jì)效益有積極的作用。該礦山礦體厚度小，走向長(zhǎng)度不大，為保證礦山生產(chǎn)的規(guī)模，應(yīng)采用無(wú)軌開(kāi)采，選用淺孔掘進(jìn)臺(tái)車鑿巖、無(wú)軌鏟運(yùn)機(jī)出礦保證合理的、較高的采礦強(qiáng)度。

2.1.4 工藝的成熟、可靠程度

采礦方法選擇時(shí)，應(yīng)選用工藝成熟、可靠的采礦方法，有利于保證礦山可快速掌握，且采礦方法可靠，有利于保證礦山安全生產(chǎn)。

2.2 推薦的采礦方法

根據(jù)礦床類型、工程地質(zhì)條件及采礦方法選擇的準(zhǔn)則，該次設(shè)計(jì)推薦的采礦方法為上向水平分層充填法與上向進(jìn)路充填法。其中上向進(jìn)路充填法用于礦體厚大的區(qū)域，主要為KT 2-1礦體，其余均采用上向水平分層充填法。

(1)采場(chǎng)劃分及尺寸：中段高度75 m，分段高度15 m。采場(chǎng)沿走向布置，采場(chǎng)寬度為礦體水平厚度，采場(chǎng)之間留設(shè)5 m的間柱。東采區(qū)厚大礦體采用上向進(jìn)路充填法，其采場(chǎng)長(zhǎng)度50 m；其余薄礦體采場(chǎng)長(zhǎng)度均為100 m，上向水平分層充填法的采場(chǎng)長(zhǎng)度100 m。見(jiàn)圖2。

(2)采準(zhǔn)及切割工程：采準(zhǔn)工程以脈外采準(zhǔn)為主，包括有分段沿脈干線、回采聯(lián)道(坡度小于18%)、溜井及其聯(lián)道、充填回風(fēng)天井及聯(lián)道、上中段回采聯(lián)道、刷頂工程；切割工程為切割平巷。每個(gè)采場(chǎng)布置1條回風(fēng)天井。

圖2 上向水平分層與上向進(jìn)路聯(lián)合采礦法Fig.2 Combined mining method of upward horizontal slicing filling and upward drift filling

(3)回采出礦：當(dāng)?shù)V體厚度>6 m時(shí)(主要為KT 2-1礦體)，采用上向進(jìn)路充填法(以適應(yīng)近地表區(qū)域的礦圍巖地質(zhì)條件)，沿走向布置進(jìn)路，進(jìn)路寬度均為4～6 m；當(dāng)?shù)V體厚度<6 m時(shí)，采用上向水平分層充填法。每個(gè)分段劃分為多個(gè)分層進(jìn)行回采，每個(gè)分層高度3～4 m，空頂高度1.5 m。采用淺孔掘進(jìn)臺(tái)車進(jìn)行鑿巖，乳化藥卷、非電起爆網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行爆破落礦，2 m3鏟運(yùn)機(jī)出礦。在礦體不穩(wěn)固的地段，應(yīng)采用長(zhǎng)錨桿或錨索對(duì)頂板進(jìn)行錨固。

(4)通風(fēng)系統(tǒng)：采準(zhǔn)系統(tǒng)形成后，新鮮風(fēng)從中段沿脈干線經(jīng)通風(fēng)天井、分段沿脈干線進(jìn)風(fēng)端引入，經(jīng)回采聯(lián)道進(jìn)入采場(chǎng)，洗刷工作面的污風(fēng)由充填回風(fēng)天井、上中段回采聯(lián)道、上中段沿脈干線，進(jìn)入總回風(fēng)系統(tǒng)。獨(dú)頭巷道采用局扇和PVC風(fēng)筒進(jìn)行通風(fēng)。

(5)充填系統(tǒng)：充填料漿管道經(jīng)上中段沿脈干線、上中段回采聯(lián)道、充填回風(fēng)天井進(jìn)入采場(chǎng)充填。底層采用灰砂比1∶25的充填體進(jìn)行充填；面層為確保無(wú)軌采掘設(shè)備通行采用灰砂比1∶4的充填體進(jìn)行充填，厚度一般為0.6 m。特別說(shuō)明的是，上向進(jìn)路充填法的二步驟底層與上向水平分層充填法可以先進(jìn)行少量的廢石充填再采用膠結(jié)充填料鋪面，井下廢石通過(guò)自卸式無(wú)軌卡車運(yùn)輸至采場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行廢石充填。

(6)采場(chǎng)脫水：為便于上向水平分層充填法的充填料漿內(nèi)部滲透，應(yīng)在采場(chǎng)內(nèi)設(shè)置濾水井，每個(gè)采場(chǎng)布置1趟濾水設(shè)施，采場(chǎng)濾水井通達(dá)該采區(qū)最低開(kāi)采分段采場(chǎng)，再由濾水管經(jīng)密閉墻排出采場(chǎng)，最后由分段沿脈干線水溝匯入總排水系統(tǒng)。上向進(jìn)路充填法采場(chǎng)脫水主要考慮由密閉墻內(nèi)濾出，不設(shè)置濾水井。

(7)間柱處置方案：采場(chǎng)間柱作為永久礦柱支撐頂板，不再進(jìn)行回采。

(8)頂板管理：爆破后須采用撬毛臺(tái)車清理頂板浮石，對(duì)欠穩(wěn)定區(qū)域加固后，再進(jìn)行出礦作業(yè)；出礦完畢，視采場(chǎng)頂板完整情況，頂板完整性較好時(shí)采用錨桿加固頂板；頂板完整性差時(shí)采用錨桿+長(zhǎng)錨索加固頂板。錨桿采用錨桿規(guī)格φ20二級(jí)鋼筋，長(zhǎng)度3 m，錨桿間距0.8～1.0 m，采用砂漿或錨固劑錨固，錨固力50 kN/顆；錨索長(zhǎng)度10～12 m，間距3～4 m，錨固力≥150 kN。生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)頂板加強(qiáng)巡視和檢查，發(fā)現(xiàn)情況及時(shí)處置。錨固作業(yè)采用錨桿和錨索臺(tái)車。

3 標(biāo)準(zhǔn)采場(chǎng)生產(chǎn)能力估算

上向水平分層充填法采場(chǎng)長(zhǎng)度為100 m，采場(chǎng)寬度為礦體水平厚度，分層高度3～4 m(該次取小值3 m計(jì)算)。采用淺孔掘進(jìn)臺(tái)車鑿巖，臺(tái)班進(jìn)尺250 m，采用2 m3鏟運(yùn)機(jī)出礦，臺(tái)班出礦量約為280 t，由于西采區(qū)主要有3條礦體，每個(gè)采場(chǎng)的作業(yè)面較多，設(shè)計(jì)考慮1個(gè)采場(chǎng)布置1臺(tái)淺孔掘進(jìn)臺(tái)車與1臺(tái)2 m3鏟運(yùn)機(jī)，通過(guò)同一個(gè)采場(chǎng)的多條礦體來(lái)實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)臺(tái)車與鏟運(yùn)機(jī)的作業(yè)工序。

每次進(jìn)行1個(gè)采場(chǎng)的2個(gè)面的爆破作業(yè)(炮孔長(zhǎng)度3.0 m，作業(yè)時(shí)間為0.5 d)，采出的礦石由鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦(作業(yè)時(shí)間為0.5 d)，鑿巖爆破與出礦在同一個(gè)采場(chǎng)內(nèi)交叉作業(yè)，各工序作業(yè)時(shí)間見(jiàn)表1。

表1 鑿巖爆破及出礦作業(yè)時(shí)間表Tab.1 Schedule of drilling and blasting and ore removal

該采場(chǎng)的分層全部回采結(jié)束后，進(jìn)行一次性充填，充填時(shí)間見(jiàn)表2。

由表2可知，1個(gè)分層的采場(chǎng)鑿巖爆破及出礦總時(shí)間為24 d，采場(chǎng)充填時(shí)間為22 d，則1個(gè)采場(chǎng)的回采、出礦及充填的總時(shí)間為46 d，1個(gè)分層的總礦量為12 358 t，根據(jù)計(jì)算采場(chǎng)周期生產(chǎn)能力為269 t/d，考慮不可預(yù)計(jì)因素，采場(chǎng)的周期生產(chǎn)能力為250 t/d。

表2 1個(gè)分層的鑿巖爆破出礦及充填作業(yè)時(shí)間表Tab.2 Schedule of one-layer drilling and blasting，ore removal and filling

4 采礦方法應(yīng)用效果

(1)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，礦體在走向上與傾向上的連續(xù)性較差，采場(chǎng)走向上常出現(xiàn)礦體尖滅現(xiàn)象，采場(chǎng)上下分層之間礦體形態(tài)差異較大，礦化區(qū)域不盡相同，但采用淺孔落礦可以根據(jù)礦體的形態(tài)變化，二次圈定礦體控制開(kāi)采邊界，以有效地控制損失貧化率，取得較好的效果。同時(shí)，上向水平分層充填法與上向進(jìn)路充填法對(duì)于多條甚至是數(shù)條平行的薄礦體的回采，有較大的優(yōu)勢(shì)，采場(chǎng)可以根據(jù)礦體的形態(tài)靈活布置。

(2)采用淺孔掘進(jìn)臺(tái)車鑿巖、2 m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦，大大地提高了采礦強(qiáng)度，采場(chǎng)能力較大，在一定程度上保障了經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，由于礦體礦化不均勻，局部區(qū)域礦體厚度增加，采用淺孔掘進(jìn)臺(tái)車施工，有利于保證作業(yè)人員安全。

(3)考慮礦體圍巖局部地段分布有小構(gòu)造破碎帶與軟弱夾層，根據(jù)本質(zhì)安全要求，在采場(chǎng)配置撬毛臺(tái)車與錨桿臺(tái)車用于采場(chǎng)支護(hù)，提高機(jī)械化作業(yè)程度，減少了采場(chǎng)作業(yè)人員與支護(hù)環(huán)節(jié)的時(shí)間，有利于保證作業(yè)人員的安全，并在一定程度上提高了采礦強(qiáng)度。

(4)由于礦體與圍巖間漸變過(guò)渡為主，無(wú)明顯的界線，肉眼無(wú)法分辨，在進(jìn)行廢石充填后，須采用面層膠結(jié)鋪底，即作為人員與設(shè)備的工作臺(tái)，也是礦石與廢石人為的分界線，雖然工序較為麻煩，但對(duì)礦山的生產(chǎn)是較為有利的，有利于控制損失與貧化。

(5)采場(chǎng)廢石充填采用鏟運(yùn)機(jī)推鏟廢石，鏟運(yùn)機(jī)在加固后的頂板下進(jìn)行作業(yè)，對(duì)采場(chǎng)的控頂高度有一定的要求，要能保證鏟運(yùn)機(jī)在采場(chǎng)內(nèi)安全運(yùn)行。

5 結(jié) 語(yǔ)

礦山采用上向水平分層充填法與上向進(jìn)路充填法主要用于上部的礦體回采，共布置有上向水平分層充填法3個(gè)采場(chǎng)，上向進(jìn)路充填法2個(gè)盤區(qū)。采用淺孔掘進(jìn)臺(tái)車鑿巖、2 m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦，生產(chǎn)能力單中段約為1 000～1 200 t/d，損失率與貧化率較低，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，在一定程度上為相同類型礦山的開(kāi)采提供借鑒。