董世華

（銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司冬瓜山銅礦）

大團(tuán)山礦床是冬瓜山銅礦主要礦床之一，擔(dān)負(fù)著冬瓜山銅礦老區(qū)主要礦石產(chǎn)量［1-2］。該礦床采用大盤(pán)區(qū)開(kāi)采，每個(gè)盤(pán)區(qū)均采用一步驟回采方案。大盤(pán)區(qū)開(kāi)采具有開(kāi)采效率高、生產(chǎn)能力大、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、開(kāi)采成本低等優(yōu)點(diǎn)，但也存在采空區(qū)暴露面積大、采場(chǎng)空間跨度大等不利因素。針對(duì)回采過(guò)程中礦房易冒落而導(dǎo)致的影響安全回采和礦石貧化損失較大的問(wèn)題，冬瓜山銅礦相關(guān)技術(shù)人員持續(xù)開(kāi)展了研究，制定并采取了針對(duì)性措施，有效地控制了地壓顯現(xiàn)和礦石貧化損失［3-4］，實(shí)現(xiàn)了安全高效低成本開(kāi)采。本研究通過(guò)對(duì)相關(guān)技術(shù)措施進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)分析，供國(guó)內(nèi)類(lèi)似礦山開(kāi)采實(shí)踐參考。

1 大團(tuán)山礦床概況

1.1 地質(zhì)特征

大團(tuán)山礦床為層控式矽卡巖型礦床，由1條主礦體和多條小礦體組成。主礦體產(chǎn)狀與圍巖基本一致，走向NE30°～35°，傾向SE，傾角中等，在不同地段傾角略有變化最大70°，最小10°，一般為35°～50°。主礦體走向長(zhǎng)830 m，斜深最大652 m，工程見(jiàn)礦厚度最大69.47 m，最小1.35 m，平均29.65 m；礦體形態(tài)較簡(jiǎn)單，呈似層狀，賦存標(biāo)高-316～-788 m。礦床礦石致密堅(jiān)硬、節(jié)理裂隙不發(fā)育，礦芯完整性尚好。礦體頂?shù)装鍘r性為矽卡巖夾角巖、大理巖夾角巖及石英閃長(zhǎng)巖，巖性單一、層位穩(wěn)定、完整性好，屬堅(jiān)硬巖石。礦石無(wú)結(jié)塊性和自燃性。礦床水文地質(zhì)簡(jiǎn)單。

1.2 開(kāi)采概況

1.2.1 一期開(kāi)采概況

-460 m 以上礦體為一期工程開(kāi)采范圍，采用豎井開(kāi)拓法，設(shè)計(jì)施工了-390，-430，-460 m 3個(gè)開(kāi)拓中段，其中-460 m 中段為有軌運(yùn)輸中段。采用傳統(tǒng)的中深孔崩礦、電耙出礦、2 m3側(cè)卸式礦車(chē)運(yùn)礦的生產(chǎn)工藝，采礦方法為中深孔落礦分段空?qǐng)龇ǎ?］。

1.2.2 二期開(kāi)采情況

-460 m 以下至-580 m 以上礦體為二期工程開(kāi)采范圍。為了提高開(kāi)采效率，降低開(kāi)采成本，大團(tuán)山礦床二期工程建設(shè)時(shí)，中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中鋼礦院”）的相關(guān)技術(shù)人員對(duì)大團(tuán)山-580 m 中段采礦方法進(jìn)行了選擇與論證，從礦段開(kāi)采技術(shù)條件、大團(tuán)山-460 m 以上空區(qū)穩(wěn)定性分析，以及大團(tuán)山-580 m 中段開(kāi)采過(guò)程數(shù)值模擬等方面進(jìn)行了研究，推薦采用大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，將-19線A至43號(hào)線區(qū)域內(nèi)劃分為5 個(gè)盤(pán)區(qū)，每個(gè)盤(pán)區(qū)均采用一步驟回采方案［6-7］。在礦體走向方向留有23#、27#、31A、35#4 個(gè)大礦柱，礦柱寬度均為30 m，采空區(qū)極限跨度控制在120 m 以?xún)?nèi)。開(kāi)拓了-490，-520，-580 m 中段，其中-580 m 中段為有軌運(yùn)輸中段。開(kāi)拓方法為豎井和斜坡道聯(lián)合開(kāi)拓法。采用大直徑深孔落礦、3.5 m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦、4 m3底側(cè)卸式礦車(chē)運(yùn)礦的生產(chǎn)工藝。

1.2.3 三期開(kāi)采情況

-580 m 以下至-730 m 以上礦體為三期工程開(kāi)采范圍。大團(tuán)山礦床三期工程建設(shè)時(shí)，銅陵有色金屬集團(tuán)控股有限公司技術(shù)中心和中鋼礦院的相關(guān)技術(shù)人員對(duì)大團(tuán)山礦床-580 m 以下至-730 m 以上礦體進(jìn)行了采礦方法論證與礦巖穩(wěn)定性研究。-580 m 以下盤(pán)區(qū)（采場(chǎng)）劃分承接上部盤(pán)區(qū)劃分，并在盤(pán)區(qū)適當(dāng)位置預(yù)留礦柱，Ⅰ#、Ⅱ#盤(pán)區(qū)在-580 m 水平留厚20 m的斜礦柱，Ⅲ#盤(pán)區(qū)在-565 m留20 m斜礦柱（圖1Ⅲ—Ⅲ剖面），Ⅳ#、Ⅴ#盤(pán)區(qū)在-565 m 留25 m 寬垂直礦柱（圖1Ⅰ—Ⅰ剖面），將上部采空區(qū)與下部開(kāi)采隔開(kāi)。39 線以北受陰澇破碎帶影響暫不設(shè)計(jì)回采，待39線以南開(kāi)采結(jié)束后，條件成熟后再考慮回采。開(kāi)拓了-610，-670，-730 m 中段，其中-730 m 中段為有軌運(yùn)輸中段。采礦方法沿用-580 m 中段采礦方法，以大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法為主。鑿巖采用T-150 高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)鉆鑿下向深孔，炮孔直徑φ165 mm。布孔設(shè)計(jì)參數(shù)為排距3 m，垂直孔孔距3 m，斜插孔孔底距3.5～4.0 m。部分不適用于大孔落礦的礦體采用中深孔落礦分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ɑ夭?。薄礦體采用淺孔空?qǐng)龇ɑ夭伞?670 m 中段主要生產(chǎn)盤(pán)區(qū)礦房尺寸：Ⅲ#盤(pán)區(qū)礦房長(zhǎng)約95 m，寬為礦體厚度（平均25 m），高120 m（-555～-675 m水平）；Ⅳ#盤(pán)區(qū)礦房長(zhǎng)約95 m，寬為礦體厚度（平均37 m），高150 m（-520～-670 m 水平）；Ⅴ#盤(pán)區(qū)的礦房長(zhǎng)約95 m，寬為礦體厚度（平均60 m），高105 m（-565～-670 m水平）。

2 大盤(pán)區(qū)一步驟回采礦房地壓控制技術(shù)優(yōu)化

大盤(pán)區(qū)一步驟回采礦房易冒落問(wèn)題是多年來(lái)冬瓜山銅礦一直致力于解決的難題［8-9］，隨著對(duì)大盤(pán)區(qū)開(kāi)采的研究以及對(duì)采場(chǎng)地壓特點(diǎn)認(rèn)識(shí)的不斷深入，礦房地壓控制技術(shù)不斷優(yōu)化，礦石貧化損失大的問(wèn)題以及安全回采問(wèn)題得到較好解決。本研究以大團(tuán)山-670 m 中段Ⅲ#盤(pán)區(qū)回采為例，分析冬瓜山銅礦大團(tuán)山礦床大盤(pán)區(qū)一步驟回采礦房地壓控制技術(shù)優(yōu)化思路。

2.1 爆破設(shè)計(jì)優(yōu)化

回采順序是影響礦房地壓的重要因素，為了便于分析盤(pán)區(qū)的回采順序，將盤(pán)區(qū)劃分為若干個(gè)爆破區(qū)域，并對(duì)每個(gè)區(qū)域按照爆破順序進(jìn)行編號(hào)。每個(gè)爆破區(qū)域內(nèi)包含若干次爆破，每次爆破依次后退式進(jìn)行。

2.1.1 優(yōu)化前爆破設(shè)計(jì)方案

優(yōu)化前盤(pán)區(qū)回采整體上采用由下而上、由中部向兩側(cè)后退式回采方案。優(yōu)化前大團(tuán)山Ⅲ#盤(pán)區(qū)爆破區(qū)域起爆順序如圖1 所示。由圖1 中Ⅳ—Ⅳ剖面可知：礦房回采從中部由下而上，再?gòu)闹胁肯騼蓚?cè)由下而上進(jìn)行，礦房跨度及暴露面積相應(yīng)地由中部向兩側(cè)不斷擴(kuò)大，圍巖冒落風(fēng)險(xiǎn)逐漸增大，一旦礦房出現(xiàn)局部冒落，兩側(cè)繼續(xù)爆破時(shí)，冒落的廢石就會(huì)被爆下礦石覆蓋，出現(xiàn)“包餃子”現(xiàn)象，導(dǎo)致貧化損失很大。由圖1中Ⅲ—Ⅲ剖面可知：在垂直礦體走向上礦房一開(kāi)始就處于最大跨度狀態(tài)，采空區(qū)在最大跨度狀態(tài)下暴露時(shí)間較長(zhǎng)，不利于采空區(qū)穩(wěn)定。該爆破設(shè)計(jì)方案易產(chǎn)生圍巖冒落，不但影響安全回采，而且會(huì)導(dǎo)致礦石貧化損失大。

2.1.2 優(yōu)化后爆破設(shè)計(jì)方案

在充分顧及采場(chǎng)地壓特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合盤(pán)區(qū)回采具體條件和回采工藝，對(duì)大盤(pán)區(qū)一步驟回采礦房地壓控制技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，采取了爆破范圍拱形控制及盤(pán)區(qū)中部后采措施。

2.1.2.1 爆破范圍拱形控制措施

利用免壓拱解除采場(chǎng)地壓，通過(guò)優(yōu)化爆破范圍和爆破順序來(lái)控制礦房斷面形態(tài)，使爆破形成的采空區(qū)形態(tài)近似于拱形，利用形成免壓拱的方法使待采礦塊處于卸壓區(qū)內(nèi)。拱內(nèi)礦塊在失穩(wěn)前經(jīng)爆破均勻破碎，解除原有的高應(yīng)力狀態(tài)，釋放應(yīng)力，并使來(lái)自原巖體的載荷轉(zhuǎn)移到該區(qū)域之外，從而改善了待采礦塊的回采條件。待礦塊中的最大拱形成后，再增大采空區(qū)跨度，直至礦塊采完。

優(yōu)化后的大團(tuán)山Ⅲ#盤(pán)區(qū)爆破區(qū)域起爆順序如圖2 所示。由圖2 中Ⅲ—Ⅲ剖面可知：爆破區(qū)域1、3構(gòu)成的圖形以及爆破區(qū)域1、3、9 構(gòu)成的圖形為近似拱形的一部分，Ⅲ#盤(pán)區(qū)以近似于形成拱形實(shí)施爆破，最后實(shí)現(xiàn)區(qū)域10、11 爆破，增大拱的跨度。該措施的實(shí)施有效地控制了地壓，較好地控制了回采過(guò)程中廢石混入。

2.1.2.2 盤(pán)區(qū)中部后采措施

盤(pán)區(qū)中部后采相當(dāng)于在盤(pán)區(qū)中部暫留了一條礦柱，在其回采前，起到控制礦房跨度、支撐上覆巖層壓力的作用，有利于礦房穩(wěn)定?；夭珊螅舨煽諈^(qū)出現(xiàn)圍巖冒落則圍巖落在礦石墊層上，采用等量均勻順序放礦或不等量均勻順序放礦措施，保持礦巖接觸面在放礦過(guò)程中均勻下降，可較好地避免“包餃子”現(xiàn)象發(fā)生，控制二次貧化損失。

由圖2 中Ⅳ—Ⅳ剖面可知：圖中陰影部分（爆破區(qū)域6、7、8）相當(dāng)于暫留水平礦柱，待其兩側(cè)礦塊采完后再對(duì)其進(jìn)行爆破。暫留水平礦柱爆破時(shí)先開(kāi)采兩側(cè)的爆破區(qū)域6、7，將其逐步縮小，最后開(kāi)采爆破區(qū)域8。從圖2Ⅰ-Ⅰ剖面可以看出，爆破設(shè)計(jì)時(shí)新增了一條從-565～-555 m 斜坡聯(lián)絡(luò)道。該巷道為落實(shí)盤(pán)區(qū)中部后采措施的退采通道。中部后采措施實(shí)施后，有效保證了礦房穩(wěn)定，礦石貧化損失得到了有效控制。

2.2 回采過(guò)程地壓控制管理措施優(yōu)化

優(yōu)化前，在回采過(guò)程中采取邊采礦邊大量出礦措施，礦房中存窿礦量少，后續(xù)爆破對(duì)礦房的影響大，易產(chǎn)生冒落。

采取自下而上強(qiáng)采少出礦、采完強(qiáng)出礦措施。采取了自下而上強(qiáng)采少出礦措施，讓爆堆盡快充填礦房，來(lái)改善采場(chǎng)圍巖的受力狀態(tài)，增強(qiáng)采場(chǎng)圍巖的穩(wěn)定性，阻擋圍巖冒落，緩和地壓顯現(xiàn)。當(dāng)盤(pán)區(qū)中布置多層出礦底部結(jié)構(gòu)時(shí)（圖2），一旦上層底部結(jié)構(gòu)出礦可以為后續(xù)爆破提供補(bǔ)償空間時(shí)，則停止下層底部結(jié)構(gòu)出礦，讓爆堆充填礦房。采礦結(jié)束后采取自上而下強(qiáng)出礦措施，在地壓顯現(xiàn)之前，盡快完成回采工作。若采礦結(jié)束后出現(xiàn)圍巖冒落，則在加強(qiáng)出礦的同時(shí)應(yīng)保持礦巖接觸面在放礦過(guò)程中均勻下降，控制二次貧化損失。該措施實(shí)施后，不但緩和了地壓顯現(xiàn)，而且創(chuàng)造了擠壓爆破條件，充分利用了爆破能量，礦石破碎效果得到改善。

3 實(shí)施效果

在大團(tuán)山礦床早期的-580 m 中段以上各盤(pán)區(qū)回采以及較早時(shí)期的-670 m 中段Ⅳ#盤(pán)區(qū)回采過(guò)程中，均出現(xiàn)了不同程度的礦房局部冒落現(xiàn)象，不但影響安全回采，而且礦石貧化損失較大。2013 年大團(tuán)山礦床貧化率高達(dá)18.23%，損失率為15.2%。在近幾年的大團(tuán)山-670 m 中段Ⅴ#盤(pán)區(qū)（2020 年元月回采結(jié)束）和Ⅲ#盤(pán)區(qū)（2021 年10 月采礦結(jié)束）回采過(guò)程中，通過(guò)采取上述優(yōu)化措施后，大盤(pán)區(qū)一步驟回采礦房易冒落問(wèn)題得到較好地解決，礦石的貧化率、損失率明顯下降。2019 年大團(tuán)山礦床貧化率為13.69%，損失率為12.88%；2020 年貧化率為11.87%，損失率為12.79%，取得了很好的效果，實(shí)現(xiàn)了安全高效低成本開(kāi)采。

4 結(jié) 論

（1）控制跨度是防止采空區(qū)冒落的關(guān)鍵措施，待礦塊內(nèi)含礦量最大拱形成后再增大采空區(qū)垮度，避免了礦體頂板圍巖過(guò)早暴露，是盤(pán)區(qū)開(kāi)采取得成功的關(guān)鍵。

（2）以采空區(qū)形態(tài)近似于拱形安排爆破順序，使得待采礦塊處于卸壓區(qū)內(nèi)，是控制圍巖冒落的重要措施。

（3）強(qiáng)采少出，讓爆堆充填礦房，改善采場(chǎng)圍巖的受力狀態(tài)，減小后續(xù)爆破對(duì)采場(chǎng)的影響，是維護(hù)采空區(qū)穩(wěn)定和控制貧化損失的有效措施。