階段空場嗣后充填連續(xù)采礦法在多層緩傾斜礦體中的應(yīng)用

嚴(yán) 體，廖慶永，李在利

(1.云南銅業(yè)礦山研究院，云南 昆明 650000)

(2.玉溪礦業(yè)有限公司，云南 玉溪 653100)

1 礦體開采技術(shù)條件

大紅山銅礦屬海底火山噴發(fā)沉積變質(zhì)中厚緩傾斜高溫礦床，礦體傾角20°～35°(局部地段大于35°)，構(gòu)造及節(jié)理裂隙發(fā)育，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦區(qū)共有3個含鐵銅礦體(I3、I2、I1)和4個含銅鐵礦體(Ic、Ib、Ia、Io)，自上而下分別為Ic→I3→Ib→I2→Ia→I1→Io)。其中I3、I2含鐵銅礦體規(guī)模大，是主要的開采對象。礦石中主要金屬礦物為黃銅礦、磁鐵礦，主要脈石礦物為碳酸巖(白云石為主)、黑云母。礦石整體較穩(wěn)固，f=8～14，礦巖爆破性能較差。礦體呈緩傾斜—傾斜銅鐵多層平行產(chǎn)出，礦體厚度薄—中厚—厚大，形態(tài)與傾角變化較大，礦體及圍巖中等穩(wěn)固，圍巖層理發(fā)育。

2 采礦工藝及存在問題

2.1 分段空場法

分段空場法是基于分采的理念而首先被采用的采礦方法，主要針對I3、I2含鐵銅主礦體，平均厚度達到10 m以上，是主要的開采對象[1]。兩層礦體分別開采，且各自形成獨立的采準(zhǔn)系統(tǒng)。其中，先期建成的一期工程(開采550水平以上礦體)采用YG-90型鑿巖機鑿上向扇形炮孔、電耙出礦的底盤漏斗分段空場法開采。后期建成的二期工程(開采550水平以下礦體)則主要采用Simba1354型鑿巖機鑿巖、塹溝式底部結(jié)構(gòu)的小分段空場法開采；主要工程為在礦體下盤施工采準(zhǔn)干線，在干線中開鑿出礦進路，進而施工塹溝，在塹溝中施工上向扇形炮孔，鏟運機出礦的回采工藝。Ⅰ3、Ⅰ2礦體回采順序：一期中段運輸自成系統(tǒng)，同中段先采Ⅰ3礦體，Ⅰ2礦體待上一中段Ⅰ3礦體采充結(jié)束后再行回采。二期同中段共用運輸系統(tǒng)，先采Ⅰ3后采Ⅰ2礦體。

實際應(yīng)用中，分段空場法暴露出如下問題：資源回采率低，為保證兩層礦體開采后形成的空區(qū)安全，兩層礦體間開采時要留14 m厚度的礦柱隔層，造成低品位資源未開采、導(dǎo)致兩層礦的資源，損失率較大。在不少地段，I3和I2兩礦層間基本沒有夾層、礦體品位也較高，此時預(yù)留14 m隔層所造成的資源損失更為突出；同時，因礦體面積大，礦巖強度中穩(wěn)，使預(yù)留的間柱和頂?shù)字V量，約占總礦量的20%～22%；兩層礦體分別布置采準(zhǔn)工程導(dǎo)致總體采切千噸比高、原礦開采成本高；采用扇形中深孔崩礦，大塊產(chǎn)出率較高，達到15%左右，直接影響供礦效率[1-2]。

2.2 大直徑深孔崩礦空場嗣后充填法

下向大直徑深孔崩礦空場嗣后充填法是基于“銅鐵合采”的理念而設(shè)計的采礦方法[3-4]。大直徑深孔崩礦技術(shù)體現(xiàn)一種規(guī)模化作業(yè)思維，集中作業(yè)，減少循環(huán)以求工效最大化。采用階段式布置可減小開拓采準(zhǔn)工程與費用，利于生產(chǎn)和管理的集中[5]。

“高礦柱、大空場、單步驟”的采場結(jié)構(gòu)，無法實現(xiàn)對盤區(qū)間柱的回收，礦石損失率高達25%，造成極大的資源浪費。從實際采礦效果來看，空場嗣后充填法普遍存在頂板冒落比較嚴(yán)重、大塊率、貧化率和損失率很高的問題。

3 大盤區(qū)階段空場嗣后充填連續(xù)回采

3.1 基本思路

針對緩傾斜極厚大礦體，提出了大盤區(qū)階段空場嗣后充填連續(xù)采礦法，該法采用大盤區(qū)劃分，階段之間無礦柱、礦塊之間無間柱、兩步驟回采，超前回采Ⅰ步礦房，嗣后塊石-尾砂膠結(jié)充填，形成充填間柱支撐架構(gòu)，再回采Ⅱ步礦房嗣后尾砂充填。

3.2 大盤區(qū)階段空場嗣后充填連續(xù)采礦法

3.2.1 沿走向布置方案

將盤區(qū)間隔劃分為Ⅰ步礦房和Ⅱ步礦房，沿礦體走向布置。沿走向礦房長50～100 m，Ⅰ步礦房寬20～25 m，Ⅱ步礦房寬20～25 m。階段之間無礦柱、礦房之間無間柱、兩步驟回采。先回采Ⅰ步礦房，嗣后塊石-尾砂膠結(jié)充填，形成充填間柱支撐架構(gòu)，再回采Ⅱ步礦房，嗣后尾砂充填。大盤區(qū)采準(zhǔn)系統(tǒng)布置采用上盤切頂、底盤出礦的分段布置模式，即大盤區(qū)內(nèi)采用上下盤分段采準(zhǔn)。

頂部以鑿巖工程為主，上盤分段聯(lián)絡(luò)，礦房頂部沿礦體傾向布置長條式硐室，硐室規(guī)格為3.0 m×3.3 m，硐室之間的條柱寬3 m。切頂工程布置在I3礦體上部。使用T150型鑿巖臺車鉆鑿垂直向下、孔徑165 mm的炮孔，應(yīng)用的大直徑深孔側(cè)向崩礦技術(shù)。在礦體底板開鑿采準(zhǔn)干線、出礦進路和塹溝巷道。在塹溝巷道中使用Simba1354型鑿巖臺車鉆鑿扇形上向扇形炮孔，孔徑76 mm。出礦進路之間的間距為8～12 m，平底鏟運機分段出礦。

采場出礦完畢，立即對采空區(qū)進行充填。Ⅰ步礦房采用尾砂膠結(jié)充填(灰砂比1∶6～1∶12)，在底部裝礦進路和鑿巖硐室聯(lián)絡(luò)道中采用混凝土封閉擋墻。充填管路從上部充填巷道、充填鉆孔引至采場。Ⅰ步礦房空區(qū)必須接頂充填，Ⅱ步礦房首先進行廢石充填，可以充到空區(qū)的2/3，待無法進行廢石充填時再采用分級尾砂進行充填。為保證礦石安全回采，回采過程中應(yīng)加強頂板管理，除采后及時充填以外，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場頂板穩(wěn)固情況進行不同形式的支護，以維持回采期間硐室或巷道的穩(wěn)固完整，現(xiàn)場一般采用噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護。

3.2.2 沿傾向布置方案

沿礦體傾向布置盤區(qū)，將盤區(qū)間隔劃分為Ⅰ步礦房和Ⅱ步礦房。Ⅰ步礦房沿走向跨度12～15 m，Ⅱ步礦房沿走向跨度B≤35 m，礦房沿傾向長度為階段斜長，最大126 m。階段之間無礦柱、礦房之間無間柱、兩步驟回采。先回采Ⅰ步礦房，嗣后塊石-尾砂膠結(jié)充填，形成充填間柱支撐架構(gòu)，再回采Ⅱ步礦房，嗣后尾砂充填。盤區(qū)采準(zhǔn)系統(tǒng)布置采用上盤切頂、底盤出礦采準(zhǔn)模式，與沿走向布置方式基本相同。礦房內(nèi)鑿巖以T150為主，底部采用扇形深孔爆破形成V型塹溝，平底鏟運機出礦。切割槽采用下向大孔擠壓落礦與淺孔留礦法聯(lián)合回采，盤區(qū)礦房采用上向扇形深孔和下向大孔聯(lián)合回采。

采用沿傾向布置時礦房的長度可根據(jù)礦體的形態(tài)以回采作業(yè)方便自由選取，但Ⅱ步礦房的跨度嚴(yán)格控制在35 m以內(nèi)；Ⅰ步礦房的跨度可根據(jù)礦房的高度選取，當(dāng)?shù)V房高度在50 m左右，跨度可取10～12 m。礦房高度70 m時，Ⅰ步礦房跨度取15 m。礦房回采的切割槽沿傾向布置寬4 m。Ⅰ步礦房采用尾砂膠結(jié)充填(灰砂比1∶6～1∶12)，在底部裝礦進路和鑿巖硐室聯(lián)絡(luò)道中采用混凝土封閉擋墻。充填管路從上部充填巷道、充填鉆孔引至采場。Ⅰ步礦房空區(qū)必須接頂充填。Ⅱ步礦房分步回采，一般由中央向兩側(cè)退采，即先留下5 m左右作為臨時礦柱與Ⅰ步礦房膠結(jié)充填體一起支撐采空區(qū)頂板，為余下的Ⅱ步礦房回采提供安全保障，使其能夠盡可能多而且是安全地回收崩下的礦石。臨時礦柱回采完畢用全尾砂充填采空區(qū)。為保證礦石安全回采，回采過程中應(yīng)加強頂板管理，除采后及時充填以外，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場頂板穩(wěn)固情況進行不同形式的支護，以維持回采期間硐室或巷道的穩(wěn)固完整，現(xiàn)場一般采用噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護。

4 連續(xù)回采試驗

385中段B48～54線盤區(qū)為下向大直徑深孔側(cè)向崩礦空場嗣后充填連續(xù)開采試驗盤區(qū)，盤區(qū)內(nèi)劃分Ⅰ步礦房和Ⅱ步礦房，先采Ⅰ步礦房、嗣后膠結(jié)充填，再采Ⅱ步礦房、嗣后尾砂充填，盤區(qū)內(nèi)不設(shè)礦柱，以膠結(jié)礦柱代替礦石礦柱，再造礦房回采環(huán)境，實現(xiàn)對礦體連續(xù)回采、減少礦石永久損失、降低礦石貧化。

4.1 原設(shè)計方案

該盤區(qū)原設(shè)計采用階段大直徑崩礦空場嗣后充填采礦法，將盤區(qū)劃分為礦房和礦柱，盤區(qū)內(nèi)設(shè)計6個礦房，盤區(qū)內(nèi)礦房間設(shè)有礦柱。礦房傾斜跨度20～35 m，走向長40～80 m，礦柱6～12 m，見圖1。該設(shè)計方案因礦房回采高度高，局部達到70 m，礦柱損失量大，達到約30萬t礦柱永久損失。

圖1 礦山原設(shè)計方案

4.2 空場嗣后充填連續(xù)采礦法設(shè)計方案

在B50～54線Ⅱ段礦房已經(jīng)完成采場落礦的條件下，該盤區(qū)工業(yè)試驗方案見圖2，將此區(qū)域劃分為285礦柱，Ⅰ段東礦房、Ⅰ段西礦房、Ⅰ段B51線礦柱，Ⅱ段B48～50礦柱、Ⅱ段B50～54礦柱，Ⅲ段東礦房、Ⅲ段西礦房、Ⅲ段B51線礦柱。其中285礦柱不采、Ⅰ段B51線礦柱、Ⅱ段B48～50礦柱、Ⅱ段B50～54礦柱和Ⅲ段B51線礦柱為膠結(jié)充填，其余礦房為廢石充填及尾砂充填。

圖2 連續(xù)開采方案平面布置圖

盤區(qū)采準(zhǔn)系統(tǒng)布置與礦山現(xiàn)用上盤切頂、底盤出礦采準(zhǔn)模式相同。即大區(qū)內(nèi)采用上下盤分段采準(zhǔn)，上盤頂部布置470水平、450水平兩層切頂沿脈及分段聯(lián)絡(luò)巷道，在各層切頂沿脈中沿傾向布置長條式硐室，應(yīng)用大直徑深孔側(cè)向崩礦技術(shù)。下盤脈外在400水平、410水平和420水平分別布置采準(zhǔn)干線、出礦進路和鑿巖塹溝。

盤區(qū)內(nèi)充填主要通過500水平充填巷道及探礦沿脈布置的充填管道進行充填，各分段切頂層可作為空區(qū)廢石充填排放口。

采準(zhǔn)干線及上盤切頂巷道各水平新鮮風(fēng)流由西部尾砂進風(fēng)斜井進入，污風(fēng)通過各水平回到B48線主回風(fēng)系統(tǒng)，最終排出地表。

根據(jù)跳采原則和盤區(qū)周邊工程布置情況，盤區(qū)總體回采順序為：先回采膠結(jié)充填礦房再回采廢石及尾砂充填礦房。具體順序為：①Ⅱ段B50～54礦房(Ⅰ步)→②Ⅱ段B48～50礦房(Ⅰ步)、Ⅰ段B51線礦房(Ⅰ步)、Ⅲ段B51線礦房(Ⅰ步)→③Ⅰ段西礦房(Ⅱ步)→ ④Ⅲ段西礦房(Ⅱ步)→⑤Ⅰ段東礦房(Ⅱ步)→⑥Ⅲ段東礦房(Ⅱ步)。

4.3 經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)

(1)采用連續(xù)開采方案，在出礦品位基本相同的情況下多供礦30萬t，提高幅度達20.55%，多回收原礦含銅約1 855 t，回采效果得到明顯提升。

(2)經(jīng)研究采用連續(xù)開采技術(shù)后，區(qū)域內(nèi)盤區(qū)連續(xù)開采損失率6.19%，貧化率11.41%，極大地降低了礦柱損失率。

(3)連續(xù)回采盤區(qū)采切工程量及采切比分別為2.97 m/kt、35.87 m3/kt，小于現(xiàn)用大直徑深孔3.31 m/kt、36.32 m3/kt，采切比降低1.24%。

(4)空場嗣后充填連續(xù)采礦法具有“強采、強出、強充”的工藝特點，采場供礦能力達1 500～2 400 t/d，屬于高效開采。

(5)根據(jù)對礦柱穩(wěn)定性，以及盤區(qū)結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化的研究，礦柱合理結(jié)構(gòu)參數(shù)為：礦房跨度25～30 m，礦柱寬度12 m。根據(jù)工業(yè)試驗，膠結(jié)礦柱局部出現(xiàn)破壞，但整體性和穩(wěn)定性較好。

5 結(jié) 論

大空場嗣后充填連續(xù)開采屬“兩步驟”開采，將礦房、礦柱以及采空區(qū)的處理作為一個整體進行考慮，有步驟地全面回采。采礦方法特征：超前回采Ⅰ步礦房，嗣后塊石-尾砂膠結(jié)充填，形成充填間柱支撐架構(gòu)、再造Ⅱ步礦房回采環(huán)境，實現(xiàn)大盤區(qū)機械化連續(xù)采礦工藝。既減少礦石的損失貧化，又消除采空區(qū)帶來的隱患。大盤區(qū)空場嗣后充填連續(xù)采礦法的開采效益總體優(yōu)于礦山現(xiàn)用方法，并且由于貧損得到有效控制，可提高供礦品位，大幅度提高回收率，降低地質(zhì)資源的消耗、延長礦山服務(wù)年限。具有生產(chǎn)效率高、資源回采強度大的優(yōu)點，實現(xiàn)井下采礦作業(yè)集中化。連續(xù)開采模式下各盤區(qū)采準(zhǔn)系統(tǒng)布置與采準(zhǔn)聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計具有系統(tǒng)性，并且是與廢石充填綜合考慮的，綜合考慮了廢石充填方案與能力，可以有效充填采切廢石。