安慶銅礦特大型采場回采工藝實踐

陳賢春

(安慶銅礦, 安徽安慶市 246131)

安慶銅礦特大型采場回采工藝實踐

陳賢春

(安慶銅礦, 安徽安慶市 246131)

隨著安慶銅礦特大型采場的開采范圍向深部延伸,圍巖與礦體的原始應力都不同程度的發生改變,次生應力的出現造成大型采場鑿巖硐室局部大面積垮落,礦房采場回采時大空區頂板中間位置和兩側礦柱都有不同程度垮塌現象。研究表明,特大型采場回采工作是否安全,不完全取決于礦床的地質條件,而且與采礦方法結構參數選擇是否合理有很大關系。合適的采礦方法結構參數可保證特大型采場的安全有序回采,降低采礦成本,提高綜合經濟效益。

分上、下盤回采;單段藥量;控制爆破

1 采礦方法概述

安慶銅礦礦體屬于急傾斜礦體,礦體厚度多為50～70m,部分厚大區域達100m,礦體上盤為石灰巖、下盤為矽卡巖、閃長巖,礦石類型有含銅磁鐵礦、單鐵礦、含銅矽卡巖3種,礦、圍巖均屬于中等穩固以上的巖層。采用大直徑深孔采礦法雙階段段連續回采。采場垂直礦體走向布置,分礦房、礦柱兩步驟回采,回采高度120m,礦房、礦柱寬均為15m,采場長度為礦體的厚度,采場布置上下兩層鑿巖硐室,采用Simba-261型潛孔鉆機分段鑿巖,炮孔直徑為165mm,采場底部布置塹溝拉底、雙側進路出礦的底部結構,采用ST型系列鏟運機出礦,采場出礦完畢,嗣后一次充填,-510m以上的礦房為一步驟回采采場,實行尾砂膠結充填,礦柱為二步驟回采采場,采用尾砂充填。考慮到-510m以上的礦房采場尾砂膠結充填的強度較差,-618m以上的礦柱為一步驟回采采場,實行尾砂膠結充填,礦房為二步驟回采采場,采用尾砂充填,采用自下而上的回采順序,有利于空區處理和地壓穩定。

2 回采采場介紹

安慶銅礦1#礦體-460～-536m5#P采場是厚大區域大型礦柱回采工業試驗采場的一部分,該區段礦體上盤傾角較陡,為56°左右,礦體下盤變化較大,呈現下面緩,上面陡特點。采場厚大,在回采-400～-510m礦房大采場時兩側礦柱(原巖)都出現了不同程度的垮落現象,-460～-536m5#P采場是將-460～-510m5#P上盤部分礦體同-510～-560m5#P下盤部分礦體結合的大型采場,采場回采高度為80m,礦體的水平厚度有100m左右,采場的寬度為15m(見圖1)。

3 回采方案

根據以往對1#礦體-400m以下7#房不同水平1∶10充填體開挖取得的79個試樣強度測試數據進行的統計,充填體平均抗壓強度為0.712MPa,比灰砂比為1∶10、濃度為70%的標準試塊抗壓強度(28 d)低42%[1]。為避免或減少兩側充填體垮落,將該采場分上、下盤兩回采單元進行回采,單元回采仍采用大直徑深孔嗣后一次充填采礦法。

3.1 炮孔布置

根據安慶銅礦大直徑深孔回采合理爆破參數試驗研究,考慮深部回采地應力大及5#房和7#房回采時可能存在少量垮落,礦柱采場兩側邊孔依據加強松動爆破理論,采用2m×2m的網孔參數;邊排孔距充填體邊界1.5～1.7m,實行光面控制爆破;中間孔采用3m×3m的孔網參數。

3.2 采場爆破

采用VCR法掏槽、倒向小梯段分區側向崩礦回采工藝,每次爆破的高度控制在8m以內,平均炸藥單耗為0.328kg/t。每次掏槽高度為3m,槽區每層裝藥30kg,每次爆破的堵塞長度為1.5m。側向崩礦時,采用V型斜線起爆順序,以減少動態抵抗線。中間孔每層裝藥量為30kg,空氣間隔1.5m,每次爆破的堵塞長度為1.5m。側向爆破時,最大單段炸藥量控制在270kg以下,盡量降低對充填體的破壞。最大單段炸藥量控制在270kg時,作用在充填體界面上的最大動載抗壓強度為1.754MPa,其安全系數為1.23。邊孔分層裝藥量為10kg,空氣間隔取0.7m,此時邊孔爆破作用在1∶10充填體界面上的動載抗壓強度為0.808MPa,其安全系數為2.66,在邊孔偏斜或盲孔或炮孔相鄰一側充填體強度較低時,可采用5kg分層裝藥,空氣間隔調整為0.4m;并且兩側邊孔要遲后相鄰近的中間孔一次爆破,使邊孔爆破時不至于過擠壓,保護兩側膠結充填體。

4 大空區穩定性分析

由于采礦形成開采空間后,巖體內應力重新分布,使巖體產生次生應力場,在此過程中由于次生應力場大小和分布狀態的不同,因而產生各種地壓現象,如圍巖變形、位移、頂板下沉,甚至頂板冒落、片幫、礦柱開裂等。

圖1 5#柱-460～-510m中段采場縱剖面

當開采空間高度較小但寬度較大時,頂板內最大主應力F1降低很大,而最小應力F2變成拉應力而很大。若將開采空間旋轉90°,使之成為窄而高的矩形狀態,則兩側幫沒有應力集中現象,在跨度很小矩形斷面的頂板中拉應力消失或減少。從以上可以看出窄而高的矩形斷面開采空間,不僅不會加大應力集中,相反卻減少了。因此國外一些礦山運用這一規律,將礦房的高度增大到200m至300m[2]。

-460～-536.5m5#P采場大空區同類似的采場相比,由于厚大區域礦體分上、下盤采場回采,大空區平面暴露面積將大大減少,有利于大空區的穩定。現-460～-536.5m5#P采場大空區約800 m2。如果不分上、下盤分采,水平厚度為100m,采場破頂后水平暴露面積達1500m2。依據安慶銅礦礦巖堅固性f=8～10,屬于中等穩固,暴露面積應在600～1000m2,說明厚大采場不分上、下盤回采比分上、下盤回采破頂后水平暴露面積要大得多,所以分上、下盤回采大空區的頂板不容易垮落。

采場大空區直立接近90°,空區的上下盤、兩側的圍巖、膠結充填體的抗壓強度比其抗拉強度、抗剪切強度要高得多,也有利于回采后大空區的穩定。

在邊孔偏斜或盲孔或炮孔相鄰一側充填體強度較低時,采用不同的裝藥結構,兩側邊孔滯后相鄰的中間孔起爆后一次爆破,使邊孔爆破時不至于過擠壓,有效保護兩側的膠結充填體[3]。每次爆破中最大單段控制在270kg炸藥量以下,同以往大爆破相比,單段炸藥量減少許多,爆破時也相應減少了采空區的破壞,保護了大采空區的穩定。

5 經濟技術指標

采場生產能力800t/d;采場損失率0.91%;廢石混入率為0.15%;炸藥單耗為0.328kg/t;大孔平均崩礦量為25.97t/m;大孔有效崩礦量為30.63t/m。

6 結 論

(1)在井下回采實踐中,通過縮小采場水平暴露面積,采場較大空區長時間暴露,但兩側充填體長時間直立完好,無垮落現象,比以往-510～-400m的礦房采場有顯著改善,回采順序有序進行,值得推廣應用。

(2)礦柱采場回采時貧化、損失兩大指標有明顯降低。之前回采-460～-400m6#P采場時出現兩側膠結充填體垮落現象,采場貧化、損失率較高,還造成礦石溜井堵塞,影響生產。

(3)由于每次爆破量少,為滿足采場生產能力的要求,相應的增加了采場的爆破次數,只有每隔1～2d爆破1次。

[1]謝學斌,潘長良,曹 平,等.冬瓜山銅礦床合理開采工藝參數的優選[J].中國礦業,2001,10(4):46～49.

[2]楊國春,徐 兵,黃鐵平.安慶銅礦大型采場回采工藝研究[J].礦業工程,2004,2(5):21～24.

[3]黃玉煥.大直徑深孔爆破技術在礦柱回采中的實踐與應用[J].化工礦物與加工,2002,(2):16～19.

2009-12-02)

陳賢春(1965-),男,安徽安慶人,高級工程師,主要從事采礦工藝方面工作。