大范圍隱患區下不規則殘留礦體整體崩落回采技術*

陳 何 王湖鑫 楊偉忠 羅先偉

(1.北京礦冶研究總院;2.廣西華錫集團股份有限公司)

銅坑礦是華錫集團的主要礦山。經過30余年的開采，細脈帶礦體、91號礦體的開采基本結束，銅坑礦現主要開采對象為92號礦體。92號礦體原采用空場法回采，大多數礦柱不能保持穩定，礦柱很難處理和回收，盤區礦柱的穩定性也受到很大的破壞，導致礦石資源的大量損失和采空區冒落事故隱患的產生。為了解決92號礦體開采過程中出現的問題，提高其生產能力，采用安全高效采礦技術很有必要［1］。在我國，地下金屬礦山連續大量采礦技術的研究發展經歷了3個主要階段［2］，即采場振動出礦、采場連續大量采礦、區域無間柱連續大量采礦階段，形成了以振動放礦理論為核心的理論成果，首創了連續采礦采場運搬作業線，提出了以礦段為回采單元的連續采礦工藝技術，即“無間柱連續采礦”技術，并進行了工業試驗，取得了理論研究和工業實踐的成果。

本項目系統開展了大范圍隱患區下不規則殘留礦體整體崩落回采技術方案優化與采場工程結構及工藝參數優化，束狀孔及等效大孔爆炸應力場測試試驗，覆巖下放礦與貧化損失控制試驗，多種礦體開采冒落特性研究，采場工業試驗等［1］。

1 礦山地質與開采概況

1.1 礦山地質

長坡—銅坑礦床位于大廠倒轉背斜北東翼次一級橫向背斜及其軸部裂隙帶和層間錯動交匯部位。礦床主要由細脈帶、91號、92號3大礦體組成。3大礦體為立體重疊產出，從上至下依次為細脈帶、91號、92號礦體。目前已形成3大礦體同時開采格局，實際生產能力為7 500 t/d。由于細脈帶礦體上部存在火區，同時受到民采的嚴重破壞，其開采技術條件十分復雜。當前，細脈帶和91號礦體開采基本結束，92號礦體生產規模不斷擴大。但仍然形成了多礦體、多中段開采的局面。

1.2 92號礦體開采概況

開采生產分盤區進行，共有7個盤區，盤區寬度為90～100 m，盤區礦柱沿南北向勘探線布置，盤區礦柱寬為20 m。盤區內礦塊劃分為礦房和礦柱，沿礦體走向布置。礦房寬為25 m、長70～80 m、高10～60 m;采場生產能力為3 000～4 000 t/d，采用165、110mm大孔和65mm中深孔鑿巖，鏟運機或電耙出礦。

銅坑礦92號礦體自2000年開始規模開采以來，累計采礦量達1 161萬t、出礦量達1 374萬t、消耗地質儲量達1 228萬t，目前已開采至355 m水平。由于銅坑礦的采礦生產是從上到下細脈帶、91號、92號礦體的聯合開采的格局，開采方法由原來的房柱法到92號礦體的崩落法。由于1999年以來采空區較少實施充填，地壓活動頻繁，采場空區大范圍垮落，特別是與細脈帶、91號的重疊區域1、2、3盤區北部區域垮落嚴重，部分采場如T105－106、T110－92號礦柱群、T202－203、R盤區等區域更是垮通地表，細脈帶火燒灰竄入采場，礦體資源回收技術安全難度大增。

92號礦體正在或已完成采礦的采場普遍存在損失率過大、貧化率偏小的問題。92號礦體有較多采場的底部結構局部或全部布置于礦體之中，采場損失率達到14.2%，貧化率為1.5%。開采初期所保留的房間礦柱幾乎都有不同程度的破壞，安全穩定性差，對92號礦體的回采產生了嚴重的影響。結構參數不合理:雙側出礦川的鏟運機平底結構，出礦川有效距離僅為6.4 m，不能保證鏟運機直線出礦，出礦效率大大降低，殘礦量大，施工質量低。

從已回采的2、4、5、6、R等盤區情況看，R盤區、5盤區已采礦房發生了較大范圍的冒落。如前所述，一個原因是由于原設計礦柱的尺寸偏小;另外一個主要因素是由于礦房回采后，大多數的礦柱不能及時處理，出現了一定范圍的塑性變形區。礦柱破壞的主要形式是礦柱表面的剝落、剪切破壞和與軟弱夾層、節理等構造有關的破壞類型。92號礦體由于其巖性脆，且裂隙十分發育，礦柱易產生整體性破碎和倒塌。

2 地壓活動特征與殘礦回采順序

銅坑礦3大礦體重疊產出，經多年開采，形成了多層重疊的采空區。其開采特征為多層開采，采區內地應力受到多次擾動。模型開挖后的應力應變規律及狀態:模型所受水平應力較垂直應力高。開挖后多個空區的破壞從下部空區開始。下部空區的底板與頂板最先開始塑性破壞，屬于比較典型的冒落—成拱—冒落空區破壞方式［6］。隨著破壞范圍擴大，下部空區以上的破壞形式發生了改變。區域的塑性破壞一般均是在上下空區間的水平隔板礦柱處發生，并沿水平X方向與Y方向擴展。X方向較Y方向擴展的范圍更大一些。這導致隔板及附近空區圍巖局部破壞，并不發生大面積的冒落。隨著下部破壞區的擴展，空區直至貫通模型頂部。同時在上部圍巖中形成垂直的塑性破壞帶，而非在空區邊幫形成塑性破壞區。這種先形成水平塑性破壞區，而后發展垂直的塑性破壞帶的破壞方式，因垂直的塑性破壞帶切割形成大量巖柱，巖柱失穩最終導致形成貫通式大量冒落。

從礦山目前的開采情況來看，急需處理好現有的采空區，并與礦山回采計劃整合。為了減少礦體各開采區域的相互影響，并與現開采系統相適應，整合回采方案仍以東西、南北向盤區礦柱為界，分區域逐步進行。根據上述基本思想并結合現狀提出如下的回采順序方案:從R采區往外輻射整合回采方案。即先期以R采區冒落區為邊界，分別處理92號礦體西南區1盤區、2盤區的采空區，使該區域形成整體連續崩落區，然后再向外輻射［5］。

3 殘留礦體整體崩落工程試驗

整體崩落回采技術是以大直徑深孔高效率采礦技術為主導的礦房回采，階段崩落，空區處理，頂板崩落控制及其相關工藝在不同的空間和時序上形成一個平行連續的技術過程［3-4］。該工藝技術可改善井下工人的作業環境和工作條件，實現礦山機械化、連續化作業，縮短采場的回采周期，有利于深部地壓的控制和管理，可實現大規模、高強度的集中強化開采，提高回收率，減少礦產資源的損失浪費。

試驗采場位于銅坑礦92號礦體礦柱群一采區B采場。作業主要集中在455 m鑿巖水平和386 m出礦水平。在455 m水平布置鑿巖硐室，鑿下向大直徑束狀深孔，孔徑165 mm，炮孔深度47 m。在礦柱中布置部分斜孔，炮孔最深54.1 m。在鑿巖水平打上向中深孔(110 mm)，崩落頂板，聯通已有空區。

鏟運機出礦塹溝底部結構布置在386 m水平。鑿巖水平和出礦水平可平行作業，拉底與鑿巖巷道完成后，鑿下向束狀深孔。爆區分為礦房(掏槽部分)和礦柱2部分。礦房寬15 m，采用束狀孔當量球形藥包高分層大量落礦采礦技術下向崩礦，形成足夠的補償空間后，礦柱與采場頂板在礦房揭頂時同時爆破。

試驗采場分層爆破6次，揭頂爆破1次，共計爆破7次。第7次爆破為揭頂爆破，包括南部礦柱、北部礦柱、西部礦柱以及掏槽部分的揭頂層。

4 主要技術指標

試驗采場爆破主要技術參數見表1。

表1 主要技術參數指標

采場落礦后4.5個月完成出礦，平均生產能力2 237 t/d。炸藥單耗0.34 kg/t，二次炸藥單耗0.04 kg/t，大塊率4.7%，貧化率13.5%，損失率9%。

5 結論

針對大范圍隱患區下殘留礦體開采條件，研究多層礦體開采頂板冒落特征與規律，確定殘礦回采合理順序，建立并實現了地下硬巖礦物開采礦石連續生產作業線新工藝。該工藝采用束狀孔大參數布孔，鑿巖硐室布置成巷道的形式，采場高分層落礦和厚大尺寸揭頂崩落。方案兼有空場采礦法礦房回采的低貧化損失、高效率低成本和崩落采礦法無后續礦柱和采空區處理的優點。工業試驗取得良好的技術經濟指標。

［1］ 北京礦冶研究總院，廣西華錫集團股份有限公司.大范圍隱患區下不規則殘留礦體整體崩落回采技術研究報告［R］.北京:北京礦冶研究總院，2012.

［2］ 吳愛祥，韓 斌，古德生，等.我國地下金屬礦山連續開采技術研究的發展［J］.有色礦山，2002(1):1-5.

［3］ 孫忠銘，陳 何，王湖鑫束狀孔等效直徑當量球形藥包大量落礦采礦技術［C］∥采礦科學技術前沿論壇論文集.長沙:《礦業研究與開發》雜志社，2006:4-6.

［4］ 王湖鑫，陳 何，孫忠銘.束狀深孔崩落技術在殘礦回采中的應用［J］.有色金屬，2011(6):40-42.

［5］ 陳 何，孫忠銘，余陽先，等.高應力條件下礦柱群安全開采技術研究［J］.礦冶，2010(3):1-3.

［6］ 何滿湖，錢七虎.深部巖體力學基礎［M］.北京:科學出版社，2010.