深部銅礦盲礦體回收與采空區處理方案

高志榮張　亭李軍民趙　云

（1.西北礦冶研究院，甘肅白銀，730900；2.白銀有色集團股份有限公司深部礦業公司，甘肅白銀，730900）

1　項目背景

深部礦業公司結合折腰山礦區西部礦床的地質特征、礦體賦存規律，以及圍巖蝕變特征，在2、3號主礦體下盤沿脈巷以北148 m處發現一處高品位盲礦體。礦方在1 573 m水平沿975行線開掘運輸巷，利用淺孔留礦法對礦體進行了回采，已回采至1 585 m水平。根據回采情況及礦體賦存狀態，該礦體有進一步增大的可能。

2　盲礦體開采簡介

2.1　礦體賦存特征

盲礦體主要為浸染狀銅礦，賦存于石英角斑凝灰巖中，呈中厚或厚層狀產出，硬度系數f=8～10，顏色呈灰色、灰褐色和綠色，礦石中金屬礦物主要為黃鐵礦和黃銅礦。

根據地質勘探報告，結合回采情況，初步推斷礦體賦存于西部采區960～1 000行勘探線1 585～1 475 m標高，走向NW75°，傾向SW，傾角70°～75°，平均厚度6 m，走向長36 m，傾向延深110 m。

2.2　上下盤圍巖性質

盲礦體上下盤圍巖均為石英角斑凝灰巖，硬度系數f=8～10，與礦石硬度系數相當，片理構造非常發育。圍巖與礦體的界線呈漸變關系，走向同礦體走向近似平行。礦巖總體穩固性均屬于中上等穩固水平。

2.3　采空區賦存狀態

礦方利用淺孔留礦法將1 573 m水平以上部分礦體進行了回收，在1 573～1 585 m標高之間形成面積約408 m2的采空區，中部留有一個長15.4 m，寬2.5 m的間柱。

后期由于采空區北部和南部圍巖礦化帶內仍有一定品位，存在利用價值，故沿采空區邊界又對部分礦化帶進行了回收，同時對中部遺留的間柱也進行了回收，致使采空區面積擴大至557 m2，采空區賦存狀態見圖1。

根據盲礦體賦存狀態及勘探線剖面圖，1 535 m（三中段）以上全部回采結束后，將形成21 650 m3的采空區。

2.4　資源/儲量

根據《盲礦體地質勘探總結報告》，結合1 573 m水平的回采情況，推斷1 535 m（三中段）以上保有地質儲量約為5.97萬t，平均品位1.04%，銅金屬量620.40 t。

3　總體方案

盲礦體的開采對完成產量任務、提高出礦品位具有重要意義，同時盲礦體位于運輸巷道的下盤，其開采勢必影響礦山安全。為此，制定總體方案時既要充分回收礦產資源，又要保證采礦活動的安全，將盲礦體開采造成的影響降到最小。

基于以上原則，本次在制定盲礦體回采方案的同時，通過理論計算分析，制定了采空區處理方案。

3.1　盲礦體回收方案

根據礦體賦存狀況，結合開采技術條件和回收原則，盲礦體回收總體方案為分層中孔鑿巖落礦、底部塹溝集中出礦[1]。

根據主礦體分層劃分原則，將盲礦體劃分為1 561 m、1 548 m和1 535 m 3個分層。1 561 m和1 548 m分層采用由東向西中深孔后退式回采[1]，落礦后本分層只運出一部分，其余留在采場，在1 535 m中段通過底部塹溝集中運出。1 535 m中段設計塹溝式底部結構，集中出礦，由東向西后退式回采。3個分層回采時形成正臺階，各臺階相距3～6 m。

3.2　采空區處理方案

采空區處理的實質是緩和巖體應力集中的程度，轉移應力集中的部位，或使應力達到新的相對平衡，以達到控制和管理地壓[2]的目的。

盲礦體1535m水平以上回采后將形成21 650 m3的采空區，采空區的存在，破壞了巖體的靜態平衡，使空區周圍的巖體應力產生變化，影響采礦活動安全[3]。根據盲礦體回采后形成的采空區賦存狀態，結合硐室爆破處理地下礦山采空區的特點，經論證推薦該礦體采空區處理方案為硐室爆破強制崩落上盤圍巖[4]。

在1 573 m分層的上盤位置，開掘一聯絡道與爆破硐室相連，1 535 m以上礦體全部采完后，在硐室內裝一定數量的炸藥同時起爆。單個硐室爆破崩落散體量約5 000～8 000 m3，根據采空區賦存大小，取廢石緩沖墊層為采空區高度的1/3，約需要散體巖量6 850 m3，因此，只需一個爆破硐室就可滿足采空區處理的要求。

4　盲礦體采場結構參數計算

4.1　頂柱安全厚度

假定采空區頂板是兩端固定的板梁[5]，計算時將其簡化為平面結構力學問題，并取單位寬度進行計算。

最大彎矩Mmax出現在兩固定端，大小為：

根據力學模型得到彎矩支應力大小為：

式中,Mmax為彎矩，N·m；q為外界均布載荷，kN/m2；Ln為空區跨度，取29.43 m；p為梁自重均布載荷，kN/m2；W為阻力矩，N·m；b為梁寬，m；h為空區頂板厚度，m。

頂柱安全厚度h推導計算公式為：

計算得：h≥5.50 m，即頂柱安全厚度為5.5 m。

4.2　頂板最大允許跨度

（1）巖體與巖石之間換算的折減系數K可由下式確定。

式中，Kr為巖體完整性系數，取0.6；a為系數，取0.02；t為空區暴露時間，取1。

計算得：K=0.588。

（2）頂板極限跨度計算。利用模型法計算頂板跨度。

式中，γ為上覆巖層容重，N/m3；H為上覆巖層厚度，m；lmax為空區跨度，m；σc為頂板巖體的抗拉強度，MPa。

考慮上覆巖層高度H對拉應力集中系數k的影響[6]，令，式中，H=170 m，k=70，γ=26 460 N/m3，σc=K×7.64 MPa=4.49 MPa。

計算得：lmax=48.08 m，頂板最大允許跨度為48 m。

4.3　采場礦柱寬度

采場礦柱寬度Hn為：

式中，A為礦房寬度，m；H為上覆巖層厚度，m；σ為礦柱抗壓極限強度，MPa；k為安全系數，k＝1.2～3；h為礦體厚度，m；γ為上覆巖石密度，t/m3；γ1為礦石密度，t/m3。

計算得：Hn=5.76 m，確定采場礦柱寬度為6 m。

綜上所述，盲礦體1 535 m中段以上規模較小，礦體走向長度小于最大允許跨度48 m，空區頂部和四周均為實體，圍巖穩固性較好，故不留頂柱和間柱。

5　工程設計

5.1　盲礦體回收工程設計

盲礦體回收工程設計主要針對1 535 m中段以上，其中1 573 m水平已經回采結束，1 561 m水平3條鑿巖巷道也已全部施工完成，本次只對1 548 m和1 535 m水平工程進行設計。

（1）1 561 m水平分層。施工了3條東西向鑿巖巷道，規格為3.0 m×3.0 m三心拱。在中間巷道最東部施工1條切割天井，規格為2.0 m×3.0 m方型，其下部為切割平巷。鑿巖巷道內采用垂直上向中深孔，排距為1.2m，孔底距為1.8～2.2 m，邊孔角45°，3條鑿巖巷道采幅分別為6.5、10和8.1 m。

（2）1 548 m水平分層。在礦體下盤施工1條鑿巖巷道，規格為3.0 m×3.0 m三心拱，在礦體東部施工1條切割平巷，規格為3.0 m×3.0 m三心拱，在切割平巷南段布置1條切割天井，規格為2.0 m×3.0 m方型，形成寬度為9.0 m切割槽，后在鑿巖巷道內布置垂直上向中深孔，排距為1.2 m，孔底距為1.8～2.2 m，邊孔角5°，采幅為20 m。具體見圖2。

（3）1 535 m中段。本水平為底部結構，從原火藥庫西北角施工1條運輸平巷至1 000行線，沿此行線方向向北施工至礦體。在礦體內及下盤位置分別施工1條鑿巖巷道和1條脈外運輸巷，2條巷道相距10 m，在鑿巖巷道和脈外運輸巷之間以45°方向施工出礦橫巷使之貫通，出礦橫巷間距8 m。在鑿巖巷道東部施工切割平巷，在切割平巷南端施工切割天井，規格為2.0 m×3.0 m方型，巷道規格均為3.0 m×3.0 m三心拱。

切割槽寬度約6 m，鑿巖巷道內布置垂直上向中深孔，排距為1.2 m，孔底距為1.8～2.2 m，邊孔角45°，采幅約16.1 m。具體見圖3。

5.2　采空區處理工程設計

根據采空區處理方案，在1 573 m水平運輸巷道旁，距采空區約18 m處布置1個爆破硐室，規格為2.0 m×2.0 m×2.0 m，通過硐室外聯絡道、硐室平巷與運輸巷相連，具體見圖4、圖5。

6　投資估算及效益分析

本次工程包括1 548 m水平、1 535 m水平采準工程和1 573 m水平采空區處理工程，共計3 094 m3，預計工程投入124萬元。

本方案共回收1 535 m中段以上礦石7.67萬t（包括1 573 m水平采空區內遺留的1.7萬t），平均品位1.04%，貧化率、損失率按8%和10%計算，可采出礦石量7.50萬t，采出品位0.96%，潛在經濟價值1 705萬元。

7　結　語

針對盲礦體和采空區的賦存狀態，制定了礦體回收和空區處理的總體方案，根據理論計算、分析，科學、合理的設計了盲礦體回收工程和采空區處理工程，通過投資估算和效益分析，開采盲礦體具有較好的經濟效益。