分段空場嗣后充填采礦方法在謙比希銅礦中的應(yīng)用*

李 輝，馬浩吉，張晉軍，張東紅，李占炎，楊清平

（1.中色非洲礦業(yè)有限公司 謙比希銅礦；2.北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院，北京 100083）

隨著社會的快速發(fā)展，人們對礦產(chǎn)資源的需求也急劇增加，淺部的礦產(chǎn)資源逐漸枯竭，礦山逐漸由淺部資源向深部開采的方向發(fā)展［1-3］。而隨著礦山的逐漸開采，產(chǎn)生大量的礦山廢棄物和井下采空區(qū)，對礦山的安全生產(chǎn)不利，而充填采礦方法將地表廢棄物充填到井下采空區(qū)，減少地表尾礦庫堆存面積，可有效控制井下地壓［3-6］，因此，充填采礦方法越來越受到礦山的歡迎。

充填采礦法包括單層充填法、上向水平分層充填法、下向水平分層充填法、分采充填法和分段空場嗣后充填法等［7-9］，不同的采礦方法具有不同的適用條件，分層充填法的適用性相對較強(qiáng)，且安全程度較高，但是其生產(chǎn)效率較低。面對相對嚴(yán)峻的礦業(yè)形式，特別是深部開采的礦山，對礦山的成本控制和生產(chǎn)效率要求越來越高 ，因此，采礦方法的選擇需重點(diǎn)考慮安全和高效的采礦方法，以達(dá)到降本增效的目的。

謙比希銅礦地處非洲中部的贊比亞，隸屬于銅帶省，位于謙比希盆地的北部邊緣，主要包括主礦體、西礦體和東南礦體等幾大部分，其中謙比希銅礦主西礦體為最先開采的礦體，東南礦體為正在基建的礦山。主西礦體原先主要采用分層充填法進(jìn)行開采，礦山設(shè)計生產(chǎn)能力較大，為了滿足礦山的生產(chǎn)能力，進(jìn)一步提高礦山的生產(chǎn)效率，降低礦山開采成本，亟待引用新的采礦方法對其厚大礦體進(jìn)行開采。

1 地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件

1.1 地質(zhì)情況

謙比希銅礦主礦體和西礦體為同一成礦帶，屬于同一礦體，包括露天開采和地下開采兩部分，前期主要進(jìn)行露天開采，隨著開采速度的加快，目前主要為地下開采，且已進(jìn)入深部開采階段。礦體呈現(xiàn)出層狀和似層狀產(chǎn)出，目前西礦體300～500mL區(qū)域?yàn)樯a(chǎn)銜接的主要區(qū)域，該區(qū)域礦體厚度大于25m，礦體傾角為31°，品位1.77%。

礦區(qū)內(nèi)的地層主要由加坦加系和基底組成，其中加坦加系地層是在該地區(qū)地殼不斷的升降運(yùn)動中形成的，該地層主要包括底礫巖、長石石英巖、上盤石英巖、下盤石英巖、礦化板巖等部分組成；基底系主要包括基底花崗巖、片麻巖、石英巖和片巖等部分。

1.2 開采技術(shù)條件

西礦體300～500mL區(qū)域?yàn)?00mL分段以上生產(chǎn)銜接區(qū)域，該區(qū)域包含6個生產(chǎn)盤區(qū)。其中，300～400mL 中段上的1#為老盤區(qū)，沿用300mL分段以上采聯(lián)+分段巷的回采工藝形式；其余5個盤區(qū)為新盤區(qū)，采用斜坡道+采聯(lián)的回采工藝形式。為進(jìn)一步挖掘盤區(qū)生產(chǎn)能力，尤其針對厚度超過25m的礦體，為充分發(fā)揮人員設(shè)備效率，進(jìn)一步“降本增效”，強(qiáng)化集中管理理念，探索分段空場嗣后充填采礦法應(yīng)用的可行性。分段空場嗣后充填采礦法暫定應(yīng)用于礦體厚度＞25m，礦體傾角30°左右的礦體。為保證礦體回采連續(xù)性，局部厚度小于25m，傾角小于30°礦體圈定在嗣后充填回采工藝資源統(tǒng)計范圍內(nèi)。

2 采礦方法選擇

為了適應(yīng)當(dāng)前的礦業(yè)形式，針對謙比希銅礦西礦體的厚大礦體開采條件，提高其開采效率，降低生產(chǎn)成本，需引進(jìn)新的開采方法。其中采礦方法的選擇需遵循以下幾個原則：（1）能夠充分考慮礦體賦存條件，與礦體的開采技術(shù)條件相適應(yīng)；（2）能夠創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境，提供安全的作業(yè)場所；（3）具備高的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力；（4）開采成本相對較低，能夠創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益；（5）充分利用礦區(qū)的尾礦，資源合理利用，提高地表和井下的安全，對生態(tài)環(huán)境破壞小。

結(jié)合謙比希銅礦西礦體300～500mL區(qū)域礦體的開采技術(shù)條件，確定采用分段空場嗣后充填采礦方法對該區(qū)域的厚大礦體進(jìn)行開采，該采礦方法具有生產(chǎn)效率高、機(jī)械化程度高、生產(chǎn)成本低和采切工程量小等優(yōu)點(diǎn)，因此，決定采用分段空場嗣后充填采礦方法對該區(qū)域的礦體進(jìn)行試驗(yàn)開采。

單盤區(qū)走向長度為360m，每個盤區(qū)分為2個回采單元，每個回采單元長度為180m，配置獨(dú)立的通風(fēng)、供排水、充填及溜井等系統(tǒng)，確保每個回采單元相對生產(chǎn)獨(dú)立，實(shí)際400～500mL 1#盤區(qū)采場布置圖見圖1所示。

圖1 分段空場嗣后充填采礦法標(biāo)準(zhǔn)單元回采設(shè)計圖

3 采礦工藝

3.1 采切工程布置

盤區(qū)布置：盤區(qū)沿礦體走向布置，長360m；每個盤區(qū)分2個回采單元，每個回采單元長180m。采場聯(lián)絡(luò)道、溜聯(lián)布置在一條直線上，且與斜坡道聯(lián)道貫通，采場聯(lián)絡(luò)道布置于回采單元中間位置，回采單元劃分為若干采場。礦體上盤布置脈外出礦運(yùn)輸巷（4.5m×4.5m），與采場聯(lián)絡(luò)道貫通，出礦運(yùn)輸巷與采場通過出礦聯(lián)巷（4.5m×4.5m）連接。

采場布置：采場寬度10m，礦柱寬度12.5m，高度為分段高度18m，長度為礦體水平厚度。每個回采單元可布置16個采場，且每個回采單元具有獨(dú)立的生產(chǎn)服務(wù)系統(tǒng)。

3.2 回采工藝

回采工藝：采場間隔回采，即“隔一采一”。單個采場回采首先采用掘進(jìn)鑿巖臺車M2C從上盤運(yùn)輸巷向下盤施工出礦聯(lián)巷（5.0m×5.0m）至切割井位置，進(jìn)而施工切割巷（4.5m×4.5m）至采場寬度，施工過程中井巷工程支護(hù)參照相應(yīng)的支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。然后采用Atlas盲井鉆機(jī)施工兩個直徑為750mm的切割井，與此同時施工上盤沿脈進(jìn)路，確保上盤三角礦體回收，同時采用長錨索對頂板進(jìn)行支護(hù)。最后采用深孔臺車T-100一次性施工切割槽排及其它正常排中深孔。爆破順序：切割槽一次起爆-切割槽下盤三角礦一次起爆（拋擲排4排）-切割槽上盤正常排起爆（2～3排）-爆破至上盤出礦運(yùn)輸巷位置，剩余3～4排炮孔一次起爆，爆破礦石采用遙控鏟運(yùn)機(jī)從出礦聯(lián)巷鏟出至礦石溜井。

3.3 采場中深孔布置

通過對切割槽排、拋擲排及正常排深孔進(jìn)行設(shè)計，統(tǒng)計單個采場中深孔施工總長度。由于受到采場寬度限制，且為避免多種設(shè)備頻繁調(diào)動，所有下向深孔均采用T-100深孔臺車施工深孔。其中表1所示為T-100中深孔施工設(shè)備的技術(shù)參數(shù)情況。

表1 T-100中深孔施工設(shè)備技術(shù)參數(shù)表

3.4 井巷工程支護(hù)

根據(jù)盤區(qū)不同井巷工程服務(wù)周期及礦巖條件，采用不同的支護(hù)等級標(biāo)準(zhǔn)。錨索支護(hù)間排距2.5～3m，直徑15.24mm；錨桿支護(hù)間排距1.5m，直徑20mm；噴漿厚度50mm，且噴漿高度從兩幫1.5m以上開始至拱頂。

Ⅰ級支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：上盤運(yùn)輸巷采用錨桿+6.5m錨索+噴漿支護(hù)；

Ⅱ級支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：出礦聯(lián)巷采用錨桿+6.5m錨索支護(hù)，上盤沿脈進(jìn)路采用錨桿+11.5m長錨索支護(hù)；

Ⅲ級支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：下盤切割巷采用錨桿+噴漿支護(hù)；

Ⅳ級支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：采場聯(lián)絡(luò)道采用錨桿支護(hù)。

3.5 采場通風(fēng)

采場采準(zhǔn)掘進(jìn)期間，通過局扇+風(fēng)筒的形式將污風(fēng)排除作業(yè)掌子面。待采場切割井形成后，通過在上分段架設(shè)局扇和通風(fēng)，可以有效解決采場生產(chǎn)期間的通風(fēng)問題，為現(xiàn)場施工提供良好的作業(yè)環(huán)境。

3.6 采場膏體充填

采場回采結(jié)束后在上盤運(yùn)輸巷與出礦巷交叉口位置構(gòu)筑柔性擋墻。膏體充填管路在下一分段由充填管纜井引出經(jīng)采場聯(lián)絡(luò)道和上盤沿脈運(yùn)輸巷至充填采場。由于采場回采空間集中，且從空區(qū)上部直接下料，可以有效解決采場充填接頂問題，進(jìn)而有效控制采場地壓。

4 應(yīng)用效果分析

通過將分段空場嗣后充填采礦方法成功應(yīng)用于謙比希銅礦西礦體300～500ml區(qū)域，充分發(fā)揮了大型機(jī)械化設(shè)備的效率，每個回采單元的綜合生產(chǎn)能力為1946t/d，即盤區(qū)綜合生產(chǎn)能力為3892t/d，使西礦體的生產(chǎn)能力由120萬t/年提高到150萬t/年，出礦品位為1.68%，損失率為8%，貧化率為10%，每米崩礦量為8.79m/t。在礦石開采后，充分利用井下廢石和地表尾礦，采用膏體充填采礦法，極大地降低了地表建設(shè)尾礦庫的費(fèi)用和部分廢石出坑的費(fèi)用，且在開采中及時進(jìn)行充填，有效地控制了井下地壓和地表的塌陷，其經(jīng)濟(jì)效益和安全效益顯著。

5 結(jié)論

分段空場嗣后充填采礦方法在謙比希銅礦西礦體中的成功應(yīng)用表明該種采礦方法可在其他類似礦山中得到推廣應(yīng)用，能最大限度地利用大型機(jī)械化無軌設(shè)備，提高井下生產(chǎn)效率，降低整個礦區(qū)的生產(chǎn)成本，充分利用地表堆存的尾礦，減小井下采切工程量，有效控制礦石的貧損指標(biāo)。在謙比希銅礦西礦體進(jìn)行大量推廣的應(yīng)用中，需結(jié)合礦山的實(shí)際開采技術(shù)條件，針對特定的情況，對采場結(jié)構(gòu)參數(shù)和支護(hù)方案等進(jìn)行優(yōu)化，不斷總結(jié)現(xiàn)場工程經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮設(shè)備的效能，提高現(xiàn)場工作人員的管理水平，為謙比希銅礦西礦體進(jìn)行安全、經(jīng)濟(jì)和高效開采提供保障，也為類似工程提供一定的借鑒。