Lubambe銅礦傾斜中厚礦體的平底結構縱向房柱法

黃明清 譚 偉 李兵磊

（1.福州大學紫金礦業學院，福建福州350116；2.金誠信礦業管理股份有限公司，北京100070）

傾斜中厚礦體在國內外地下金屬礦山中占較大的比重，也是開采難度大的礦體類型［1］。一方面，采場內采下礦石難以完全靠重力自溜運搬，造成礦石損失率較大；另一方面，礦體厚度及傾角又限制了大型無軌設備的運用，導致開采強度難以提高。對于傾斜中厚礦體，國內外一般采用分段空場法、無底柱分段崩落法、分段充填法進行回采；其中，分段空場法及其衍生方案是最重要的采礦方法之一，如中深孔爆力運搬分段空場法、底盤漏斗空場法、瀑布式采礦法等，在眾多金屬礦山得到成功應用［2］。然而，分段空場法采切比普遍較大，高中段開采時礦柱穩定性及采場安全性存在安全隱患，因此，在分段空場法基礎上，研發采切工程布置合理、工藝自動化水平高、開采強度大的采礦方法，對傾斜中厚礦體的安全、經濟、高效開采具有重要意義。

Lubambe銅礦位于贊比亞Copperbelt省北部，東翼礦體傾角平均40～45°，其中70%以上的礦段，礦體傾角大于35°；礦體厚度3～14 m，平均5 m，為典型的傾斜中厚礦體。該礦山長期沿用房柱法、分段空場法開采，近期將分段空場法進一步改進為平底結構縱向房柱法，其基本特征是采場沿走向布置，沿礦體傾斜面縱向上在相鄰分段間交錯布置礦房與礦柱，在脈內布置采準工程并從礦體一端向另一端退采，采用上向平行中深孔落礦，遙控鏟運機出礦，從而實現傾斜中厚礦體的安全回采。

1 平底結構縱向房柱法

1.1 開采技術條件

Lubambe礦區位于中非銅礦帶贊比亞Copperbelt省Konkola穹窿北緣的砂巖—頁巖型銅礦的成礦有利部位［3］。礦體賦存于元古界Katangan超群裂谷型盆地沉積地層，厚度1～3 km；Katangan地層不整合覆蓋于粗粒斑狀花崗巖之上，花崗巖體在礦區東南部和東北部分別以Muliashi斑巖和Luina穹窿的形式產出。Katangan超群自上而下分為下Kundelungu、Mwashia、上Roan、下Roan等4個亞群。下Roan亞群是一層以硅質碎屑巖為主的地層，Lubambe銅礦賦存于下Roan亞群上部Nchanga組的OS1段，OS1段厚度為3～14 m。

受Konkola穹窿影響，礦區銅礦體受背斜構造控制，分成東翼礦體和南翼礦體，區內未見明顯的斷裂構造。其中，東翼礦體傾向北東，走向北西，走向長2.8 km，傾角平均40～45°，平均厚度5 m；礦石平均品位2.56%，礦石密度2.57 t/m3。礦體產出于OS1段的砂巖、粉砂巖、頁巖中，上盤為層狀頁巖或非頁巖，下盤為砂巖、礫巖和砂頁巖；銅礦層與上覆OS2段地層界限不明顯，屬于漸變過渡關系，下盤邊界清晰。

1.2 采場結構參數

采場沿礦體走向布置，沿走向長35 m，其中礦房長30 m，間柱長5 m，寬為礦體厚度（平均厚度5 m），高為中段高度75 m；中段共分成4個分段，分段高17.2 m，頂柱6 m，不留底柱。單個采場地質礦量為33 731.3 t。

沿礦體傾斜方向相鄰分段的間柱上下交錯式布置；在各分段脈內布置沿脈鑿巖出礦巷道，規格寬×高為5 m×4 m；底部為平底結構，即在最下分段的鑿巖出礦巷道運輸本分段礦石及上分段未運出的礦石。采場結構參數見圖1。

1.3 采礦工藝

（1）回采順序。中段間的回采順序為自上而下。根據斜坡道的服務范圍，將同一中段的礦體沿走向劃分成若干個盤區，自礦體的一端向另一端后退式連續回采。采場回采順序為自上而下，上一分段超前下一段6～10 m回采。

（2）采準切割。采準時，自斜坡道對應標高向采場各分段掘分段聯絡道至礦體，分段聯絡道垂直礦體走向掘至礦體上盤礦巖界線，規格寬×高為4.5 m×3.5 m；隨后，在礦體內沿礦體走向掘進分段鑿巖出礦巷道，分段鑿巖出礦巷道長為礦體全長，規格5 m×4 m，并通過鑿巖出礦巷道聯絡相鄰2條斜坡道。在走向上，每隔150 m在礦體下盤布置1條行人通風天井。

切割時，先從分段鑿巖出礦巷道鑿上向水平預裂孔，切割槽預裂孔布置在礦房內靠近采場間柱開始退采的一側；然后，自鑿巖出礦道向切割預裂孔位置鑿傾斜平行孔，第一排為淺孔，爆破后形成三角自由面，隨后，依次向上鑿第2～6排傾斜平行孔，孔長逐漸加大直至全段高，并以下部空間為自由面爆破，最終形成切割槽。

（3）鑿巖爆破。完成中段間所有分段聯絡道及分段鑿巖出礦巷道后，即可開始鑿巖爆破工作。采用SANDVIK DD320雙臂鑿巖臺車向上鑿與礦體傾角平行的中深孔，孔徑?76 mm，孔深約15.2～18.7 m；孔間距1.2～1.5 m，排間距1.8～2.1 m，正常排每次爆破3～4排。

（4）通風。通風采用東區、南區各自的分區通風系統，新鮮風流從一側斜坡道至各中段，再經各分段聯絡道、分段鑿巖出礦巷道進入采場，沖洗工作面后經采空區、通風天井流至上中段回風巷道，再經回風井流出。

（5）鏟運機出礦。各分段崩落礦石采用LH54 SANDVIK柴油遙控鏟運機運至盤區礦石溜井，斗容14 t，鏟運機出礦效率600 t/班；礦石下放至325 mL后，由Mt436B ATLAS 30 t運礦卡車中段運輸，再經豎井提升至地表。

（6）空區隔離。各分段開始回采后，礦體開始回采的一端隨即形成采空區，為防止人員及設備誤入空區，必須在分段聯絡道設置隔離墻，并布置顯著的警示標識。

1.4 技術經濟指標

平底結構縱向房柱法在Lubambe銅礦東翼1#斜坡道礦體250 mL多個采場應用，主要技術經濟指標見表1，其中采場綜合生產能力為1 000 t/d，采切比87.3 m/萬t，采礦回收率72.2%，貧化率22%，噸礦采礦成本74.6美元/t。相比原有的分段空場法，平底結構縱向房柱法更能保障回采期間人員與設備的安全，提高生產效率；此外，由于礦體與上盤間存在厚約0.75 m的貧化層，因此礦石貧化率并未顯著降低。

?

2 方案技術特點

平底結構縱向房柱法是Lubambe銅礦結合房柱法及分段空場法優點的基礎上摸索出來的，并經生產驗證為較適合該礦山礦體開采的安全采礦方法，其技術特點如下。

（1）采準工程脈內布置，采切比小。采場分成4個高分段，采準工程大部分在脈內布置，主要為斜坡道至礦體的分段聯絡道及各分段的分段鑿巖出礦巷道，利用礦體兩側的斜坡道通風，可節約中段通風井工程；分段巷道為采準、鑿巖、出礦共用巷道，可節約中段礦石溜井工程；不布置額外的切割工程。工程布置簡單，脈內鑿巖出礦巷道能有效提高巷道利用率，從而降低了采切比，采切比僅為87.3 m/萬 t（1 422.6 m3/萬t）。

（2）上下相鄰分段間柱交錯式布置。根據礦體頂板允許的暴露面積，優化礦房及礦柱的組合方式，在沿礦體傾斜方向的縱向上，上下相鄰分段的礦房及礦柱呈交錯式布置，使礦柱較均勻地承擔上覆巖層荷載，合理控制地壓；尤其在傾角較緩的礦段，更有利于提高采場開采過程的穩定性。

（3）上向平行中深孔鑿巖爆破。采場正排爆破時，將傳統的上向扇形中深孔優化成上向平行中深孔（見圖2），中深孔角度與礦體傾角基本一致。現場應用情況表明，單排炮孔數量可從5～6個減少為3～4個，單排炮孔長可減少約10 m，每米崩礦量可從5～6 t提高至8～9 t，同時大塊率明顯降低。

3 結論

（1）平底結構縱向房柱法適用于開采Lubambe銅礦傾斜中厚礦體，沿礦體縱向在上下分段間交錯布置礦房及礦柱，利用脈內采準工程進行后退式回采及遙控鏟運機出礦，采切比僅為87.3 m/萬t，采礦回收率72.2%，貧化率22%，綜合生產能力可達1 000 t/d。

（2）傾斜中厚礦體各分段巷道沿礦體走向脈內布置，兼具采準、鑿巖、出礦功能；利用雙臂鑿巖臺車鑿與礦體傾角一致的上向平行中深孔，礦體厚度5 m時單排炮孔僅需3～4個，每米崩礦量達8～9 t，大塊率明顯降低。