安慶銅礦不規(guī)則二步驟礦柱采場回采實踐

楊志強，吳福和，楊小聰 ，衛(wèi) 明

(1.北京礦冶研究總院，北京 100070；2.安慶銅礦，安徽 安慶 246131)

安慶銅礦是一大型鐵銅地下開采礦山，開采規(guī)模為3500t/d[1,2]。1#礦體為隱伏接觸交代矽卡巖型富銅富鐵礦體,賦存于-176～-640m，礦體形態(tài)厚大規(guī)整，是目前生產(chǎn)的主礦體。采礦方法為高階段大直徑深孔回采嗣后充填采礦法，回采階段高度為60～120m，采場垂直礦體走向布置，分礦房、礦柱兩步驟回采，房柱寬度均15m，采場崩礦采用VCR法掏槽與倒梯段側(cè)向崩礦聯(lián)合爆破，炮孔直徑165mm。礦山經(jīng)過18年的生產(chǎn)，目前主礦體-510m中段以上大部分礦房采場已回采完畢，兩側(cè)礦房回采過程中礦巖垮塌嚴(yán)重的礦柱采場回采，成為安慶銅礦現(xiàn)階段生產(chǎn)所面臨的重大挑戰(zhàn)。經(jīng)過反復(fù)研究和生產(chǎn)實踐，運用小孔徑VCR法掏槽、上向扇形中深孔側(cè)向崩礦的技術(shù)，很好地解決了這一難題。

1 工程概況

1.1 試驗采場概況

9#柱采場介于1#礦體西部厚大區(qū)域11#房和9#房之間，-400～-460m中段屬礦柱采場，二步驟回采。礦體厚大，厚度60m～80m。通過對9#柱相鄰采場11#房、9#房爆破設(shè)計、空區(qū)充填記錄的細(xì)致分析，得出11#房、9#房-400m～-460中段在此前回采過程中，均存在較大程度的礦巖塌落，11#房礦巖塌落體積約為8800m3，9#房礦巖塌落體積約為9800m3，如表1所示。礦房垮落，致使9#柱礦體形態(tài)極不規(guī)則。

1.2 兩側(cè)礦房充填體調(diào)查及測試

為進(jìn)一步探明兩側(cè)礦房回采過程中，礦巖實際垮落界線以及測試回采完畢后實際充填體強度，在礦體下盤布置人行天井，上盤布置回風(fēng)井以及 -410m水平、-425m水平、-440m水平穿脈及探礦橫巷。圖1為礦山采礦工區(qū)提供11#房、9#房-400m～-460m中段實際充填高度及充填配比分布圖。

表1 11#房、9#房回采過程中礦巖垮落體積計算

圖1 9#柱采場兩側(cè)礦房實際充填配比分布圖

根據(jù)在加拿大諸多與安慶銅礦類似采礦方法，礦山得到成功應(yīng)用的米切爾(Mitchell)法[3,4]，計算出安慶銅礦不同暴露高度和充填體長度情況下，所需的具體充填體強度要求。圖2為利用MATLAB計算繪制出其膠結(jié)充填體強度與暴露高度和充填體寬度的等值線圖。假設(shè)9#柱采場利用大直徑深孔采礦方法回采，破頂后兩側(cè)礦房充填體暴露的寬度將達(dá)到60～80m，高度達(dá)到60m。查圖2可知，膠結(jié)充填體強度應(yīng)達(dá)到1.3～1.5 MPa，側(cè)向充填體才不至于產(chǎn)生明顯片幫破壞。表2列舉了5#取樣點7組試塊強度測試結(jié)果。5#取樣點膠結(jié)充填體配比為1∶8，除底部受礦硐室兩側(cè)約5m高度配比為1∶4膠結(jié)充填體外，其平均抗壓強度值最大，為1.146 MPa。據(jù)此可以推斷，繼續(xù)采用大直徑深孔嗣后充填采礦法對9#柱進(jìn)行回采，不僅給開采帶來很大的技術(shù)難度，增加了回采過程中的安全隱患，礦石貧化率也會大大增加[5,6]。

為減少回采過程中充填體暴露面積及高度，保障回采安全，確定采用多分層鑿巖的中深孔進(jìn)行回采[7,8]。

圖2 充填體抗壓強度要求等值線圖

表2 充填體強度測試記錄表

2 切割工作

鑒于安慶銅礦多年來應(yīng)用大直徑深孔VCR掏槽及倒梯段側(cè)向崩礦的成功經(jīng)驗，創(chuàng)新性將小孔徑VCR法技術(shù)運用于中深孔采場切割工作中。

(1)炮孔直徑

根據(jù)礦山實際鑿巖設(shè)備應(yīng)用情況，選用BA-100型高風(fēng)壓潛孔鉆機鉆鑿垂直平行深孔，鉆孔直徑為Ф100mm。

(2)VCR法最佳埋置深度

根據(jù)現(xiàn)場漏斗爆破試驗，直徑(60～65mm 的炮孔，裝填2#巖石乳化炸藥(重量658g)，得出的爆破漏斗最佳埋深為Lj0= 0.88 m 。

由公式可計算出孔徑為(100～110mm 的炮孔裝填重量為7kg的藥包時，VCR法最佳埋置深度Lj1為：

因此，取小孔徑VCR法拉切割槽的最佳埋置深度為1.94m。小孔徑VCR法爆破的孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計為2.0m×2.0m，即按炮孔排距和孔距均為2.0m布置切割槽炮孔。分段平面圖如圖3所示。

圖3 9#柱-410m分段平面圖

(3)裝藥結(jié)構(gòu)

使用人工制作的堵孔環(huán)堵孔，藥包為Ф85mm乳化炸藥，裝藥時底部填約0.5m巖渣，藥包上部填塞0.8～1.0m黃沙，每個孔的藥面高度控制在同一水平面上，爆破后的深孔不至于造成堵孔或翻孔。當(dāng)拉槽區(qū)孔深距離頂板4.5m左右，即可進(jìn)行小范圍破頂形成切割槽。破頂采用雙層裝藥一次性爆破成槽。裝藥結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 小孔徑“VCR法”拉槽及破頂裝藥結(jié)構(gòu)圖

3 回采工作

在各分段鑿巖巷道中打上向扇形中深孔，按安慶銅礦和其他類似礦山的經(jīng)驗[9]，選取中深孔排距為1.2～1.4m，孔底距按經(jīng)驗公式a=mw計算選取為1.4～1.8m。全部炮孔施工完畢后，以切割槽為自由面進(jìn)行側(cè)向崩礦，每次爆破3～5排，自上分段開始，呈梯形向下分段爆破作業(yè)。特殊情況視放礦條件確定，上、下分段保持2排炮孔的超前距離，保證上分段爆破作業(yè)的安全。崩落的礦石借自重落到底部受礦硐室，采用斗容為3.8m3的ST-5C型鏟運機出礦，大塊礦石在出礦進(jìn)路里進(jìn)行二次破碎。圖5為小孔徑VCR法掏槽，上向扇形中深孔側(cè)向崩礦技術(shù)示意圖。

圖5 小孔徑“VCR法”掏槽及中深孔側(cè)崩示意圖

4 結(jié)語

VCR法通常采用Ф150～165mm的大直徑深孔進(jìn)行爆破，而采用Ф100mm左右的炮孔進(jìn)行VCR法爆破，在國內(nèi)外都不多見。與傳統(tǒng)中深孔采礦法利用切割天井形成切割槽的方法相比較，具有采切工程量小、生產(chǎn)效率高、工人勞動強度低、安全性好等特點。同時，先進(jìn)的出礦設(shè)備ST-5C鏟運機，確保了采場的出礦能力。此方法為礦山持續(xù)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供了技術(shù)保證，而且研究成果已成功在其他采場推廣應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 謝源，陳躍達(dá)，葛樹高,等．安慶銅礦高階段采礦工藝試驗研究[J]．礦冶，1997，6(1)：1-4.

[2] 楊小聰，陳忠輝．安慶銅礦開采過程的數(shù)值模擬[J]．有色金屬，2007，36(2)：82-87.

[3] 北京礦冶研究總院．安慶銅礦深部開采尾砂膠結(jié)充填試驗研究[J]．安慶銅礦,2005(1).

[4] 郭利杰．廢石尾砂膠結(jié)充填體基礎(chǔ)力學(xué)研究[J]．礦冶，2007(6).

[5] 黃玉煥．大直徑深孔爆破技術(shù)在礦柱回采中的應(yīng)用[J]．金屬礦山，2002，307(1)：19-21.

[6] 李愛兵，周先明．安慶銅礦高階段回采充填體—礦體—巖體穩(wěn)定性的有限元分析[J]．礦業(yè)研究與開發(fā)，2000，20(1)：19-20.

[7] 李明，李立群，趙勇．分段鑿巖階段礦房法在金嶺鐵礦的應(yīng)用[J]．金屬礦山，2008，21(11)：9-11.

[8] 洪增友．分段鑿巖階段礦房法爆破工藝的實踐[J]． 礦業(yè)研究與開發(fā)，2000，20(5)：45-47.

[9] 于亞倫．工程爆破理論與技術(shù)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2003：252-259.