無底柱分段崩落法在謙比西銅礦的應(yīng)用

綦曉磊 蘇永定

(1.西部銅業(yè)有限公司;2.金誠信礦業(yè)管理股份有限公司)

謙比西銅礦隸屬于中色非洲礦業(yè)有限公司(NFCA)，該公司由中國有色礦業(yè)集團(tuán)有限公司與贊比亞政府和贊比亞國家聯(lián)合銅礦公司共同組建(ZCCM)。銅礦位于贊比亞北部銅帶省，距盧薩卡(Lusaka)360 km、距贊比亞第二大城市——基特韋市(Kitwe)28 km。礦山設(shè)計規(guī)模為年采選礦石180萬t，日采選礦石6 000 t，設(shè)計采用主混合井加輔助斜坡道開拓方案，主要采礦方法有無底柱分段崩落法、上向水平分層充填法、空場嗣后充填法。現(xiàn)主要介紹無底柱分段崩落法在該礦山的實際應(yīng)用。

1 地質(zhì)概況及開采技術(shù)條件

謙比西礦區(qū)位于贊比亞銅礦帶的西南帶，在基特韋(Kitwe)和欽戈拉(Chingola)之間。構(gòu)造上位于北西—南東走向的卡富埃(Kafue)背斜的西南翼。地層主要由基底和加坦加(Katanga)系構(gòu)成?；诪楸R福布(Lufubu)系片巖、石英巖、片麻巖、變質(zhì)花崗巖和穆瓦(Muva)系石英云母片巖。區(qū)內(nèi)揭露的加坦加系地層主要包括下羅恩(Lower Roan)組和上羅恩(Upper Roan)組沉積變質(zhì)巖。主礦體走向近東西，傾向南，傾角45°左右。礦體走向長2 000多m，平均厚度7.4 m左右，平均品位2.7%左右。礦體延深從地表附近至900 m以下，深部沒有封閉。

2 原采切設(shè)計方案及生產(chǎn)中存在的問題

2.1 原采切設(shè)計方案

礦塊沿走向布置，長50 m，礦塊寬度為礦體厚度，中段高度200 m，分段高度15 m。

采用脈內(nèi)外聯(lián)合采準(zhǔn)，每分段在礦體下盤圍巖內(nèi)沿礦體走向布置脈1條外運(yùn)輸巷，在礦體內(nèi)靠近礦體下盤沿走向布置1條鑿巖巷，在靠近礦塊中間位置布置1條聯(lián)絡(luò)巷聯(lián)通鑿巖巷與脈外運(yùn)輸巷，在礦塊兩端垂直于礦體走向分別布置1條切割巷，形成2個礦塊共用1條切割巷的條件，在切割巷上盤端部布置1條切割井。

2.2 生產(chǎn)中主要存在的問題

采場由兩端向中間后退式爆破回采，崩礦步距2 m，由于采場回采時間較長，礦體不太穩(wěn)固，回采過程中鑿巖巷頂板不斷受到爆破沖擊波的破壞，造成采場兩端分別回采至靠近采聯(lián)10 m左右時鑿巖巷發(fā)生頂板垮塌情況，致使中深孔無法裝藥爆破，礦石無法回收，損失率超過40%，同時因巷道垮塌而增加了安全隱患，給安全生產(chǎn)帶來了巨大壓力。為了解決此問題，經(jīng)技術(shù)與生產(chǎn)部門研究決定在鑿巖巷垮塌區(qū)域采取錨索與鋼拱架同時支護(hù)方式進(jìn)行頂板支護(hù)實驗，實驗結(jié)果是依舊無法控制鑿巖巷頂板在此區(qū)域的垮塌情況(垮塌及支護(hù)區(qū)域見圖1)。

圖1 垮塌及支護(hù)區(qū)域示意

針對上述出現(xiàn)的問題，在采取比較保守的支護(hù)手段仍不能解決問題的前提下，結(jié)合礦體下盤圍巖較穩(wěn)固的現(xiàn)狀，技術(shù)部門決定變更采切設(shè)計方案進(jìn)行實驗。

3 新設(shè)計方案、鑿巖爆破及回采工作

3.1 采切變更方案

3.1.1 礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)

礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)與原設(shè)計方案相同。

3.1.2 采切工程布置

采切工程布置見圖2。

圖2 采切工程布置

(1)變更設(shè)計后沿走向布置的無底柱分段崩落法采切工程有分段脈外運(yùn)輸巷、脈外鑿巖巷、切割巷、采場聯(lián)絡(luò)巷、切割井。

(2)采切工程布置方式:鑿巖巷由原設(shè)計的脈內(nèi)鑿巖巷變更為脈外鑿巖巷，其他采切工程布置方式與原設(shè)計方案相同。

(3)采切工程斷面規(guī)格:為滿足中深孔鑿巖設(shè)備運(yùn)行及作業(yè)，運(yùn)輸巷、鑿巖巷、切割巷、采聯(lián)等采準(zhǔn)工程斷面規(guī)格均設(shè)計為3.7 m×3.7 m，切割井規(guī)格為2 m×2 m。

3.2 鑿巖爆破及回采

(1)切割槽爆破參數(shù)。切割槽原布孔方式為上向扇形中深孔，但在生產(chǎn)過程中經(jīng)常發(fā)生懸頂現(xiàn)象，因此將布孔方式改為每排布置4個平行上向中深孔，實踐證明此布孔方式大大降低了懸頂機(jī)率。炮孔排距1.2 m，孔間距0.5 m，每次爆破1～4排，采用排間微差爆破。

(2)鑿巖。采用SB1254鑿巖臺車在切割巷及脈外鑿巖巷內(nèi)分別施工垂直上向平行深孔和垂直上向扇形深孔，正常排排距2 m，孔底距2.2 m，穿孔直徑76 mm，邊孔角30°。

(3)裝藥、爆破、回采。采用多孔粒銨油炸藥，BQF－100型裝藥器進(jìn)行裝藥，導(dǎo)爆管雷管孔底、孔口雙向起爆方式進(jìn)行起爆，從采場兩端分別同時向切割槽方向擠壓爆破，后退式回采，每次爆破1排，回采至接近采聯(lián)位置時預(yù)留5排左右中深孔同時裝藥爆破。裝藥系數(shù)0.8～0.9，炸藥單耗0.38 kg/t，每米崩礦量8 t。

(4)出礦。采用無底柱出礦結(jié)構(gòu)，在鑿巖巷內(nèi)進(jìn)行出礦，分段落礦，分段出礦。使用ST1030、TR410、TR307等4 m3、2 m3鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦，礦石倒入脈外溜井，通過中段運(yùn)輸巷進(jìn)入主井提至地表。

(5)通風(fēng)。由于井下溫度較高，鏟運(yùn)機(jī)油煙較大，采用自然通風(fēng)與局扇通風(fēng)相結(jié)合的方式，回采過程中回采分段與上分段采空區(qū)采通，污風(fēng)排至上分段采空區(qū)，再通過中段回風(fēng)巷排至回風(fēng)井排至地表。同時在采聯(lián)與脈外運(yùn)輸巷交匯口處架設(shè)1臺11 kW風(fēng)機(jī)，連接風(fēng)筒布至出礦工作面，壓入新鮮風(fēng)流，改善作業(yè)環(huán)境。

(6)支護(hù)。由于采場回采周期較長，為了保證脈外鑿巖巷頂板的穩(wěn)定，在靠近采聯(lián)位置巷道頂板施工6 m長錨索進(jìn)行支護(hù)，錨索從采聯(lián)與鑿巖巷交匯口處分別向兩邊各施工3排，4 m施工1排，每排施工5根。

4 遇到的主要問題及解決辦法

(1)由于鑿巖巷布置方式由脈內(nèi)變?yōu)槊}外，增加了廢石掘進(jìn)量，加重了主提升系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，主井為混合井，提升能力不足，采取優(yōu)先提礦的原則，因此區(qū)隊在生產(chǎn)組織中采取了措施減少廢石出坑:①充分利用回采結(jié)束采場的采聯(lián)等廢舊巷道將廢石堆入;②采區(qū)如果有充填法采場，在充填前將掘進(jìn)廢石回填采場。

(2)爆破過程中由于沖擊波不斷破壞鑿巖巷頂板，經(jīng)常導(dǎo)致中深孔孔口位置發(fā)生變形，出現(xiàn)錯孔現(xiàn)象，裝藥管無法伸入孔內(nèi)裝藥。此問題的解決方法為:將少量卷裝炸藥放至孔口錯孔處，將錯孔位置的圍巖先炸掉再進(jìn)行裝藥。

(3)鑿巖巷布置在脈外，部分中深孔在廢石內(nèi)鉆鑿，爆破后爆堆先是廢石，如直接往礦石溜井里出礦，貧化率接近40%，因此在實際生產(chǎn)中采取2個措施降低貧化:①在裝藥過程中進(jìn)行控制，參照設(shè)計，中深孔孔口廢石段盡量不裝藥或少裝藥，減少爆破廢石量;②爆破后在出礦前先將爆堆內(nèi)廢石分出至廢石溜井，再進(jìn)行出礦。通過采取以上措施，使貧化率由原來的40%左右降至25%左右。

(4)礦體上部有含水層，部分中深孔施工完后孔內(nèi)有大量水流出，導(dǎo)致散裝藥無法裝藥，影響裝藥效率與爆破效果。解決問題的措施有:①超前施工采準(zhǔn)工程，同時采用鉆孔與巷道進(jìn)行提前疏水;②從炸藥廠訂購與孔徑匹配的卷狀乳化炸藥，遇出水較大的孔用乳化炸藥代替散裝藥;③采取即裝即放的方式，裝完藥后馬上警戒放炮。

5 結(jié)語

無底柱分段崩落法在謙比西銅礦回采中占有較大比重，通過變更設(shè)計與實踐摸索總結(jié)，解決了因巷道垮塌導(dǎo)致安全隱患大、回收率低的問題。在生產(chǎn)過程中通過采取一系列措施解決了因變更設(shè)計帶來的實際問題，為礦山完成任務(wù)指標(biāo)提供了保證，同時也為其他類似礦山提供了參考經(jīng)驗。

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