Lubambe銅礦傾斜中厚礦體的平底結(jié)構(gòu)縱向房柱法

黃明清 譚 偉 李兵磊

（1.福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院，福建福州350116；2.金誠信礦業(yè)管理股份有限公司，北京100070）

傾斜中厚礦體在國內(nèi)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(nèi)采下礦石難以完全靠重力自溜運(yùn)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(shè)備的運(yùn)用，導(dǎo)致開采強(qiáng)度難以提高。對于傾斜中厚礦體，國內(nèi)外一般采用分段空場法、無底柱分段崩落法、分段充填法進(jìn)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(yùn)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(yīng)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(wěn)定性及采場安全性存在安全隱患，因此，在分段空場法基礎(chǔ)上，研發(fā)采切工程布置合理、工藝自動化水平高、開采強(qiáng)度大的采礦方法，對傾斜中厚礦體的安全、經(jīng)濟(jì)、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(jìn)一步改進(jìn)為平底結(jié)構(gòu)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(nèi)布置采準(zhǔn)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(yùn)機(jī)出礦，從而實(shí)現(xiàn)傾斜中厚礦體的安全回采。

1 平底結(jié)構(gòu)縱向房柱法

1.1 開采技術(shù)條件

Lubambe礦區(qū)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(qū)東南部和東北部分別以Muliashi斑巖和Luina穹窿的形式產(chǎn)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(zhì)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(qū)銅礦體受背斜構(gòu)造控制，分成東翼礦體和南翼礦體，區(qū)內(nèi)未見明顯的斷裂構(gòu)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(chǎn)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(guān)系，下盤邊界清晰。

1.2 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

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(zhì)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(nèi)布置沿脈鑿巖出礦巷道，規(guī)格寬×高為5 m×4 m；底部為平底結(jié)構(gòu)，即在最下分段的鑿巖出礦巷道運(yùn)輸本分段礦石及上分段未運(yùn)出的礦石。采場結(jié)構(gòu)參數(shù)見圖1。

1.3 采礦工藝

（1）回采順序。中段間的回采順序?yàn)樽陨隙?。根?jù)斜坡道的服務(wù)范圍，將同一中段的礦體沿走向劃分成若干個盤區(qū)，自礦體的一端向另一端后退式連續(xù)回采。采場回采順序?yàn)樽陨隙拢弦环侄纬跋乱欢?～10 m回采。

（2）采準(zhǔn)切割。采準(zhǔn)時，自斜坡道對應(yīng)標(biāo)高向采場各分段掘分段聯(lián)絡(luò)道至礦體，分段聯(lián)絡(luò)道垂直礦體走向掘至礦體上盤礦巖界線，規(guī)格寬×高為4.5 m×3.5 m；隨后，在礦體內(nèi)沿礦體走向掘進(jìn)分段鑿巖出礦巷道，分段鑿巖出礦巷道長為礦體全長，規(guī)格5 m×4 m，并通過鑿巖出礦巷道聯(lián)絡(luò)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(fēng)天井。

切割時，先從分段鑿巖出礦巷道鑿上向水平預(yù)裂孔，切割槽預(yù)裂孔布置在礦房內(nèi)靠近采場間柱開始退采的一側(cè)；然后，自鑿巖出礦道向切割預(yù)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(lián)絡(luò)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(fēng)。通風(fēng)采用東區(qū)、南區(qū)各自的分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)，新鮮風(fēng)流從一側(cè)斜坡道至各中段，再經(jīng)各分段聯(lián)絡(luò)道、分段鑿巖出礦巷道進(jìn)入采場，沖洗工作面后經(jīng)采空區(qū)、通風(fēng)天井流至上中段回風(fēng)巷道，再經(jīng)回風(fēng)井流出。

（5）鏟運(yùn)機(jī)出礦。各分段崩落礦石采用LH54 SANDVIK柴油遙控鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)至盤區(qū)礦石溜井，斗容14 t，鏟運(yùn)機(jī)出礦效率600 t/班；礦石下放至325 mL后，由Mt436B ATLAS 30 t運(yùn)礦卡車中段運(yùn)輸，再經(jīng)豎井提升至地表。

（6）空區(qū)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(qū)，為防止人員及設(shè)備誤入空區(qū)，必須在分段聯(lián)絡(luò)道設(shè)置隔離墻，并布置顯著的警示標(biāo)識。

1.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

平底結(jié)構(gòu)縱向房柱法在Lubambe銅礦東翼1#斜坡道礦體250 mL多個采場應(yīng)用，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1，其中采場綜合生產(chǎn)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(jié)構(gòu)縱向房柱法更能保障回采期間人員與設(shè)備的安全，提高生產(chǎn)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。

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2 方案技術(shù)特點(diǎn)

平底結(jié)構(gòu)縱向房柱法是Lubambe銅礦結(jié)合房柱法及分段空場法優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上摸索出來的，并經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證為較適合該礦山礦體開采的安全采礦方法，其技術(shù)特點(diǎn)如下。

（1）采準(zhǔn)工程脈內(nèi)布置，采切比小。采場分成4個高分段，采準(zhǔn)工程大部分在脈內(nèi)布置，主要為斜坡道至礦體的分段聯(lián)絡(luò)道及各分段的分段鑿巖出礦巷道，利用礦體兩側(cè)的斜坡道通風(fēng)，可節(jié)約中段通風(fēng)井工程；分段巷道為采準(zhǔn)、鑿巖、出礦共用巷道，可節(jié)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(nèi)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(jù)礦體頂板允許的暴露面積，優(yōu)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(dān)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(wěn)定性。

（3）上向平行中深孔鑿巖爆破。采場正排爆破時，將傳統(tǒng)的上向扇形中深孔優(yōu)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?，F(xiàn)場應(yīng)用情況表明，單排炮孔數(shù)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(jié)論

（1）平底結(jié)構(gòu)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(nèi)采準(zhǔn)工程進(jìn)行后退式回采及遙控鏟運(yùn)機(jī)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(chǎn)能力可達(dá)1 000 t/d。

（2）傾斜中厚礦體各分段巷道沿礦體走向脈內(nèi)布置，兼具采準(zhǔn)、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(dá)8～9 t，大塊率明顯降低。