地下礦山高階段采場回采工藝技術研究
發表時間 :2013-07-18 來源：
安慶銅礦主體采礦方法為高階段大直徑深孔回采嗣後充填采礦法，分礦房、礦柱兩步驟回采，采空區實行嗣後充填。采場回采高度近120 m。文章就安慶銅礦礦區、岩體特性，采礦方法進行了闡述，重點就高階段采場結構參數，充填體穩定性等關鍵技術問題及相關回采技術措施進行分析、研究。
1 概述
安慶銅礦是大型坑下銅鐵采選礦山，設計日采選能力3 500噸。礦體賦存標高-180～-780m，為接觸交代矽卡岩型鐵銅礦床。地表為農田、村莊．標高+50 m左右，礦體走向125°～305°，傾向總車上為南西，部分傾向北東，主體部分為急傾斜礦體。已控製礦體長度約760m，平均厚度40～50 m。高階段大直徑深孔回采嗣後充填采礦法為礦山開采主要采礦方法，采場垂直礦體走向布置，分礦房、柱兩步驟回采。采場實行分段鑿岩、雙階段連續三采，回采階段高度為120 m，鑿岩設備為Simba-261型潛孔鑽機，炮孔直徑165 mm；采用ST-5C鏟主機出礦，鬥容3．8 m3。，采場實行嗣後一次性充填圖1為安慶銅礦采場結構示意圖。
圖1 安慶銅礦高階段大直徑深孔采礦示意圖
Fig．1 Schematic of high level large-diameter deep hole mining in Anqing Copper Mine
2 回采工藝技術
2．1采準切割工程
2．1．1鑿岩工程
鑿岩工程是鑿岩和爆破的作業場所，目前安慶銅礦常用布置形式為巷道式。這種布置形式的突出優點是掘進工程量小、支護工程少、采場邊界容易控製、充填封閉方便、作業時間短、人員作業安全。
2．1．2出礦工程
采場出礦是無軌機械化作業，設備是ST一5C型鏟運機。采場底部結構有平底式和塹溝式，出礦方式有單側式和雙側式。實踐證明，V型塹溝雙側進路出礦底部結構最佳。這種工程結構廣泛地應用於各采場。
2．2采場布孔
在特定的岩石條件下，不同性能的炸藥與不同的爆破參數，其爆破作用和破碎效果有很大的差異。為滿足安慶銅礦大直徑深孔采礦的需要，選用EL-102#、RJ-2#普通乳化油炸藥、2#岩石炸藥、銨油炸藥進行了單孔爆破漏鬥試驗和雙孔同段爆破模擬試驗。通過對比分析，采用普通乳化油炸藥進行掏槽爆破和側向爆破，采場的布孔參數依據爆破漏鬥試驗結果而定，礦房采場中部炮孔布孔參數取3．0 m×3．0 m。為有效地控製采場邊界，邊排孔實行光麵爆破，孔網參數取(2．2～2．5)m×(2．0～2．2)m(抵抗線×孔間距)，邊孔至采場邊界0．5 m。礦柱采場兩側是充填體，礦柱采場的布孔原則是保護兩側的充填體，盡量減少超爆引起的充填體的片落以及爆破規模過大所引起的充填體的垮落。礦柱采場中間孔采用3．0 m×3．0 m的孔網參數，邊排孔依據加強鬆動爆破理論，采用2．0 m×2．0 m的布孔參數，實行加強鬆動爆破，邊排孔距充填體邊界1．5～1．7 m。
2．3采場爆破
2．3．1 崩礦方式
為有效地控製爆破規模，實行留礦爆破，確保采場穩定，礦房采場崩礦方式為“小斷麵VCR法拉槽+分段側崩”。VCR法拉槽範圍(3 m×3 m)～(5 m×5 m)，分段側崩高度控製在10～15 m。礦柱采場采用大斷麵VCR法拉槽(10 m×10 m)、小分段側崩(6．0 m左右)的崩礦方式。
2．3．2裝藥結構
VCR法掏槽爆破的裝藥結構，炮孔下部堵塞0．5～0．8 m，藥包30蠔；上部堵塞0．8～1．0 m。采場中間孔裝藥結構是下部堵塞0．8～1．0 m，單層藥包20～25 kg，空氣隔離塞長0．8～1．0 m。上部填砂1．2～1．5 m；礦房采場邊孔實行光麵爆破，采用徑向不耦合裝藥，不耦合參數為3。0～3．3，線裝藥密度5．70～6．25 k∥m。下部堵塞0．6～0．8 m，單層藥包3～5 kg，空氣間隔0．4～0．6 m，上部堵塞0．8～1。0 m：礦柱采場邊排孔采用加強鬆動爆破，爆破作用指數函數F(Ⅳ)=0．86，抵抗線形=2．0 m，孔間距B=2．0 m，空氣問隔0．6 m，單層藥量3 kg，炸藥單耗0.25 k∥t，下部堵塞0．5 m，上部堵塞0.6。
2．3．3起爆順序
經多年的科學試驗和生產實踐，為有效地改善爆破效果，並控製采場邊界，采場中間炮孔采用群孔起爆。2～3排為一個段次，中間孔先爆，邊排孔滯後。邊排孔采用“一字形”起爆，起爆孔數3～4個，這樣可減少邊排孔爆破對采場邊界的破壞。
2．4留礦爆破與強化出礦
高階段大直徑深孔采礦法具有采場大、出礦時間長、采場穩定性較差等特點。因此，爆破期間，礦房礦柱采場均應實行留礦爆破控製采場出礦，用爆落下的礦石來支撐“圍岩”，確保采場在爆破過程中的穩定性。采場爆破完畢，組織進行強化出礦，盡量縮短采場空區的暴露時間，使得采場盡快得以充填，防止礦岩、充填體垮落。
2．5采場充填
高階段采場要求充填質量高，尤其是礦房采場尾砂膠結充填，在礦柱采場回采時，要保證充填體的穩定。因此充填過程中，從料漿製備、輸送、采場脫水、固化以至實現充填體所要求的強度及自立高度等，不隻是一係列的工藝流程，而是一個係統工程。經過多年的科研攻關和生產實踐驗證，充填係統具備700 m。／日(幹量、一套係統)的充填能力，充填輸送濃度達到72％左右，采場充填灰砂配比是依據高階段礦柱回采工藝要求，針對礦柱采場的應力分布而定的。有限元分析計算結果表明，在礦房的不同高度，尾膠充填體分別采用1：4、l：8、1：10三種不同的灰砂配比。不同灰砂比的充填料試塊強度試值見表1。通過礦柱回采實踐，尾砂混入率一般為3％～5％，充填體沒有出現大麵積的垮落，自立狀態良好。
表1不同濃度和配比下的抗壓強度
Table 1 Compressive strength under different
concentration and mixture ratio
3 回采技術措施
客觀地分析采場穩定性是采場能否順利回采的先決條件，而貫穿於每道回采工序的技術措施技術水平則是回采工作的關鍵。為確保高階段大直徑深孔采礦法安全、順利、經濟地應用於礦房、礦柱的回采，安慶銅礦就采場結構、回采順序、炮孔孔網參數、崩礦方式、爆破參數、出礦方式、充填工藝等方麵進行深入細致的技術研究，從中得出一些關鍵性的技術措施。
1)礦房采場采用VCR法小斷麵拉槽、分段側崩的崩礦方式。側向崩礦分段高度10～15 m，最大單響藥量控製在800蠔以內。采場邊界實行光麵爆破等爆破技術，可以有效地控製好采場邊界的規整性，從而控製了充填體的規整性。
2)礦柱采場采用VCR法大斷麵拉槽、小分段側崩的崩礦方式。側向崩礦的分段高度6 m左右，最大單響藥量控製在300 kg以內。采場邊界實行加強鬆動爆破等爆破技術，可以有效地減少爆破對充填體的直接影響。
3)優化鑿岩爆破參數、裝藥結構，選擇合理的起爆順序，減少爆破對采場規整性的破壞。
4)礦房、礦柱采場回采過程中，嚴格實行留礦爆破，以減少礦岩、充填體在采場爆破過程中直接臨空的暴露高度。即在爆破期間，嚴格限製采場出礦量，依靠礦堆改變礦岩、充填體的受力狀態並減弱采場爆破對礦岩、充填體穩定性的破壞，從而保證礦房、礦柱回采過程中采場的穩定。
5)為縮短采空區的暴露時間，減少因采空區暴露引起的礦岩、充填體的垮落，實行強化出礦。采場出礦完畢，進行強化充填，采場充填一半後，采場基本穩定。
6)充填時，保證一定砂倉砂麵的高度，確保造漿濃度，通過自動控製儀表嚴格控製灰砂配比和充填濃度。采用多點下料，多點脫水，嚴格禁止引管水、洗管水進人采場，以減少離析現象，保證充填體的均勻性。
7)加強充填過程管理，加強尾砂粒級、充填濃度、充填強度、水泥質量檢測工作，確保充填質量。
4 結語
實踐表明：回采工藝技術、充填體質量是製約高階段采場回采成敗的關鍵，采場穩定是采場回采的核心環節，隻有通過有效的爆破技術來實現采場的規整性、穩定性，並在保證充填體質量的前提下，才能實現采場順利回采。安慶銅礦經過多年的科學研究和生產實踐，探索出一套較為完善的生產管理、生產技術體係，為高階段大直徑深孔采礦法在安慶銅礦廣泛應用打下了堅實的基礎。
參 考 文 獻
[1]劉道昆．高階段采場穩定性分析及回采工藝技術研究[J]．有色金屬(礦山部分)，2008，60(．3)：8—11．
[2]夏倩，衛明．高階段大直徑深孔采礦法的爆破技術研究『J1．有色金屬，2000，52(2)：3～5
[3]謝源．陳躍達，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—2．
[4]鄒賢季，衛明．高階段大直徑深孔采場穩定性影響因素分析及回采技術措施[J]．采礦技術，2005，5(3)：25—28．
1 概述
安慶銅礦是大型坑下銅鐵采選礦山，設計日采選能力3 500噸。礦體賦存標高-180～-780m，為接觸交代矽卡岩型鐵銅礦床。地表為農田、村莊．標高+50 m左右，礦體走向125°～305°，傾向總車上為南西，部分傾向北東，主體部分為急傾斜礦體。已控製礦體長度約760m，平均厚度40～50 m。高階段大直徑深孔回采嗣後充填采礦法為礦山開采主要采礦方法，采場垂直礦體走向布置，分礦房、柱兩步驟回采。采場實行分段鑿岩、雙階段連續三采，回采階段高度為120 m，鑿岩設備為Simba-261型潛孔鑽機，炮孔直徑165 mm；采用ST-5C鏟主機出礦，鬥容3．8 m3。，采場實行嗣後一次性充填圖1為安慶銅礦采場結構示意圖。
圖1 安慶銅礦高階段大直徑深孔采礦示意圖
Fig．1 Schematic of high level large-diameter deep hole mining in Anqing Copper Mine
2 回采工藝技術
2．1采準切割工程
2．1．1鑿岩工程
鑿岩工程是鑿岩和爆破的作業場所，目前安慶銅礦常用布置形式為巷道式。這種布置形式的突出優點是掘進工程量小、支護工程少、采場邊界容易控製、充填封閉方便、作業時間短、人員作業安全。
2．1．2出礦工程
采場出礦是無軌機械化作業，設備是ST一5C型鏟運機。采場底部結構有平底式和塹溝式，出礦方式有單側式和雙側式。實踐證明，V型塹溝雙側進路出礦底部結構最佳。這種工程結構廣泛地應用於各采場。
2．2采場布孔
在特定的岩石條件下，不同性能的炸藥與不同的爆破參數，其爆破作用和破碎效果有很大的差異。為滿足安慶銅礦大直徑深孔采礦的需要，選用EL-102#、RJ-2#普通乳化油炸藥、2#岩石炸藥、銨油炸藥進行了單孔爆破漏鬥試驗和雙孔同段爆破模擬試驗。通過對比分析，采用普通乳化油炸藥進行掏槽爆破和側向爆破，采場的布孔參數依據爆破漏鬥試驗結果而定，礦房采場中部炮孔布孔參數取3．0 m×3．0 m。為有效地控製采場邊界，邊排孔實行光麵爆破，孔網參數取(2．2～2．5)m×(2．0～2．2)m(抵抗線×孔間距)，邊孔至采場邊界0．5 m。礦柱采場兩側是充填體，礦柱采場的布孔原則是保護兩側的充填體，盡量減少超爆引起的充填體的片落以及爆破規模過大所引起的充填體的垮落。礦柱采場中間孔采用3．0 m×3．0 m的孔網參數，邊排孔依據加強鬆動爆破理論，采用2．0 m×2．0 m的布孔參數，實行加強鬆動爆破，邊排孔距充填體邊界1．5～1．7 m。
2．3采場爆破
2．3．1 崩礦方式
為有效地控製爆破規模，實行留礦爆破，確保采場穩定，礦房采場崩礦方式為“小斷麵VCR法拉槽+分段側崩”。VCR法拉槽範圍(3 m×3 m)～(5 m×5 m)，分段側崩高度控製在10～15 m。礦柱采場采用大斷麵VCR法拉槽(10 m×10 m)、小分段側崩(6．0 m左右)的崩礦方式。
2．3．2裝藥結構
VCR法掏槽爆破的裝藥結構，炮孔下部堵塞0．5～0．8 m，藥包30蠔；上部堵塞0．8～1．0 m。采場中間孔裝藥結構是下部堵塞0．8～1．0 m，單層藥包20～25 kg，空氣隔離塞長0．8～1．0 m。上部填砂1．2～1．5 m；礦房采場邊孔實行光麵爆破，采用徑向不耦合裝藥，不耦合參數為3。0～3．3，線裝藥密度5．70～6．25 k∥m。下部堵塞0．6～0．8 m，單層藥包3～5 kg，空氣間隔0．4～0．6 m，上部堵塞0．8～1。0 m：礦柱采場邊排孔采用加強鬆動爆破，爆破作用指數函數F(Ⅳ)=0．86，抵抗線形=2．0 m，孔間距B=2．0 m，空氣問隔0．6 m，單層藥量3 kg，炸藥單耗0.25 k∥t，下部堵塞0．5 m，上部堵塞0.6。
2．3．3起爆順序
經多年的科學試驗和生產實踐，為有效地改善爆破效果，並控製采場邊界，采場中間炮孔采用群孔起爆。2～3排為一個段次，中間孔先爆，邊排孔滯後。邊排孔采用“一字形”起爆，起爆孔數3～4個，這樣可減少邊排孔爆破對采場邊界的破壞。
2．4留礦爆破與強化出礦
高階段大直徑深孔采礦法具有采場大、出礦時間長、采場穩定性較差等特點。因此，爆破期間，礦房礦柱采場均應實行留礦爆破控製采場出礦，用爆落下的礦石來支撐“圍岩”，確保采場在爆破過程中的穩定性。采場爆破完畢，組織進行強化出礦，盡量縮短采場空區的暴露時間，使得采場盡快得以充填，防止礦岩、充填體垮落。
2．5采場充填
高階段采場要求充填質量高，尤其是礦房采場尾砂膠結充填，在礦柱采場回采時，要保證充填體的穩定。因此充填過程中，從料漿製備、輸送、采場脫水、固化以至實現充填體所要求的強度及自立高度等，不隻是一係列的工藝流程，而是一個係統工程。經過多年的科研攻關和生產實踐驗證，充填係統具備700 m。／日(幹量、一套係統)的充填能力，充填輸送濃度達到72％左右，采場充填灰砂配比是依據高階段礦柱回采工藝要求，針對礦柱采場的應力分布而定的。有限元分析計算結果表明，在礦房的不同高度，尾膠充填體分別采用1：4、l：8、1：10三種不同的灰砂配比。不同灰砂比的充填料試塊強度試值見表1。通過礦柱回采實踐，尾砂混入率一般為3％～5％，充填體沒有出現大麵積的垮落，自立狀態良好。
表1不同濃度和配比下的抗壓強度
Table 1 Compressive strength under different
concentration and mixture ratio
3 回采技術措施
客觀地分析采場穩定性是采場能否順利回采的先決條件，而貫穿於每道回采工序的技術措施技術水平則是回采工作的關鍵。為確保高階段大直徑深孔采礦法安全、順利、經濟地應用於礦房、礦柱的回采，安慶銅礦就采場結構、回采順序、炮孔孔網參數、崩礦方式、爆破參數、出礦方式、充填工藝等方麵進行深入細致的技術研究，從中得出一些關鍵性的技術措施。
1)礦房采場采用VCR法小斷麵拉槽、分段側崩的崩礦方式。側向崩礦分段高度10～15 m，最大單響藥量控製在800蠔以內。采場邊界實行光麵爆破等爆破技術，可以有效地控製好采場邊界的規整性，從而控製了充填體的規整性。
2)礦柱采場采用VCR法大斷麵拉槽、小分段側崩的崩礦方式。側向崩礦的分段高度6 m左右，最大單響藥量控製在300 kg以內。采場邊界實行加強鬆動爆破等爆破技術，可以有效地減少爆破對充填體的直接影響。
3)優化鑿岩爆破參數、裝藥結構，選擇合理的起爆順序，減少爆破對采場規整性的破壞。
4)礦房、礦柱采場回采過程中，嚴格實行留礦爆破，以減少礦岩、充填體在采場爆破過程中直接臨空的暴露高度。即在爆破期間，嚴格限製采場出礦量，依靠礦堆改變礦岩、充填體的受力狀態並減弱采場爆破對礦岩、充填體穩定性的破壞，從而保證礦房、礦柱回采過程中采場的穩定。
5)為縮短采空區的暴露時間，減少因采空區暴露引起的礦岩、充填體的垮落，實行強化出礦。采場出礦完畢，進行強化充填，采場充填一半後，采場基本穩定。
6)充填時，保證一定砂倉砂麵的高度，確保造漿濃度，通過自動控製儀表嚴格控製灰砂配比和充填濃度。采用多點下料，多點脫水，嚴格禁止引管水、洗管水進人采場，以減少離析現象，保證充填體的均勻性。
7)加強充填過程管理，加強尾砂粒級、充填濃度、充填強度、水泥質量檢測工作，確保充填質量。
4 結語
實踐表明：回采工藝技術、充填體質量是製約高階段采場回采成敗的關鍵，采場穩定是采場回采的核心環節，隻有通過有效的爆破技術來實現采場的規整性、穩定性，並在保證充填體質量的前提下，才能實現采場順利回采。安慶銅礦經過多年的科學研究和生產實踐，探索出一套較為完善的生產管理、生產技術體係，為高階段大直徑深孔采礦法在安慶銅礦廣泛應用打下了堅實的基礎。
參 考 文 獻
[1]劉道昆．高階段采場穩定性分析及回采工藝技術研究[J]．有色金屬(礦山部分)，2008，60(．3)：8—11．
[2]夏倩，衛明．高階段大直徑深孔采礦法的爆破技術研究『J1．有色金屬，2000，52(2)：3～5
[3]謝源．陳躍達，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—2．
[4]鄒賢季，衛明．高階段大直徑深孔采場穩定性影響因素分析及回采技術措施[J]．采礦技術，2005，5(3)：25—28．