缓倾斜中厚破碎矿体上向中深孔分条空场嗣后充填法.pdf
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1、 136 1 引言采矿作业就是将具有工业价值的矿石从地表中开采出来,供社会生产所利用。由于矿体埋藏条件与产状不同,开采时所运用的采矿方法也不同,且开采难度大相径庭。当矿体倾角为 5 30、厚度为 4 15m,为缓倾斜中厚产状时,其开采难度较大,是采矿界公认的难题和挑战。当前,针对缓倾斜中厚矿体的采矿方法研究包括,矿房法、无底柱分段崩落法、分段空场嗣后充填法。通过优化房柱法采场结构参数,采场矿石回收率得到很大提升1,优化其开采工艺,利用中深孔凿岩爆破并使用铲运机连续出矿,出矿效率明显提高2。对无底柱分段崩落采矿法设回收进路,在某铁矿缓倾斜中厚矿体开采中取得了显著的成效3。增大无底柱分段崩落采矿法
2、的结构参数或是优化其放矿参数,也能够提升缓倾斜中厚矿体的开采效率4,5。分段空场嗣后充填法基于“大盘区、小分段”的设计思路,很好地解决了采场高地应力和落矿重力运搬等问题6,平底结构分段空场嗣后充填采矿法的采切比与优化前相比降低三分之二左右,贫化率降低二分之一左右,经济效益显著7。然而,房柱法的使用条件是建立在矿石和围岩都稳固的基础之上,并不适用破碎矿体。无底柱分段崩落法使用条件是,需要崩落围岩且允许地表塌陷。此外,分段空场嗣后充填采矿法并不适用于缓倾斜破碎矿体,采切工程量大且安全性低7。由于破碎的缓倾斜中厚矿体开采要求较高,传统开采方式难以实现,或者效率与安全性难以保障。因此,研究类似矿体的采
3、矿方法及其参数优化,以提高采矿安全与经济效益迫在眉睫。谦比希铜矿东南矿体北采区开采深度在地下900 1080m 间,属于典型的深部开采矿井,面临着深井“三高一扰动”的典型特征环境8,9,此外,主要为含矿层位的矿化板岩节理裂隙较为发育,有 2 4 组结构面,面对谦比希矿水量过大、地应力较高的环境特点,表现出裂隙易于张开,结构面破坏失稳的现象,如何在保证安全生产的前提下进行高效、经济的开采是首要难题。为了研究缓倾斜中厚破碎矿体的采矿方法,借助谦比希铜矿东南矿体北采区为背景,其矿体平均厚度20m,平均倾角在 22左右,属于典型的缓倾斜中厚矿体。根据矿体特征选用中深孔爆破10,11,12,13,14,
4、通过分析其岩石力学报告,该矿体稳定性较差,但其围岩稳固性较好,选用上向中深孔分条空场嗣后充填采矿法缓倾斜中厚破碎矿体上向中深孔分条空场嗣后充填法代涵,张金钟,邢鹏,赵承佑(中色非洲矿业有限公司,北京 100082)摘 要:如何安全、高效、经济地开采缓倾斜中厚破碎矿体一直以来是采矿界的难题。赞比亚谦比希铜矿东南矿体是谦比希三大主矿体之一,埋藏深度为 500 1100m,属深井采矿。其含矿层主要为矿化板岩,平均厚度 20m,平均倾角在 22左右,矿体倾向走向方向变化大,该岩组节理裂隙较为发育,在地应力作用下易于产生破坏失稳。面对该难题,谦比希矿东南矿体北采区设计使用上向中深孔分条空场嗣后充填采矿法
5、,中深孔施工采用导向钻杆纠偏,出矿采用自动化铲运机和手动铲运机相结合。通过试验研究,该采矿方法能够适应复杂矿体,作业安全性、开采效率、劳动强度及采场服务时间均能满足生产需求,已大规模推广于东南矿体北采区,为类似工程提供参考。关键词:缓倾斜中厚矿体;上向中深孔爆破;嗣后充填法;破碎矿体;自动化铲运机 137 15。通过现场试验研究得出适用的开采工艺及结构参数,在作业安全性、开采效率、开采经济性上均获得较好效果,为相似工程提供了参考。2 工程地质条件谦比希铜矿东南矿体是谦比希铜矿的三大主矿体之一,位于主矿体东南方向约 7km 处。东南矿体共四个矿体,分别为 N1、N2、N3 及 0 线以南。N1
6、矿体为首采矿体,N1 矿体设计服务年限为 13 年。分为 680mL、800mL、900mL、980mL、1080mL 五个中段,900mL 以上为南采区,900mL 以下为北采区,其中东南矿体北采区属中厚缓倾斜矿体。该矿体顶板一般为上盘石英岩夹泥岩,石英岩稳固,偶有节理发育部位或泥岩则会出现滑落现象。矿体位于矿化板岩中下盘,一部分矿体的直接顶板仍为矿化板岩,矿化板岩稳固性中等。此外,矿体下盘为砾岩,厚度一般在 1 5m,稳固性较差,再往下盘则为下盘石英岩,稳固性较好。3 采矿方法3.1 采场结构参数分段高度 20m,首采区域一共划分为 1000mL、1020mL、1040mL 及 1060m
7、L 四个分段。采场宽度为12.5m,高度为矿体垂直厚度,长度为 50 100m,沿矿体走向方向布置,一个分段可划分出 3 5 个分条。以分段高度 20m,矿体倾角 22,采场长度 80 m,宽度12.5m,高度 16.78m 进行详细说明。以此,定义一个回采单元为走向长度 200m,倾向长 50m 左右,共划分为8 个采场,采场地质矿量为 56,381t。每个盘区每次回采两个采场,按回采顺序划分为一步骤采场、二步骤采场、三步骤采场及四步骤采场,每次一个回采单元内的两个相同步骤的采场同时进行开采、出矿及充填,总矿量为 112,762t。如图 1 所示。3.2 采准结构首先沿主斜坡道施工分段巷联络
8、道,然后从联络道施工脉外分段巷,该分段巷一般位于矿体下盘 20m左右的围岩中,随后沿分段巷施工穿脉,穿脉间距为100m,穿脉穿透矿体约 50m 左右。穿脉功能,一为布置采区溜井,由于 1080mL 运输巷间距为 200m,故采区溜井为每两条穿脉布置一条溜井;二为施工本分段凿岩巷;三为施工下分段采场支护巷。其具体目的是,为矿体下盘至脉内段穿脉服务于本分段凿岩巷。脉内至矿体顶盘段服务于下分段支护巷。穿脉保护矿柱为 20m,采场长度为 80m,为了减少铲运机进入空区的时间,沿分段巷施工出矿进路,每条出矿进路间距 15m,一个盘区共 5 条,服务于本盘区 3-5 个采场,由于东南矿体产状变化较大,综合
9、考虑贫损指标,每条出矿进路的坡度图1 回采单元及采场关系图2 采矿方法示意图B-B图3 采矿方法示意图A-A 138 根据矿体产状调整,如图 2、3 所示。从凿岩巷施工上向扇形中深孔,为了保证落矿和集矿效果,边孔倾角不小于 55。为了保证出矿安全,上部支护巷施工采用锚网加锚索支护,受矿体产状影响部分支护巷需施工短中深孔回收支护巷上部矿体。在矿体顶盘 10m 以上施工一条充填回风巷,充填回风巷主要功能,一为从下分段巷施工倒段风井至上部充填回风巷;二为采场回采结束后从充填回风巷施工充填钻孔充填下部采场。分别在上部支护巷和下部凿岩巷施工切割巷,然后施工切割井,切割井一般位于采场矿体高的一侧。3.3
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