中深孔二步采采场参数优化在三鑫金铜矿的应用

中深孔二步采采场参数优化在三鑫金铜矿的应用

张文锋、郑宇朋

（湖北三鑫金铜股份有限公司  湖北大冶  435100）

摘要：地下矿山采矿为了兼顾安全、效率等因素，往往分为多步骤采矿。二步采在矿山采矿中既要兼顾回收一步采残矿，又要兼顾充填体垮落、一步采未接顶空区地压等综合因素，较一步采技术复杂性和难度大大增加。论文中优化方案是经过多年井下现场试验总结而出的，对二步采采场控制顶板冒落、充填体垮落、上下盘废石混入等有较好的管控作用，该方案实操性强，运用范围广，在公司已经全面推广实施。

1.矿山概况

湖北三鑫金铜股份有限公司拥有鸡冠咀和桃花嘴两大矿床，矿床类型为矽卡岩型。矿石类型主要为铜金矿石、铜金铁矿石、铜(硫)矿石等，围岩类型主要为矽卡岩、大理岩、石英正长闪长玢岩等，矿石稳固，围岩中等稳固。

公司井下中深孔采矿一般分为两步骤回采，即先矿房，后矿柱。采用HT72深孔凿岩机，孔径60～75mm，采用BQ-100型装药器，深孔爆破后，矿石爆落至底部堑沟，由WJD1.5m³电动铲运机出矿，最后通过中段溜井转运至矿仓。

2.一步采现状

2.1采场回采顺序

采用先矿房后矿柱，先上部中段后下部中段的整体回采思路。矿房和矿柱间隔布置，矿柱回采期间两边为已回采完毕的充填体。二步采需要兼顾充填体垮落造成的贫化及一步采欠采的矿石回收，技术和管控难度更大。

2.2一步采回采方案

为避免采场空区垮落范围过大，造成较大安全隐患，一步采采场顶板设计至上一个中段的底板，上下盘矿岩接触带不会施工超界孔，减少上下盘岩石垮落，避免贫化且能保证安全。

2.3一步采回采现状

由于深孔孔底难以实现满孔装药加之部分钻孔可能存在堵孔现象，造成爆破形成的空区形态呈现收缩趋势，导致最后爆破的炮孔排线效果欠佳，且采场顶板也多有欠采的情况（见图1）。

更为严重的是，部分采场上下盘岩性较差且存在构造带，遇到爆破扰动、水的影响、采场空区应力释放等因素后，会出现较大规模的垮落。一是向上垮落，甚至与上一分层的巷道垮穿；二是向上下盘垮落，对该分层的上下盘巷道造成破坏。此类采场造成的贫化大且安全问题较为突出。

图1一步采空区形态图

3.二步采优化方案

针对一步采存在的以上问题及弊端，二步采采场回采进行了如下方面的优化，并取得了非常理想的效果。

3.1围岩垮落及欠采优化治理

针对空区顶板及围岩垮落对中段生产造成的安全隐患及采场的贫化。二步采根据采场矿岩性质、产状构造、完整性等综合考量，将采场上下盘不同分层、不同区域分别预留不同厚度的保护矿壁，随着爆破的进行，空区体积的逐渐增加，应力会不断向上下盘集中，此时最先受力且发生破坏的就是保护矿壁，该优化治理的原则即是找到护壁矿最大限度垮落、岩石最小限度破坏的临界点。

A、B分层前12m段（该段暴露时间最长、受应力作用最大）预留0.5～1.0m厚的护壁矿，中间12m段不留护壁矿（避免出现欠采的情况），最后12m超深0.5～1.0m（对前24m深孔放炮的纠偏，若前24m放炮效果不佳或无垮落，存在欠采，则最后12m可以通过优化深孔爆破网络，对前24m的欠采矿进行爆破扰动并保证后12m不欠采）。

C分层属于与底部出矿堑沟相连接的分层，有大部分崩落的矿石会积压在该分层，且C分层往往最后崩落，围岩暴露时间最短，破坏最小，为减少矿石损失，超深0.5～1.0m爆破（见图2）。

3.2充填体垮落优化治理

充填体垮落治理原理与3.1围岩垮落治理基本相似，在A、B分层的前12m留设1.0m护壁矿，最后24m留0.5m护壁矿。C超深开采0.5～1.0m。C分层留设的原理

是，由于C分层的超深开采，A、B分层未爆下的护壁矿，底部无支撑，最后通过爆破扰动和空区地压使护壁矿垮落，同时又避免了充填体的过度扰动和垮落（见图2）。

图2护壁及护顶矿留设示意

3.3采场超采及顶板垮落优化治理

无论对于岩性良好、一般或较差的采场顶板，都需要使用类似于“台阶式”的采场设计方式。以岩性差的顶板为例，为避免顶板垮落严重，在采场顶板的前段留设0.5～1.0m护顶矿，中段不留护顶，后段超高0.5～2.0m开采。前段暴露时间长，受力大，垮落的情况较为严重，护顶矿即是预留的顶板垮落厚度（即是爆破松动层）。对于后排爆破空间比前排爆破空间小的问题，则可采用同排炮孔先爆中间，后爆两边的方式，通过增加自由面来实现设定的爆破效果。岩性好的采场则需要超深开采（见图3）。

图3顶板回采高度示意图

4.应用效果

事实证明，该优化方案是切实经济可行的。不仅能更安全高效回收矿石，还能在很大程度对一步采残留矿进行部分回收（矫正）。

4.1经济效益

（1）减少了两个矿体回采边界收缩，后期重新施工采矿巷道工程，节约工程费4.5万元。

（2）避免了充填体约1700t，废石约1500t垮落，节约运输、提升、选矿等吨矿综合总成本16万元。

（3）有效避免了空区向上部中段垮落，由此产生的新增充填门、充填料浆、充填钻孔等的费用7.1万元。

4.2安全效益

（1）采场顶板及上下盘围岩的垮落，可能会对空区周围的作业区造成安全影响，存在贯穿风险，优化方案能有效降低甚至杜绝此类风险。

（2）采场顶板的相对平整，能够提高空区充填的接顶率，避免地压作用于未接顶空区，导致空区垮落，使井巷或地表发生变形、沉降等安全隐患。

（3）避免了二次回采、残采、掏采等可能存在较大安全风险的资源回收工序。