大团山矿床大盘区一步骤回采地压控制技术优化

2022-06-28董世华

现代矿业 2022年5期

董世华

（铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿）

大团山矿床是冬瓜山铜矿主要矿床之一，担负着冬瓜山铜矿老区主要矿石产量［1-2］。该矿床采用大盘区开采，每个盘区均采用一步骤回采方案。大盘区开采具有开采效率高、生产能力大、生产工艺简单、开采成本低等优点，但也存在采空区暴露面积大、采场空间跨度大等不利因素。针对回采过程中矿房易冒落而导致的影响安全回采和矿石贫化损失较大的问题，冬瓜山铜矿相关技术人员持续开展了研究，制定并采取了针对性措施，有效地控制了地压显现和矿石贫化损失［3-4］，实现了安全高效低成本开采。本研究通过对相关技术措施进行系统总结分析，供国内类似矿山开采实践参考。

1 大团山矿床概况

1.1 地质特征

大团山矿床为层控式矽卡岩型矿床，由1条主矿体和多条小矿体组成。主矿体产状与围岩基本一致，走向NE30°～35°，倾向SE，倾角中等，在不同地段倾角略有变化最大70°，最小10°，一般为35°～50°。主矿体走向长830 m，斜深最大652 m，工程见矿厚度最大69.47 m，最小1.35 m，平均29.65 m；矿体形态较简单，呈似层状，赋存标高-316～-788 m。矿床矿石致密坚硬、节理裂隙不发育，矿芯完整性尚好。矿体顶底板岩性为矽卡岩夹角岩、大理岩夹角岩及石英闪长岩，岩性单一、层位稳定、完整性好，属坚硬岩石。矿石无结块性和自燃性。矿床水文地质简单。

1.2 开采概况

1.2.1 一期开采概况

-460 m 以上矿体为一期工程开采范围，采用竖井开拓法，设计施工了-390，-430，-460 m 3个开拓中段，其中-460 m 中段为有轨运输中段。采用传统的中深孔崩矿、电耙出矿、2 m3侧卸式矿车运矿的生产工艺，采矿方法为中深孔落矿分段空场法［5］。

1.2.2 二期开采情况

-460 m 以下至-580 m 以上矿体为二期工程开采范围。为了提高开采效率，降低开采成本，大团山矿床二期工程建设时，中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司（以下简称“中钢矿院”）的相关技术人员对大团山-580 m 中段采矿方法进行了选择与论证，从矿段开采技术条件、大团山-460 m 以上空区稳定性分析，以及大团山-580 m 中段开采过程数值模拟等方面进行了研究，推荐采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，将-19线A至43号线区域内划分为5 个盘区，每个盘区均采用一步骤回采方案［6-7］。在矿体走向方向留有23#、27#、31A、35#4 个大矿柱，矿柱宽度均为30 m，采空区极限跨度控制在120 m 以内。开拓了-490，-520，-580 m 中段，其中-580 m 中段为有轨运输中段。开拓方法为竖井和斜坡道联合开拓法。采用大直径深孔落矿、3.5 m3电动铲运机出矿、4 m3底侧卸式矿车运矿的生产工艺。

1.2.3 三期开采情况

-580 m 以下至-730 m 以上矿体为三期工程开采范围。大团山矿床三期工程建设时，铜陵有色金属集团控股有限公司技术中心和中钢矿院的相关技术人员对大团山矿床-580 m 以下至-730 m 以上矿体进行了采矿方法论证与矿岩稳定性研究。-580 m 以下盘区（采场）划分承接上部盘区划分，并在盘区适当位置预留矿柱，Ⅰ#、Ⅱ#盘区在-580 m 水平留厚20 m的斜矿柱，Ⅲ#盘区在-565 m留20 m斜矿柱（图1Ⅲ—Ⅲ剖面），Ⅳ#、Ⅴ#盘区在-565 m 留25 m 宽垂直矿柱（图1Ⅰ—Ⅰ剖面），将上部采空区与下部开采隔开。39 线以北受阴涝破碎带影响暂不设计回采，待39线以南开采结束后，条件成熟后再考虑回采。开拓了-610，-670，-730 m 中段，其中-730 m 中段为有轨运输中段。采矿方法沿用-580 m 中段采矿方法，以大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法为主。凿岩采用T-150 高风压潜孔钻机钻凿下向深孔，炮孔直径φ165 mm。布孔设计参数为排距3 m，垂直孔孔距3 m，斜插孔孔底距3.5～4.0 m。部分不适用于大孔落矿的矿体采用中深孔落矿分段空场嗣后充填法回采。薄矿体采用浅孔空场法回采。-670 m 中段主要生产盘区矿房尺寸：Ⅲ#盘区矿房长约95 m，宽为矿体厚度（平均25 m），高120 m（-555～-675 m水平）；Ⅳ#盘区矿房长约95 m，宽为矿体厚度（平均37 m），高150 m（-520～-670 m 水平）；Ⅴ#盘区的矿房长约95 m，宽为矿体厚度（平均60 m），高105 m（-565～-670 m水平）。

2 大盘区一步骤回采矿房地压控制技术优化

大盘区一步骤回采矿房易冒落问题是多年来冬瓜山铜矿一直致力于解决的难题［8-9］，随着对大盘区开采的研究以及对采场地压特点认识的不断深入，矿房地压控制技术不断优化，矿石贫化损失大的问题以及安全回采问题得到较好解决。本研究以大团山-670 m 中段Ⅲ#盘区回采为例，分析冬瓜山铜矿大团山矿床大盘区一步骤回采矿房地压控制技术优化思路。

2.1 爆破设计优化

回采顺序是影响矿房地压的重要因素，为了便于分析盘区的回采顺序，将盘区划分为若干个爆破区域，并对每个区域按照爆破顺序进行编号。每个爆破区域内包含若干次爆破，每次爆破依次后退式进行。

2.1.1 优化前爆破设计方案

优化前盘区回采整体上采用由下而上、由中部向两侧后退式回采方案。优化前大团山Ⅲ#盘区爆破区域起爆顺序如图1 所示。由图1 中Ⅳ—Ⅳ剖面可知：矿房回采从中部由下而上，再从中部向两侧由下而上进行，矿房跨度及暴露面积相应地由中部向两侧不断扩大，围岩冒落风险逐渐增大，一旦矿房出现局部冒落，两侧继续爆破时，冒落的废石就会被爆下矿石覆盖，出现“包饺子”现象，导致贫化损失很大。由图1中Ⅲ—Ⅲ剖面可知：在垂直矿体走向上矿房一开始就处于最大跨度状态，采空区在最大跨度状态下暴露时间较长，不利于采空区稳定。该爆破设计方案易产生围岩冒落，不但影响安全回采，而且会导致矿石贫化损失大。

2.1.2 优化后爆破设计方案

在充分顾及采场地压特点的基础上，结合盘区回采具体条件和回采工艺，对大盘区一步骤回采矿房地压控制技术进行了优化，采取了爆破范围拱形控制及盘区中部后采措施。

2.1.2.1 爆破范围拱形控制措施

利用免压拱解除采场地压，通过优化爆破范围和爆破顺序来控制矿房断面形态，使爆破形成的采空区形态近似于拱形，利用形成免压拱的方法使待采矿块处于卸压区内。拱内矿块在失稳前经爆破均匀破碎，解除原有的高应力状态，释放应力，并使来自原岩体的载荷转移到该区域之外，从而改善了待采矿块的回采条件。待矿块中的最大拱形成后，再增大采空区跨度，直至矿块采完。

优化后的大团山Ⅲ#盘区爆破区域起爆顺序如图2 所示。由图2 中Ⅲ—Ⅲ剖面可知：爆破区域1、3构成的图形以及爆破区域1、3、9 构成的图形为近似拱形的一部分，Ⅲ#盘区以近似于形成拱形实施爆破，最后实现区域10、11 爆破，增大拱的跨度。该措施的实施有效地控制了地压，较好地控制了回采过程中废石混入。

2.1.2.2 盘区中部后采措施

盘区中部后采相当于在盘区中部暂留了一条矿柱，在其回采前，起到控制矿房跨度、支撑上覆岩层压力的作用，有利于矿房稳定。回采后，若采空区出现围岩冒落则围岩落在矿石垫层上，采用等量均匀顺序放矿或不等量均匀顺序放矿措施，保持矿岩接触面在放矿过程中均匀下降，可较好地避免“包饺子”现象发生，控制二次贫化损失。

由图2 中Ⅳ—Ⅳ剖面可知：图中阴影部分（爆破区域6、7、8）相当于暂留水平矿柱，待其两侧矿块采完后再对其进行爆破。暂留水平矿柱爆破时先开采两侧的爆破区域6、7，将其逐步缩小，最后开采爆破区域8。从图2Ⅰ-Ⅰ剖面可以看出，爆破设计时新增了一条从-565～-555 m 斜坡联络道。该巷道为落实盘区中部后采措施的退采通道。中部后采措施实施后，有效保证了矿房稳定，矿石贫化损失得到了有效控制。

2.2 回采过程地压控制管理措施优化

优化前，在回采过程中采取边采矿边大量出矿措施，矿房中存窿矿量少，后续爆破对矿房的影响大，易产生冒落。

采取自下而上强采少出矿、采完强出矿措施。采取了自下而上强采少出矿措施，让爆堆尽快充填矿房，来改善采场围岩的受力状态，增强采场围岩的稳定性，阻挡围岩冒落，缓和地压显现。当盘区中布置多层出矿底部结构时（图2），一旦上层底部结构出矿可以为后续爆破提供补偿空间时，则停止下层底部结构出矿，让爆堆充填矿房。采矿结束后采取自上而下强出矿措施，在地压显现之前，尽快完成回采工作。若采矿结束后出现围岩冒落，则在加强出矿的同时应保持矿岩接触面在放矿过程中均匀下降，控制二次贫化损失。该措施实施后，不但缓和了地压显现，而且创造了挤压爆破条件，充分利用了爆破能量，矿石破碎效果得到改善。

3 实施效果

在大团山矿床早期的-580 m 中段以上各盘区回采以及较早时期的-670 m 中段Ⅳ#盘区回采过程中，均出现了不同程度的矿房局部冒落现象，不但影响安全回采，而且矿石贫化损失较大。2013 年大团山矿床贫化率高达18.23%，损失率为15.2%。在近几年的大团山-670 m 中段Ⅴ#盘区（2020 年元月回采结束）和Ⅲ#盘区（2021 年10 月采矿结束）回采过程中，通过采取上述优化措施后，大盘区一步骤回采矿房易冒落问题得到较好地解决，矿石的贫化率、损失率明显下降。2019 年大团山矿床贫化率为13.69%，损失率为12.88%；2020 年贫化率为11.87%，损失率为12.79%，取得了很好的效果，实现了安全高效低成本开采。