丁航行，任凤玉，曹建立，张晋军，杨清平

（1．东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳110004；2．中色建设非洲矿业有限责任公司 谦比希铜矿，赞比亚 基特伟22592）

1 概述

谦比希铜矿主采区Ⅴ盘区矿体，水平厚度11～13m，倾角36～50°，采场平均品位2．0%～2．54%。在矿体下盘赋存一层0．5m厚的富矿带，富矿品位3%～7%。矿岩中等稳固到不稳定。近年在谦比希采矿方法研究中，我们将沿脉布置回采进路的无底柱分段崩落法，引入含不稳岩层的倾斜中厚矿体的开采中，通过优化参数，解决了采准工程的塌冒难题［1－3］，实现了采场的正常生产，在一定程度上降低了采矿成本，提高了生产能力，但仍然存在着矿石损失贫化大的问题。这是因为，由于矿体倾角不足，大部分崩落矿石只有一次回收机会，该分段放不出来的矿石，绝大部分将残留于下盘形成永久损失［4］。虽然采取了较小的分段高度与开掘下盘岩石等一整套降低下盘损失的技术措施，但仍不能很好地解决矿石损失贫化大的难题。近期采取导流放矿技术，有效地改善了无底柱分段崩落法在倾斜中厚矿体中的开采效果。

2 导流放矿原理及参数

实验研究发现，在倾斜中厚矿体分段崩落法的放矿过程中，覆盖层废石沿上盘边壁快速到达漏口轴线的上方，并以较快的速度到达出矿口［5］，这是导致下盘侧形成较大的下盘残留体的主要原因 （图1）。

图1 倾斜中厚矿体崩落矿岩移动过程的实验图形

为降低下盘损失，通常采取降低分段高度与开掘下盘岩石的方法，前者会增大采准工程量，从而增加了采矿成本；后者在放出部分下盘残留矿石的同时，需放出大量的废石，由此增大了放出矿石的贫化率。由此可见，仅仅通过上述两种方法，不能很好解决下盘矿石损失贫化大的问题。

为减小下盘残留矿量和放出矿石的废石混入量，除现有技术措施外，还需要限制上部覆盖层废石的移动速度，而增大下盘侧崩落矿石的移动速度。为此，本文提出导流放矿的采场结构，即在回采炮孔排面的顶部，留下三角形临时顶柱，阻挡沿上盘边壁的快速流动的废石流，将覆盖层废石下移的位置引导到下盘侧，使其通过下盘侧的开口 （导流口）流入分段采场内，由此达到降低覆盖层废石移动速度和增大下盘侧崩落矿石移动速度的目的 （图2）。预留的上盘三角矿柱，通过合理确定尺寸，使其在出矿后期自然冒落，在本步距或下一步距的出矿过程中得到回收。此外，再根据不同矿体的特性，确定最佳的开掘岩石高度、沿脉回采进路的合理位置和合理的分段高度［6］，以与上盘留三角形矿柱和下盘导流的措施有机结合，便可使开采倾斜中厚矿体的矿石损失贫化大的现象得到更好控制。

上盘三角顶柱和导流口的尺寸，是导流放矿技术的两个主要参数 （图3）。

图2 导流放矿采场结构与矿岩移动过程示意图

图3 导流放矿参数示意图

上盘三角顶柱的宽度 （w），主要由矿体的水平厚度决定；高度 （h）主要由矿岩稳固性确定。若矿体稳固性较好，顶柱的高度可取小些；若稳固性较差，取大些。三角顶柱的下表面呈弧形，其曲率半径的大小，由该部位矿石的可冒性决定，一般取分段高度的1～1．5倍。当矿石容易冒落时，取用较大的曲率半径；反之，取用较小的曲率半径。

导流口的尺寸，即下盘侧边孔与相邻炮孔的孔底距离 （l），使形成的导流口，确保上部散体沿下盘流动，达到导流的目的。下盘侧的第三个炮孔，不应与上分段采场崩透，也不应留下过厚的顶柱，为此，要控制该炮孔的深度，使其孔底至上分段采场边界的距离略小于0．7755倍的抵抗线。

3 现场试验方案

2010年2～5月，我们在谦比西铜矿Ⅴ盘区547ML分段Ⅴ－6＃采场，进行了导流放矿工业试验。该采场位于2070线与2130线间 （图4），矿体水平厚度12～13m，倾角39～48°，平均地质品位2．30%，下盘富矿带的厚度0．5m，品位3%～7%。

试验回采炮排为1～10排，考虑到爆破空间关系，将1～5排设为正常回采炮排，6～10排设为导流放矿的试验炮排 （图4、图5）。回采进路的布置原则，是使下盘边孔角为65°时，尽可能多的回收矿石。按照此原则，布置的进路中心距矿体下盘边界水平距离为8．0～8．4m。回采进路的支护，采用锚索和锚杆加金属网条联合支护，锚杆长度1．8m，每排7根，排间距2m；锚索长度6m，每排3根，排间距6m。

切割工程布置在采场的端部，回采时从切割槽向采场联巷进行退采。炮孔采用Simba H1354型凿岩台车进行双凿岩中心凿岩，凿岩中心高度1．9m，间距1．0m，炮孔直径76mm。为提高凿岩效率，采用集中凿岩，一次将采场的炮孔全部凿完。崩矿步距为2．0m，炮孔下盘边孔角65°，上盘边孔角50°，孔底距为2．2～2．6m （图6b）。爆破采用粒状铵油炸药，为保护眉线不遭破坏，孔口不装药的长度为1．5m和3．0m间隔布置。出矿采用TR 2m3柴油铲运机出矿。

试验采场分段高度9．6m，矿岩中等稳固，上盘三角顶柱的高度取3～4m，宽度取7～8m，曲率半径取用1．2倍的分段高度，即 1．2×9．6＝11．52m。导流口的尺寸为2．3～2．6m。

4 试验结果分析

现场试验表明，采用导流放矿技术后，矿石的回采率得到提高，贫化率有所降低。由表1可知，采用导流放矿技术的炮排回采率比正常炮排提高了6．26个百分点，而贫化率降低了3．91个百分点，试验效果显著。同时，由取样分析可知，采用导流放矿技术的炮排，高品位矿样 （品位≥3%）的出现频率，约高了正常炮排的一倍。由于品位高于3%的矿石主要集中在下盘侧富矿带内，可见导流放矿技术对于促进下盘侧矿石的回收起到了积极作用。

图4 Ⅴ－6＃试验采场平面图

图5 试验采场炮孔布置对比

表1 试验采场主要技术经济指标对比表

5 结论

（1）谦比希铜矿主采区Ⅴ盘区为倾斜中厚矿体，应用无底柱分段崩落法开采，矿石损失贫化较大的原因之一，是覆盖层废石沿上盘边壁快速到达出矿口，由此造成贫化矿石放出的时间过长和下盘矿石残留体过大。

（2）从改进废石漏斗的形成过程入手，采取导流放矿措施，即在采场顶部预留上盘三角矿柱，只在下盘侧与上分段采场崩透，形成导流口，将散体重力流在放矿初期引向采场的下盘侧，由此减缓顶部废石的下移速度，可有效地改善放矿效果。

（3）现场工业试验表明，导流放矿技术可显著降低矿石损失贫化率，并可明显加大谦比希铜矿下盘富矿带的回采率。

［1］ Ren F Y，Wang Q，Li Y H，et al．An experimental study on stress－relieve sublevel caving at the Chambixi Copper Mine ［C］．／／21st World Mining Congress ＆ Expo．2008．Poland：The World Mining Congress，2008：7－12．

［2］ 王文杰，任凤玉．谦比西铜矿岩体稳定性分级及锚杆支护参数优化 ［J］．中国矿业，2008，17 （7）：58－61．

［3］ 张晋军．谦比希铜矿主矿体无底柱分段崩落法改进途径［J］．中国矿山工程，2009，38 （5）：10－12．

［4］ 王劼，杨超，张军，等．倾斜中厚矿体分段崩落法损失贫化控制技术 ［J］．金属矿山，2010，408：57－59．

［5］ 王文杰，任凤玉．无底柱分段崩落法矿石贫化原因分析［J］．中国矿业，2008，17 （3）：69－72．

［6］ 陶干强，刘振东，任凤玉，等．无底柱分段崩落法采场结构参数优化研究 ［J］．煤炭学报，2010，35 （8）：1269－1272．