0 引言

充填采矿法具有适应能力强, 贫损指标低, 并能有效地维护围岩和防止地表塌陷等特点, 而在许多矿山被广泛地应用。进入80年代以后, 随着矿山机械化水平的提高和充填技术的发展, 在各种采矿方法中, 充填采矿法的应用比重显著增加。但是, 目前使用充填法的矿山, 基本都是采用分层开采的结构形式, 普遍存在矿块生产能力和劳动生产率低等问题。因此, 进一步提高充填采矿法的开采强度, 成为充填采矿法发展中的重要研究课题。在浙江建德铜矿Ⅱ号缓倾斜厚矿体的开采中, 在这方面进行了有益的探索, 试验了分段空场——阶段胶结充填的采矿方法, 获得成功, 并在该矿推广应用, 获得了很好的经济效益。

1 矿山概况及Ⅱ号矿体开采条件

建德铜矿是以竖井-斜井-盲竖井联合开拓的矿山, 系统生产能力为310t/d。1985年以前, 矿山的开采对象是Ⅰ号单铜矿体, 用留矿法开采。随着采深的加大, 逐步探明了矿区深部、赋存在Ⅰ号矿体上盘的Ⅱ号缓倾斜厚矿体。在Ⅱ号矿体的开采中进行了分段空场——阶段胶结充填采矿法的试验研究工作。

Ⅱ号矿体属中低温热液交代型矿床。为高硫缓倾斜多金属厚矿体, 含铜、锌、硫、铅、银、金等多种有用矿物, 矿石经济价值较高。矿体形态完全受向斜构造控制(如图 1所示), 平均厚度20.38m, 矿体倾角上部一段为40°~45°, 向深部逐渐变缓, 近向斜轴部趋于水平, 其形态复杂, 分枝复合现象多见。其上下盘围岩及矿体均属稳固, 上盘为大理岩, f = 8, 下盘为白云岩, f = 16~17, 矿石质地坚硬、性脆, f = 16~17, 密度为3.4t/m⁸, 由于矿体含硫较高而具有氧化升温和自燃的倾向。

矿区水文地质条件复杂, 上复盖层均为可溶性岩体, 地下溶洞发育, 尤其是矿体上盘距矿体5~15m处有一上万立方米的巨大溶洞, 给矿体的开采带来一定的影响。而且矿区处于千岛湖国家旅游区内, 三面环水。地表有火车站、铁路等重要设施以及水泥厂等工业建筑和民房、农田等。为了保护地表以及防止由于塌陷引起的地下水增大, 地表不允许崩落。

2 分段空场阶段胶结充填采矿法

针对Ⅱ号矿体的开采条件, 其开采方法确定在充填采矿法的范畴。由于矿体上下盘及矿体均属稳固, 局部开采后形成的较大采空场能够保持相当长一段时间的稳定。因此研究确定采用分段空场阶段胶结充填法做为Ⅱ号矿体一步回采的主要开采手段之一, 并进行了工业试验。

分段空场阶段胶结充填法, 其实质即是以分段凿岩、阶段出矿、嗣后阶段胶结充填的工艺形式进行采矿。将采场中的采、充作业小循环变为采场与采场之间采、充作业的大循环, 从而避免了采场中采、充作业的交叉影响。即利用分段空场生产能力大的特点, 充填后又能保证矿柱的安全回采和达到保护地表的目的。最终达到较高的生产效率和较好的经济效益。

2.1 采矿方法结构要素

如图 2所示, 矿块垂直走向布置, 每个矿块分矿房、矿柱两步骤回采。其宽度各为10m, 长度即为矿体水平厚度。分段高11m。底部采用漏斗电耙结构形式。为减少底柱矿量, 直接利用阶段穿脉巷道作为电耙道, 用P30B型耙斗装岩机装矿。因此, 底柱高度确定为6m。

2.2 采准工程与回采工艺

采准工程和回采工艺, 与传统的分段空场法基本一致。采准工程主要有上、下盘天井1与3, 分段凿岩巷道4, 切割天井2, 切割槽和底部结构漏斗5;阶段巷道(电耙道) 6。回采工艺主要有垂直扇形中深孔凿岩、装药爆破、采场通风和出矿几道工艺。比较特别的是采用漏斗电耙底部结构。这种结构形式既减少了底柱矿量, 也减少了采准工程量。二次破碎在电耙道中进行, 出矿安全可靠, 出矿能力可达150t/d以上。

为了防止高硫矿石的氧化升温可能造成的自燃、自爆现象, 在施工过程中采取了如下几项防范措施:

a.加强采场通风, 回采过程中随采随放, 以破坏矿石因氧化而升温的热聚积条件。

b.加强爆破现场的监测工作, 控制每次装药爆破作业的实际时间在4h以内。同时, 在装药时采用聚氯乙烯塑料套作隔离层, 避免炸药与矿石的直接接触。

采取以上措施, 保证了回采工作的安全进行, 矿石也未发生氧化升温而结块的现象。

2.3 阶段胶结充填

采场回采结束后形成的空场, 进行胶结充填以作为二步回采的矿柱, 并防止岩移和塌陷。为了给下部中段回采时提供较好的条件, 采场下部采用1:4灰砂比高弧度充填6 m高。然后以1:10的灰砂比充填完整个采场。充填浓度为73%~74%。充填工艺见图 3。充填料通过切割天井由橡胶软管送入采场。该软管出口处用钢丝绳捆扎悬吊于切割天井上端, 由手动葫芦控制升降。同时, 在上下盘与空场连通的分段巷道残余段上, 用钢丝绳牵引充填软管水平移动, 以保证充填体的均匀上升。

采场封闭墙用水泥空心砖砌筑并用木横拌支柱加强, 预留一些排水孔排水。每次连续充填3~4m高, 间隔一断时间待充填料沉积后, 上部用潜水泵排水, 待充填料基本固结后再进行第二次充填。

3 采矿方法的应用评价及前景

分段空场——阶段胶结充填采矿法在建德铜矿Ⅱ号缓倾斜厚矿体中的工业试验, 获得了成功, 并于1992年12月份通过了有色总公司组织的鉴定。目前已在建德铜矿推广应用。生产试验和实践表明, 该采矿法将分段空场法回采与阶段充填紧密地结合在一起, 与传统的分层充填法相比, 具有生产能力大、作业安全、工艺简单、管理方便等优点, 而且生产成本较低, 充填质量也易于得到保证。同时, 在生产建设过程中, 采矿作业可以和充填系统的建设同时进行, 有利于矿山的早日投产。

总之, 我们认为, 此法具有显著的优越性而将成为厚矿体开采中充填采矿法发展的重要方向之一。该种采矿工艺形式, 给块石胶结充填, 全尾砂充填和近期研究的不脱水充填在工艺上提供了更为便利的条件。目前在中等稳固以上的厚矿体一步回采中, 具有很高的推广价值。随着对胶结充填体以及人工矿柱性能和作用的进一步认识, 二步回采中采用分段空场——阶段充填的采矿方法是完全可能的。而且随着地下注浆和长锚索等岩体加固技术的发展, 将为该采矿法的应用开避更为广阔的前景。

4 结束语

建德铜矿Ⅱ号矿体的开采, 通过开采初期的分段空场——阶段胶结充填采矿法试验研究工作和成功应用, 在短时间内顺利地投产和达产, 圆满地完成了从Ⅰ号矿体生产到Ⅰ、Ⅱ号矿体同时生产的顺利过渡, 并获得了很好的经济效益。为中、小型矿山的建设在技术上提供了一个成功的实例。经过这一实践, 我们认为有如下几点体会可供参考。

a.坚持因地制宜、因矿取法的基本原则, 根据矿山的特定内外部条件实事求是地确定开采技术方案, 是矿山获取最好的经济效益和社会效益的基本保证。因此, 开展建设初期试验的研究工作具有非常重要的意义。这对矿山未来的建设将产生深远的影响。

b.矿床的坑探工程对建设初期有着明显的影响, 在坑探过程中应尽可能充分考虑将来的采矿工程布置, 达到既能满足探矿要求, 又能使坑探工程在采矿过程中得到最大可能的利用。这样可有效地缩短开采基建时间和节省资金。

c.长远规划与近期效益相结合, 采用较为灵活的技术方针。开采初期, 在不违背采掘顺序的前提下, 尽量优先开采富矿或较易进行采矿作业的矿段。同时在采矿方法上, 可充分利用矿床开采初期开挖量不大, 地压问题影响较小的条件, 在保证安全回采的前题下, 优先选用生产能力大、采矿成本较低的采矿方法。这样, 既可在较短时间内达到一定的生产能力又能获得更好的经济效益, 为后续生产建设筹措资金, 并为顺利投产和达产提供更好的条件。