1 前山84^#矿体赋存条件

铜山铜矿矿区分为铜山、前山和前山南3个主要矿段, 其中前山南矿段为前山矿段的延伸部分, 矿区内主要包括4^#、15^#、29^#、30^#、79^#和84^#矿体, 分属上述3个主要矿段之中。

前山84^#矿体赋存于+57 ~ -214m, 走向NNW, 倾向SW, 倾角为45~ 80°, 局部有反倾, 底板倾角一般在50°以上。矿石以含铜黄铁矿为主, 其次为含铜磁铁矿、含铜闪长岩及含铜矽卡岩等, 矿石品位为1.2%左右, 矿体沿走向长度约为120m, 厚度为25~ 30m, 矿石结构致密, f =8~ 12。矿体顶板为单硫燧石黄铁矿, 蚀变严重, 溶洞、裂隙发育, 质脆易碎, 稳定性较差, 常因地下水含有CuSO₄晶体析出。矿体底板为五通组石英岩和蚀变闪长岩, 五通组石英岩层理、节理、裂隙均发育, 闪长岩易风化、膨胀, 稳定性差。该矿体含硫较高, 存在氧化、结块、自燃和自爆等特性。

2 采矿方法评述

铜山铜矿前山84^#矿体赋存条件极为复杂, 采矿方法也经历了数次变革, 其中在0m中段以上采用无底柱分段崩落法开采, 0~ -80m中段采用有底柱分段崩落法开采。

崩落法的主要工艺特征为:矿块分段高度为6 ~ 8m, 矿块沿走向长度为34 ~ 42m, 划分为若干个采区, 每个采区由3条进路组成, 每条进路间距为6 ~ 7m。运输巷道布置在稳固性较好的顶板内, 进路由顶板到底板上下分段错开布置, 沿底板天井拉槽扩大成爆破自由面, 采用YG -90型凿岩机凿岩, 布置上向扇形中深孔, 炮孔排距为1.2m。为减少矿石损失和贫化, 3条进路同时由里向外后退式回采, 每次爆破1 ~ 2排炮孔, 装岩机出矿。但生产实践表明, 该矿体采用崩落法存在以下主要问题。

(1) 前山84^#矿体为高温高硫含铜矿体, 采用崩落法开采不利通风, 而抽出式通风在采场掌子面产生负压, 使得爆破后的矿石大量氧化, 矿石结块严重, 氧化生成的SO₂气体污染掌子面, 采场温度升高, 且采场漏风量大, 恶化了井下作业条件。同时氧化生成的SO₂气体对井下设备、电气和主扇风机腐蚀性大, 且危及人身安全。

(2) 前山84^#矿体采空区位于姥山脚下的前山露天采场边坡下方, 空区上部泥土及蚀变风化岩较多, 经大气降水大量涌入采场空区并形成泥石流, 在采场矿石未出完的情况下, 泥石流提前到达采场形成“包饺子”现象, 造成采场矿量大量损失和贫化, 实际损失率达40%~ 50 %, 贫化率也达到了30 %~ 50%。

(3) 由于矿体采用分段崩落法开采, -80m以上采空区与地表相通, 地压控制极为困难。此外, 该矿体地表开采境界内均为矿区生活区和周围农民居住区, 上述两种采矿方法(有底柱分段崩落法和无底分段崩落法)均难以保证地表构筑物的安全。

鉴于铜山铜矿84^#矿体采用分段崩落法(有底柱和无底柱)回采存在的主要问题, 经过认真总结分析和广泛调查, 确定用分段空场嗣后充填采矿方法进行回采, 并从以下几方面着手解决上述难题。

(1) 预留隔离带, 将崩落法采场6~ 8m高的底柱与下部充填采场的4m顶柱完整预留, 形成隔离带。

(2) 将矿块分为矿房和矿柱两部分, 在优化采场结构参数的同时, 逐步完善采场回采工艺, 提高采场回采的经济技术指标。

(3) 采场分一步骤和二步骤回采, 先采矿柱后采矿房, 矿柱采用胶结充填, 矿房用分级尾砂充填。

(4) 采场回采落矿采用控制爆破技术, 控制采场内各类工程的规格, 确保下步回采的顺利进行。

(5) 采用三强开采, 研究矿石氧化发火周期, 抢在矿石氧化发火前充填空区。

(6) 根据采场生产能力, 控制一次爆破量, 减少崩落矿石在采场内的存留时间, 降低采场内SO₂的浓度, 杜绝矿石在采场内自燃和自爆。

3 分段空场嗣后充填采矿法试验 3.1 采场结构参数

试验矿块布置在-127~ -80m中段, 矿块走向长度为72m, 分矿房和矿柱两部分, 矿房宽度为16m, 矿柱宽度为8m, 中段高度为40m左右, 分段高度为8 ~ 13m, 底柱高底为6~ 7m, 顶柱高度为4m。分段空场嗣后充填采矿法布置示意图见图 1所示。

3.2 采准切割工程布置

矿块内每12m垂直矿体走向布置一条规格为2.0m ×2.0m的电耙巷道, 电耙巷道两侧交错布置规格为2.0m ×2.0m的人行天井, 分别与各分段巷道相通, 分段凿岩巷道规格为2.8m ×2.8m, 矿块内设有溜矿井, 溜矿井规格为2.0m ×2.0m。

3.3 回采工艺

矿块回采顺序为从一侧向另一侧推进, 先采矿柱后采矿房, 矿柱采用胶结充填, 矿房采用分级尾砂充填。

凿岩采用YG -90型中深孔凿岩机, 上向扇形炮孔, 炮孔直径为Ø65mm, 在矿体的一端拉切割槽, 爆破回采时从切割槽开始后退式回采, 上下分段同时爆破落矿。

采场爆破落矿后, 新鲜风流从下部中段运输巷道经电耙巷道进入采场爆堆, 污风流从上部采切工程经上中段运输巷道排出。

采场矿石从底部电耙出矿巷道中装入矿车运到采场溜矿井集中出矿。

矿柱回采结束后, 采用胶结充填方式充填采空区, 充填体强度控制在3.5 ~ 4.0MPa, 为节约成本, 矿房采用分级尾砂充填采空区, 矿房充填体要求达到基本接顶即可。

3.4 主要技术经济指标

分段空场嗣后充填采矿法的主要技术经济指标见表 1。

4 结语

铜山铜矿前山84^#矿体原采用分段崩落采矿法(有底柱和无底柱)回采, 通过试验采用分段空场嗣后充填采矿法回采后, 实践证明取得了以下经验和效果。

(1) 解决了分段崩落法开采时采场通风困难的问题, 采场SO₂浓度大大降低, 采场作业条件大大改善, 采矿作业设备也得到较好的保护, 使用寿命有所增长。

(2) 回采时采用了控制一次爆破量, 减少崩落矿石在采场内的存留时间, 抑制了SO₂的产生, 改善了作业环境。

(3) 矿石的损失和贫化得到有效控制, 并有了较大幅度的下降。矿石损失率由改进前的40 %~ 50%降低为5%~ 13 % (一次损失), 矿石贫化率也由改进前的30%~ 50%降低为5%~ 13% (一次贫化), 但采矿成本较改进前有所增加。

(4) 采用充填方式充填采空区, 对控制矿区地压、消除泥石流对采场作业人员的威胁和保护地表构筑物的安全, 起到了较好的作用。

(5) 选矿厂的尾矿经分级后用于采场充填, 加大了尾矿的综合利用范围, 同时还减少了尾矿的外排量, 使尾矿库建设投资得以减少。