分段卸压与让压崩落法在谦比希铜矿的应用.pdf
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1、 66 1 工程概况谦比希铜矿位于赞比亚铜带省,是中国有色矿业集团有限公司在国外最早经营的一座大型地下矿山。由于矿体赋存条件差和采动地压大等原因,该矿主采区矿体高度难采。赞比亚 ZCCM 公司应用英国技术地下开采到主采区(500m 中段以下)后,因不能解决巷道与采场塌冒问题,造成生产效率低和矿石损失贫化高、经济亏损严重而被迫停产。中国有色集团出于资源开发战略和政治外交原因于 1998 年接管后,采用国际上先进的采掘设备和详细优选的采矿方法,经过 20 多个采场试验,国内外现有的控制地压的技术几乎都试用过,但沿脉凿岩巷道与空场均难以形成,生产不能正常进行,主采区设计生产能力 4500t/d,实际
2、生产能力仅 500t/d 左右。为尽快达到设计生产能力,提高矿山开采效益,从2004 年 9 月开始进行采矿方法攻关,以东北大学“三律”(地压显现规律、岩体冒落规律与散体流动规律)适应性理论为指导,开展了分段卸压、让压崩落法试验研究。通过现场试验和不断完善、改进,成功系统地研发了适应谦比希铜矿主矿体矿床条件的高效采矿方法与破碎矿岩巷道掘支技术,形成了包括分段卸压崩落法、分段卸压与让压组合崩落法、导流放矿技术、分流出矿崩落法以及破碎矿岩巷道稳固技术等完整的新型分段崩落法工艺技术体系,攻克了谦比希铜矿难采矿体的采矿方法“瓶颈”难关,成功地开采了原英国技术不能开采的高度难采矿体。谦比希铜矿采矿难题的
3、解决,为国内金属矿山难采矿体以及深部高应力矿体的高效安全开采提供了一条新的技术途径。2 矿床开采技术条件谦比希铜矿主矿体走向长度约 2200m,矿体厚度69m,倾角 20 65。矿体产于矿化泥质板岩中,呈层状产出,矿体比较规整,以黄铜矿和斑铜矿为主,另外有少量辉铜矿。矿体底板矿化强烈,品位较高,下盘富矿带最高品位达 10%20%,向顶板方向矿化逐渐减弱,品位逐步降低。矿体和围岩层理和节理比较发育,沿矿体走向分为稳定区、不稳定区、欠稳定区。矿体直接上盘围岩为矿化泥质板岩(厚约 10m),间接围岩有石英岩、白云泥质板岩和燧石白云岩,矿体直接下盘围岩分段卸压与让压崩落法在谦比希铜矿的应用杨清平1,岑
4、佑华2(1.中色非洲矿业有限公司,北京 100082;2.大冶有色设计研究院有限公司,湖北黄石 435005)摘 要:针对谦比希铜矿主矿体矿床条件,以地压显现规律、岩体冒落规律与散体流动规律适应性理论为指导,开展了分段卸压、让压崩落法试验研究,通过现场多次试验,成功系统地研发了适应该矿高效采矿方法与破碎矿岩巷道掘支技术,形成了包括分段卸压崩落法、分段卸压与让压组合崩落法、导流放矿技术、分流出矿崩落法以及破碎矿岩巷道稳固技术等完整的新型分段崩落法工艺技术体系,为国内同类金属矿山难采矿体以及深部高应力矿体的高效安全开采提供一条有效的技术途径。关键词:谦比希铜矿;分段崩落法;卸压;让压;导流放矿;分
5、流出矿 67 为基底砾岩,间接下盘为泥质石英岩、中砾岩和长石石英岩等。采动地压垂直压力集中作用于层、节理发育的矿体与近矿围岩,易引起巷道破坏冒落,尤其是靠下盘1.5m 左右的底砾岩,稳定性更差,更容易冒落。矿体水文地质复杂,距矿体 6080m 处为燧石白云岩,该岩层为矿区的主含水层,矿体本身为次含水层,井下涌水量约 4.5 万 m3/d 左右。3 采矿方法试验方案3.1 试验方案的构成3.1.1 分段卸压崩落法针对谦比希铜矿重力场压力集中作用在于矿体与近矿围岩的特征,采取卸压措施解决沿脉凿岩巷道的稳定性难题,将卸压方法同矿石回采工艺有机结合,提出了分段卸压崩落法(见图 1)。图1 分段卸压崩落
6、法示意这一新方法的实质,是在无底柱分段崩落法的基础上,利用上一分段沿脉凿岩道的回采空间为下一分段的沿脉凿岩道卸压,以保证沿脉巷道的稳定性。卸压原理就是根据应力隔绝理论,将垂直方向上传递的应力隔断,使之无法继续向下传递,从而达到卸压目的。为满足卸压要求,需要崩落矿体上盘侧部分围岩,保证90 95 的卸压角;同时,为减小下盘矿石损失,需要开掘 46m 高的下盘围岩。卸压方法主要是采用中深孔超深爆破,以形成卸压区,即在中深孔炮孔设计时,按照 90 95 的卸压角要求设计炮孔,并与排线爆破时一同起爆,从而形成卸压区,使下分段沿脉凿岩道处于免压区以内。回采时,根据巷道围岩的稳定性控制炮孔交错装药的长度,
7、保护眉线的完整性。该法用于主采区矿岩稳固性较差的倾斜中厚矿体。3.1.2 分段卸压与让压组合崩落法对于介于缓倾斜至倾斜之间的中厚不稳矿体,综合运用矿山“三律”的研究成果,提出了卸压与让压相结合的分段崩落法。该法卸压与让压分段间隔布置如图 2所示,其中卸压分段的沿脉凿岩道布置在上分段回采卸压的范围之内;让压分段的沿脉凿岩道让开采动压力峰值区,以实现采动地压的有效控制。让压分段的回采为卸压分段卸压,卸压分段的回采充分回收下盘矿量,同时控制上盘侧爆破范围,为让压分段提供良好的承压条件。两者相辅相成,保障不稳岩体沿脉凿岩道的稳定性与较高的矿石回采指标。3.1.3 导流放矿技术应用随机介质放矿理论的研究
8、成果,在倾斜壁边界条件下,覆盖层废石沿上盘边壁快速流向出矿口是引起下盘侧矿石损失贫化大的重要原因之一。为此,结合矿体条件,在上盘侧留下适宜厚度的临时顶柱,阻挡上部废石流,在下盘侧崩开导流口引导废石流的轴线移向下盘侧,由此滞后放矿初期的上部废石移动速度,改善崩图3 导流放矿布置图2 卸压与让压分段间隔布置图4 分流出矿分段崩落法示意 68 落矿石的移动与放出条件,从而有效地减小下盘矿石损失与贫化(见图 3)。3.1.4 分流出矿分段崩落法对于矿岩破碎的缓倾斜中厚难采矿体,提出了分流出矿分段崩落法(见图 4)。其特点是:在“自落顶、设置回收进路”的无底柱分段崩落法的基础上改进采场结构,每分段设置
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