某铜矿空场法转充填法采矿方法优化研究

某铜矿空场法转充填法采矿方法优化研究
发布时间：2023-03-16T06:17:42.000Z 来源：《建筑实践》2023年1期作者：刘丰
[导读] 传统空场采矿存在矿石损失贫化大、采空区难处理、地表沉陷严重
刘丰
山西北方铜业有限公司铜矿峪矿山西省运城市 043700
摘要：传统空场采矿存在矿石损失贫化大、采空区难处理、地表沉陷严重、生产安全隐患大等突出问题。

随着充填技术的发展和无轨设备的应用，充填采矿法在贫化损失控制和作业安全方面优势愈发显著，尤其是当矿岩不稳固、存在破碎带或地压很大时，充填采矿法适应性强，根据矿岩的稳固性、矿体形态等可以选择不同的充填采矿法进行回采。

因此，在缓倾斜中厚矿体的采矿方法中，充填采矿法的比重将越来越大。

关键词：铜矿；充填法
1 工程概况
某铜矿位于地面海拔标高2300～4000 m，主要采用浅孔房柱法开采，当前使用的采矿方法和工艺技术，导致井下开采存在如下问题：矿体属于复杂难采倾斜薄至中厚矿体，且顶、底板稳固性差，开采难度大；矿山采用空场法多中段、多采区同时开采，地压显现明显，采场顶板、巷道冒顶片帮严重；房柱法回采工艺不适应地压活动明显且倾角大的中厚矿体开采，安全性差；矿柱量大，损失率大；开拓采准矿量少，三级矿量极不平衡。

矿体裂隙性弱，围岩裂隙性强至中等；矿体较完整，围岩完整程度跨越破碎至较完整；矿区水文地质条件复杂程度为简单。

矿区工程地质条件总体上属于中等类型。

该铜矿品位高，矿石价值较大，采矿方法要求高回采率、低贫化。

该铜矿地处雅砻江流域，环保要求严格。

综合考虑，矿山决定采用充填法或嗣后充填的形式替代原有采矿方法，以改变开采现状。

2 采矿方法优化研究
2.1 采矿方法选择原则
考虑铜矿的开采技术条件、开采现状及发展的需要，结合国内外开采同类矿体的经验与发展趋势，以安全高效、技术先进、工艺可靠、经济合理的准则来选择采矿方法，其基本原则如下。

采矿方法以采场安全生产为前提条件；较低的采矿贫化率和损失率；生产能力大，回采效率高；采矿方法适应性和灵活性强；采矿工艺成熟可靠，安全可靠、风险小，易于掌握使用；较低的采矿成本，为使矿山经营效益最大化，必须要求以最低的生产成本组织生产，在维持矿山稳产与高产的同时，力求能耗少、成本低、投资省、效益好；尽快实现新老采矿方法的衔接，保证矿山生产能力得到提高。

2.2 采矿方法的初步选择
依据矿山实际开采技术条件与采矿方法选择的基本原则，初步优选出4种采矿方法：上向水平分层充填采矿法；中深孔分段充填采矿法；点柱式上向水平分层充填采矿法；浅孔房柱嗣后充填法。

2.2.1 上向水平分层充填采矿法
上向水平分层充填采矿法最突出的优点是矿石损失贫化小，适应矿体形态变化能力强，灵活性大，但回采工艺较复杂，生产能力相对较低，一般适应价值较高的矿体回采。

该法自下向上水平分层进行回采，随着工作面向上推进，逐步充填采空区，并留出继续上采的工作空间。

充填体维护两帮围岩，并作为上采的工作平台。

崩落的矿石落在充填体的表面之上，用铲运机将矿石运至溜井中。

在顶板不稳固时，选择锚杆、锚网或长锚索等支护方式进行支护。

2.2.2 中深孔分段充填采矿法
中深孔分段充填采矿法将安全和高效有机结合在一起。

凿岩工人在巷道中作业，不进入空区，安全性能够得到保障；中深孔凿岩爆破效率高，生产能力大；爆下的矿石直接在分段内通过铲运机运送至溜井出矿，发挥出了分段空场法的规模效应。

基于矿体倾角缓和厚度大的实际情况，将矿房布置成矩形矿块方式，最大程度地回采矿产资源，待每个矩形矿块出矿结束后，立即进行充填工作。

该法各分段依次自下向上进行回采，随着工作面向上推进，逐步充填采空区，以防上盘出现大面积的冒落。

但存在下盘边孔角不易控制、损失贫化率大等系列问题。

2.2.3 点柱式上向水平分层充填采矿法
该铜矿的围岩稳固性较差，局部区域矿石存在失稳冒落情况。

因此，在开采过程中对于空顶高度及顶板的稳固性有较高的要求。

不同于上向水平分层充填法，点柱式上向水平分层充填采矿法在回采过程中由于间隔留设了点柱支撑空区，因此，采场的稳定性优于上向水平分层充填法，能够避免顶板的冒落垮塌，保障采场回采安全。

采场布置典型方案见图1。

2.2.4 浅孔房柱嗣后充填法
浅孔房柱嗣后充填法主要应用于矿房宽5 m、矿柱5 m、矿体厚度为3～5 m的采场。

在采场中央沿矿体底板掘进一条切割上山通上部回风联巷，切割上山形成后，在切割上山内采用YT-28型凿岩机钻凿似水平炮孔，然后以切割上山为自由面进行爆破。

先回采切割上山两侧的矿体，扩刷至采场边界后，再回采切割上山上部的矿体，每次挑顶高度2～3 m，回采直至矿体顶板位置，每次爆破并经通风后采用切割横巷内布置的电耙进行出矿，矿石耙至切割横巷内，然后再经切割横巷内的电耙耙至矿块两端的溜矿井内。

图1 点柱式上向水平分层充填采矿法?
2.3 采矿方法的技术经济效益对比分析
参照目前铜精矿的市场价格及现有的采矿、充填单价对各采矿方法方案进行经济对比分析。

中深孔分段充填法虽然贫化损失率较高，但是年利润以及服务期间的利润较高，因此，首选中深孔分段充填采矿法作为黑牛洞铜矿深部矿体开采实施方案。

但考虑到黑牛洞铜矿地质探孔工作较少，矿岩性质复杂，为保证矿体的高效利用，矿体厚大区域、矿岩稳固性较差区域采用上向水平分层充填采矿法作为开采方案。

综上考虑，选择中深孔分段充填采矿法作为厚度为8～12 m、矿体较为规则的稳固区域的采矿方法，占比约40%；上向水平分层充填采矿法开采矿体厚度变化大，矿岩稳固性差区域矿段，占比约45%；选择浅孔房柱嗣后充填法开采矿体厚度为3～5 m的矿段，占比为15%。

3 结论
在遵守采矿方法开采原则的前提下，初步提出了4种适合该矿山开采的方案，分别为上向水平分层充填采矿法、中深孔分段充填采矿法、点柱式上向水平分层充填采矿法、浅孔房柱嗣后充填采矿法。

通过对比4种方案的优缺点及技术经济效益，得出以下结论： (1）对于矿体厚度为8～12 m、矿体较为规则的稳固区域选用中深孔分段充填采矿法，占比为40%; (2）难采及高品位区域采用上向水平分层充填采矿法，占比为45%;
(3）矿体厚度在3～5 m区域矿段选用浅孔房柱嗣后充填法，占比为15%。

参考文献
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