冬瓜山铜矿开采技术

1.矿山简况
冬瓜山矿床是目前国内发现的埋深最大的一个铜矿床。

矿床位于狮子山矿区，属安徽铜都铜业股份公司狮子山铜矿的深部矿体。

冬瓜山铜矿床共有铜、硫、铁矿体140多个，其中主矿体1个(编号为I)，其储量占总储量的98．8％。

主矿体赋存于泥盆系上统五通组顶界和石炭系中上统层位中，位于青山背斜深部的轴部及两翼，属层控矽卡岩型大型铜矿床。

主矿体水平投影走向长18l0 m，最大宽度882m，最小宽度204m，平均宽度500 m，最大厚度100.67 m，最小厚度l.13 m，平均厚度34m，矿体走向NE35°～40°，矿体两翼分别向北西、南东倾斜，倾角最大可达30°～40°；矿体沿走向向北东侧伏，侧伏角l0°左右。

矿体埋藏较深，赋存于-690~-1007 m之间。

矿体直接顶板主要为大理岩，矿体底板主要为粉砂岩和石英闪长岩。

矿体主要为含铜磁铁矿、含铜蛇纹石和含铜矽卡岩。

主矿体乎均含铜1.0l％，含硫19 .7％，含金O．29 g ／t。

矿山设计年生产能力300万t，选用的采矿方法为“阶段空场嗣后充填采矿法”
2.矿床开采技术条件
冬瓜山1#矿体是冬瓜山矿床的主矿体，其储量占总储量的98％。

主矿体位于青山背斜的轴部，赋存于石炭系黄龙——船山组层位中，受层位控制，呈似层状产出，产状与背斜形态吻合。

矿体中部厚大、沿两翼及走向向外逐渐变薄并尖灭。

矿体走向NE35°，倾向随围岩产状分别向北西、南东倾斜，倾角缓，倾角平均20°，最大可达30°～35°。

矿体沿走向向北东侧伏，侧伏角100°左右。

矿体埋藏较深，赋存于-682～-1 000m之间。

矿体所处地段地应力高，-910m原岩应力测试点最大=38.1MPa，大于20MPa，地应力系数K>0．2，属高应力区。

矿床分布范主应力δ
1
围广，水平走向长度1810m，最大宽度882m，最小宽度204m。

矿体垂直厚度大，矿体一般厚度30~50m，最大厚度l0lm。

矿体直接顶板主要为大理岩，矿体底板主要为粉砂岩和石英闪长岩，矿体由含铜磁黄铁矿和含铜矽卡岩等构成，矿体和围岩节理均不发育，1条／m；中南大学的研究表明，矿体含铜磁铁矿、含矿矽卡岩、底板粉砂岩、石英闪长岩、顶板柄霞组大理岩均有岩爆倾向性，顶板黄龙组大理岩无岩爆倾向；矿体所处地层原岩地温高(30～39.8℃)，硫铁矿中部分胶质黄铁矿有结块和自燃发火倾向。

3.采矿方法的选择及参数优化
根据冬瓜山矿床开采技术条件和铜陵有色金属集团控制有限公司所属矿山使用大孔崩落采矿方法的经验，考虑到矿石品位以及不同生产规模所带来的不同经济效益等因素，根据《采矿方法选择的专家系统》的优化选择，选择采用高效率的盘区回采的阶段空场嗣后充填采矿法。

3．1首采区段的确定
首采区段要求矿体勘探程度高、产状稳定，冬瓜山铜矿已经完成5l线——58线的基建勘探工作。

根据基建勘探结果5l线～58线矿石品位较高，易选矿石平均地质品位Cu1.226％，难选矿石平均地质品位Cu1.009％，均高于冬瓜山全矿平均地质品位Cul.09％(易选)、CuO.92％(难选)。

高品位的难选和易选矿石可以提高出矿品位和选矿回收率，有利于矿山资金回笼和还贷。

同时，根据冬瓜山铜矿开拓工程的分布情况，基建开拓工程如中段平巷、主斜坡道等所控制的地段主要在50线～60线之间，从尽快建成投产要求看，首采区段定在50线——58线有利于采准工程的施工，有利于早投产。

因此首采区段定在50线——58线。

3．2盘区布置与结构参数优化
根据首采区段的矿岩条件及设定的采矿方法，矿床回采可分为盘区连续回采方式和盘区间暂留隔离矿柱的回采方式。

盘区连续回采方式的主要特点：将矿床按一定大小划分为盘区，盘区间不留隔离矿柱。

根据矿山设计生产规模(10000t／d)及设备要求，盘区平面尺寸一般为(100~150)m×(100~150)m，盘区可沿走向布置，也可垂直走向布置。

在盘区内划分采场，以盘区为回采单元。

盘区回采充填结束后进行下一盘区回采。

根据冬瓜山铜矿首采区段的矿体分布情况，可将矿体划分为12个盘区，盘区尺寸为150m*lOOm。

盘区间暂留隔离矿柱的回采方式的主要特点：盘区暂留隔离矿柱有利于控制地压，使盘区及采场生产沿矿体走向布置，盘区间暂留隔离矿柱，在盘区内垂直矿体走向划分采场，盘区内的采场可以采用“隔一采一”的方式进行回采，灵活机动。

盘区间暂留隔离矿柱的优点有：
(1)设置隔离矿柱有利于控制地压，可从根本上改善矿房采场回采的安全条件，实现“隔一采一”，连续推进的工艺目标。

(2)设置隔离矿柱可简化回采工艺过程，便于大规模生产的管理，有效降低生产成本。

(3)设置隔离矿柱，有利于采准工程、废石充填通道等工程的布置，可有效地提高设备的利用率，大幅度地减少采切工程量。

(4)设置隔离矿柱后，使采场回采机动灵活，有利于保持生产的稳定，而且可减少尾砂胶结充填量，降低充填成本。

通过比较，设计采用暂留隔离矿柱的盘区回采方式，盘区沿矿体走向布置，长度为矿体水平厚度，宽度为lOOm；优化采准系统，配合采准设计，将首采区段(50线——58线)划分为4个大盘区，即50线——52线盘区、52线——54线盘区、54线——56线盘区、56线——58线盘区。

采矿方法见图1。

1一凿岩硐室；2一炮孔；3一出矿巷道；4一堑沟巷道；5一出矿联络道
6一出矿进路；7一凿岩联络道；8一隔离矿柱；9一矿房(胶结充填；lO一矿柱(尾砂充填)
3.3.采矿方案选择原则
(1)采矿方法安全高效低成本。

采用大直径深孔两步回采，一次充填采矿法。

第一步回采矿房，空场使用胶结充填以保证为第二步骤回采间柱创造条件；第二步骤回采矿柱，空场采用非胶结充填以降低采矿成本。

(2)首采试验采场位置选择。

首采试验采场位置选择在52线附近，试验采场矿块与矿床整体开采规划盘区划分相吻合，即按目前盘区为150m×150m尺寸划分采场，在高度方向不划分阶段，采场高度为矿体厚度，但在目前条件下要先
采上部易选矿层，因而要对下部难选矿层采取保护措施。

(3)回采设备高效高能。

回采选用大直径深孔凿岩台车钻凿下向深孔，6m3铲运机出矿。

4.采场构成
4．1采场尺寸
根据冬瓜山矿体的埋藏特点及存在较高的原岩应力，矿体划分盘区，盘区平面尺寸为150m×150m，采场沿走向布置，使采场长轴方向大致与最大主应力方向平行。

根据开采原则及厚大矿体赋存条件，最终确定两种开采方案。

(1)方案一。

依据上述盘区划分情况，采场按暂定标准尺寸划分，采场长75m，宽15m，采场高度为矿体厚度，矿房矿柱采用相同的尺寸。

此方案的采场结构简单，
管理方便。

(2)方案二。

为降低成本，采取减少胶结充填量。

具体措施为缩小第一步骤回采宽度(矿房)，扩大第二步骤(矿柱)回采宽度，即宽、窄采场束状孔布置方案，矿房宽12m，矿柱宽18m。

实际应用中可根据生产实践作适当调整。

4.2.深井采矿方法及工艺
冬瓜山矿床深井采矿方法初步设计选定为阶段空场嗣后充填采矿法。

冬瓜山矿床为有岩爆倾向的深埋矿床，在回采顺序及工艺方面必须有利于控制岩爆。

因此，要从以下几方面采取措施。

(1)总回采顺序。

垂直矿体走向方向上，由背斜轴部向两翼推进；在沿矿体走向上由中央厚大部位向两端推进；局部遇断层和岩墙等地质弱面时，由弱面向远处推进。

(2)采用嗣后充填法开采，及时对空区进行充填，在岩爆发生前，有效控制应力集中和转移。

(3)采场沿矿体走向布置，使采场长轴方向与最大丰应力方向呈小角度相交，让采场处于较好的受力状态。

(4)采场结构布置。

采矿工艺选择尽量让人员和设备不在采场暴露面下作业。

(5)控制一次爆破矿石量，控制能量释放率。

5 深部采场充填
冬瓜山铜矿深部采场布置有穿脉运输道、凿岩硐室、充填巷道及底部结构出矿进路。

充填采场前,在采场内布置有脱水管, 底部结构及上部凿岩硐室出口需设置充填挡墙, 充填挡墙上设置有脱水管出口及按要求布置的充填观察管。

底部结构充填时,观察人员可以通过充填观察管及时掌握料浆高度变化, 由52——8# 采场底部结构充填记录分析可知, 从挡墙底部至挡墙顶部的充填时间为3~ 4 h, 充填生产能力按80~ 100 m3 /h计算, 大约充填240~ 320m3 就能够充填到一个挡墙高度位置, 当料浆充填至挡墙顶部时停止充填, 进行充填体养护, 待料浆凝结硬化后方可继续充填, 以确保充填挡墙的安全。

为了保持充填的连续性, 根据采场充填钻孔布置特点,通过各个充填钻孔换管调节来充填采场底部结构不同的部位, 20 min的换管调节时间内没有发生充填料浆堵管现象, 整个底部结构充填完毕后, 将充填管道布置在采场中部钻孔进行充填。

采场充填过程中, 充填料浆通过脱水管脱水后可以尽快凝结硬化。