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
9、2 条回采进路，两进路同步距同时回采，用 2 个出矿口构成分流结构，扩大出矿口部位的散体流动范围；同时加大采空区顶板的同步回采面积，诱导上盘围岩及时冒落，改善矿石回收条件；优化回采进路的位置与爆破参数，使崩落体残留体的总体形态与放出体的形态达到高度相符。3.2 采矿方法构成要素（1）矿 块 尺 寸。矿 块 沿 矿 体 走 向 布 置，长80100m；每个矿块分 2 个采场，长 4050m，每个采场中间布置采场联络巷与分段平巷连通。（2）分段高度。按照分段泄压、让压崩落法原理，根据矿体不同产状选取了不同的分段高度：矿岩稳固性较差的、不稳固的倾斜中厚矿体，分段高度取 10m；矿岩破碎的缓倾斜中厚矿
10、体，分段高度取 8m。4 试验采场采准与回采4.1 采准切割采用脉外无轨采准系统，即利用采区斜坡道和分段平巷，掘进采场联络道和沿脉凿岩道、切割横巷及切割井。沿脉凿岩道则根据卸压、让压以及分流出矿等不同试验方案而布置于不同部位，试验矿块采准系数 K 约为 120130m3/kt。4.2 凿岩道掘进与维护沿矿体走向布置的凿岩巷道的掘进及维护问题一直是一个亟待解决的问题，其直接影响到矿山的生产效益。加强凿岩道的支护研究是采矿方法试验研究的重要内容。针对不同的岩性，先后推广应用了光面爆破和锚杆加钢筋条网支护工艺、锚杆与长锚索联合支护工艺、树脂锚杆支护工艺，并实行短掘短支，有效地控制了巷道片帮、冒顶现象
11、。管缝锚杆直径 40mm，长2.0m，网度（1.01.2）m（1.01.2）m，梅花型布置；长锚索 4.56.0m，排距 3m，每排 34 根；树脂锚杆直径 40mm，长 2.0m，网度（1.21.2）m（1.21.5）m，局部破碎地段适当加密网度。4.3 回采试验采场的回采顺序是从采场的两端向中央后退式回采，回采工艺包括凿岩、崩矿、通风和出矿。（1）凿岩：采用 SB1354 型采矿凿岩台车在凿岩巷道内钻凿中深孔。根据卸压、让压以及导流放矿技术要求设计中深孔，炮孔参数：正常排 76mm 上向垂直扇形中深孔，双机心凿岩，炮孔排间距 2.02.2m、最大孔底距 2.52.8m；切割槽上向垂直平行中
12、深孔，孔距 1.5m，排距 1.25m。（2）崩矿：爆破切割槽形成后，以切割槽为爆破自由面后退式崩矿，每次爆破 1 排。超深卸压孔与正常排同时爆破，爆破采用粉状铵油炸药为主和乳化炸药药卷（1 个孔）为辅，即起爆弹的装药结构，NQF-100 型装药器装药；孔底、孔口双雷管起爆，排内同段或分段微差爆破。切割槽布置在每个采场两端，采用切割横巷和切割天井联合拉槽法。采场与采场之间共用 1 个切割槽。（3）通风：采区通风采用局扇通风。新鲜风流经分段平巷局扇压入采场联络道，进入工作面，工作面污风经采场联络道进入分段回风小井，经上分段局扇抽出至回风井，排入地表。采矿作业成本/（t1）矿块千吨采准比/（m3k
13、t1）炸药单耗（kgt1）延米崩矿量/（tm1）采矿损失率/%矿石贫化率/%掘进成本 凿岩成本 爆破成本 出矿成本 人工费 车间管理费用12.7190.4200.7321.5113.4551.1231300.525.2370.2625.10注：中深孔凿岩采用SB1354采矿台车，出矿为TR301、ST1010铲运机，锚杆凿岩台车为BM281型改装台车，凿岩成本中卸压炮孔为0.0143/t，爆破成本中卸压药耗为0.0581/t。表1 主要技术经济指标采场生产能力/（td1）采矿工班效率/（t工班1）中深孔凿岩效率/（m台班1）铲运机出矿效率/（t台班1）出矿期间铲运机完好率/%凿岩台车效率/（m
14、台班1）锚杆台车安装效率/（根min1）20212.6176120703.267 69（4）出矿：采场采用 TR301 或 400D 型柴油铲运机。出矿进行全过程管理：严格做到全断面均匀出矿；加强取样，严格按 1%的截止品位控制出矿。5 应用效果分析（1）分段卸压崩落法。分段卸压崩落法现场试验和地压监测表明，采用中深孔超深爆破，能够实现20%30%卸压，沿脉凿岩道稳定性能得到一定程度的改善，眉线破坏减少，回采指标有所好转。但卸压方法还有待进一步完善，以提高卸压效果。（2）分段卸压与让压组合崩落法。通过现场试验，凿岩道稳定性得到较好改善，眉线保持完好，试验采场的矿石回采率由最初的 60%提高到
15、70.26%，贫化率由30%降低到 25.1%。（3）导流放矿技术。随着分段卸压试验采场的回采，同时进行了导流放矿试验，通过控制回采炮孔的深度在上盘侧形成三角形矿柱，在下盘侧形成 23m 宽的导流口，使下盘富矿带得到较好回收，矿石损失率约降低 6%，矿石贫化率约降低 4%。（4）分流出矿分段崩落法。通过对西采区倾角20 30，水平厚度 1520m 的矿体进行的现场试验表明，该法用于开采矿岩不稳固的缓倾斜中厚矿体，比常规分段崩落法降低矿石损失 9.34%。其主要技术经济指标见表 1。6 结论试验研究表明：通过优化采场结构、实施超前卸压、让压、导流放矿、分流放矿等先进技术，成功地解决了矿岩不稳固的
16、中厚矿体崩落法采矿高损失、高贫化问题，改善了各项技术经济指标，保障了主采区采矿生产正常进行，其经济效益和社会效益非常显著。试验成功推广应用后，5 年累计采出矿石 648 万t，金属回采率达到 70.26%87.60%，矿石贫化率降至25.10%32.14%。该项目研究期间，获得直接经济效益1.76 亿美元。参考文献：1 张晋军.谦比希铜矿主矿体无底柱分段崩落法改进途径J.中国矿山工程，2009，38（5）：10-12.2 陶干强，刘振东，任凤玉，等.无底柱分段崩落法采场结构参数优化研究J.煤炭学报，2010，35（8）：1269-1272.3 余建，汪德文.高分段大间距无底柱分段崩落采矿新技术J.金属矿山，2008（3）：26-31.
