谦比希复杂铜矿床开采联合支护技术实践

1 前言

赞比亚谦比希铜矿是世界著名的沉积岩型矿床，1998年被中国有色集团收购，矿山现由中国有色非洲矿业有限公司经营管理。谦比希铜矿井下开采主要有主矿体和西矿体。

谦比希主西矿体突出特点水大，统计每天排水量近50 000m3，井下岩体裂隙发育、岩石较为破碎，局部地区地应力较大，地压显现给矿山安全回采带来了较大威胁，必须采取可靠支护工艺才能确保矿山安全回采。

2 矿山基本情况概述

2.1工程地质条件

谦比希主西矿体矿石储量大，矿体走向约2 000m，向下延伸超过1 000m，平均厚度约8～20m，属于中厚矿体。矿石含铜主要以硫化铜、斑铜矿等形式存在，地质品位约2.2%，矿石密度约2.7kg/m3。

矿床自下盘开始为底盘砾岩、长石石英岩、中砾岩剪切带、泥质石英岩、基底花岗岩、含矿页岩、白云质片岩板岩、石英岩底板(隔水层)、含水层。区内含矿页岩可以进一步划分为三部分，即底板片岩、泥质板岩矿体和顶盘矿化泥质板岩。岩层中发育石英、白云石、方解石脉。该层形成剪切带，斑铜矿和黄铜矿形成豆夹状的角砾，并被白云石泥质片岩包裹。

谦比希矿体和围岩硬度较大，但层理极其发育，层理面有充填蚀变矿物质，结合和黏结性差，岩体整体完整性很差，在这种大水的矿床中，水对层面胶结物有软化和水化作用，强度会进一步降低。一些含砂岩和砾岩层在有水情况下，在没有“包裹”或阻挡情况下，像泥石流一样流出。因此采矿作业之前必须进行矿床疏干，确保矿体或岩体能够处于相对稳定状态。

根据谦比希铜矿现场工程揭露和研究结果，将采区周边围岩划分为五个工程地质岩组:基底花岗岩组、长石石英岩组、矿化板岩、砾岩组、砂层。采用RMR分类标准，上述工程地质岩体分级见表1。

表1 岩体质量分级结果岩 类RQD/%JnJrJaJwSRFQ值岩体级别岩体质量基底花岗岩Ⅱ级良长石石英岩Ⅱ级良矿化板岩Ⅴ级劣砾岩Ⅴ级劣砂层Ⅴ级劣

评价结果：主要工程岩组的稳定性状况为基底花岗岩、长石石英岩Ⅱ级，稳定性良，矿化板岩、砾岩和砂层为Ⅴ级，稳定性劣，应加强支护，确保安全回采。

2.2矿山井下开采情况

谦比希矿年生产能力约200万t矿石，其中主矿体100万t，西矿体100万t，主西矿体均采用竖井和斜坡道联合开拓，主矿体中段高度200m，西矿体中段高度150m，斜坡道连接各分段巷道，分段内矿块沿矿体走向布置；井下机械化作业程度比较高，主要作业设备有凿岩台车、装药台车、大型铲运机、支护台车、湿喷台车等。

根据工程地质条件不同，井下主西矿体分为几大采区，分别采用了不同的采矿工艺方法。主要有：(1)主矿体500m中段东采区(矿体倾角30°～45°)，矿体水基本疏干，上向水平分层充填法采矿；主矿体500m中段西采区(矿体倾角45°左右)，矿体水相对疏干，无底柱分段崩落法采矿。(2)主矿体700m中段东采区(矿体倾角约60°)，矿体水基本疏干，上向水平分层充填法采矿；主矿体700m中段西采区(矿体倾角60°左右)，矿体水相对疏干，空场嗣后充填法采矿。(3)主矿体900m中段东采区(矿体倾角约80°)，矿体水相对疏干，上向水平分层充填法采矿；主矿体900m中段西采区(矿体倾角80°左右)，矿体水相对疏干，空场嗣后充填法采矿。(4)西矿体采区(矿体倾角30°左右)，矿体水相对疏干，上向水平分层充填法采矿。

3 矿山井下联合支护工程实践

3.1矿山地下开采岩石地压显现特征

谦比希矿井下采场与巷道主要破坏方式：①在结构面相对完整的岩体中，由于岩体节理切割作用，岩石失去整体性而变得松动，形成楔形体冒落；②在节理发育的软弱地层以及水侵蚀的岩体，巷道顶部存在冒落，巷道两侧片帮现象；③在层理发育的层状岩体中，上盘围岩岩体沿层理弱面发生剪切破坏或拉坏，形成局部塌落；④裂隙有砂砾岩充填物的岩石中，因充填物胶结强度差，造成局部范围垮落；⑤“十”型交叉巷道结构型的垮落。

3.2地下采矿支护方式分类及支护原理

地下开采按照支护特性主要分为刚性支护和柔性支护。

(1)刚性支护。能密贴围岩或深入到岩体内部，有效地发挥围岩自承能力，允许围岩有一定变形而不破坏，甚至同被加固的岩体作整体运动时仍能保证相当大支护抗力的支护措施。包括锚杆支护、喷射混凝土支护及喷锚(网)复合支护等。

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