Copper Range矿现代化改造.pdf

C o p p e r R a n g e 矿现代化改造 有色矿山 编辑部 解 忠～ ． ， 噍 ⋯ ⋯铺 ⋯茼 ⋯ 曲机械化演变过程、改进状况和取得的成效。 关键词 机械化开采演变 1 概 况 美 国C o p p e r Ra n g e 矿的前 身 即白 松 铜 矿 Wh i t e P i n e ， 位于 密 执 安 州 西 南 翁托纳贡 O n t o n o g o n 县苏必利尔湖以 南 9 ． 6 k in处， 属加拿大金属公 司C o p p e r R a n g e 分公 司所有 1 9 8 5 年前系 路易西亚 纳土地与 勘探公司的 白松铜 矿分公 司所 有 o 该矿于 1 9 世 纪8 0 年代 即已 少 量 开 采， 1 9 4 2 年开始 大规模开发建设， 1 9 5 3 年正式投 产 。从 1 9 5 5 到1 9 8 8 年间共生产 出c u 金属 1 5 0 t 3 3 亿磅。白松铜矿是一个面积巨大 目 前 可采 面积 已达 4 O k m ，矿 体 较 薄 1 ． 3 ～ 4 ． 3 m，倾角平缓 S W矿 体7 ～9 。 ，NE 矿体更 缓 的较 典型的层状矿体 。 该矿建 设初 期，探深 到6 7 0 m，获 得 平 均品位为1 ． 2 0 的铜矿石1 ． O l 亿t ，现 在 基 本 已经采完， 目前的勘探深已达l O S O m，矿 石 储 量 1 ． 8 8 亿 t ，平 均 品 位 略 有 下 降 1 ． O 8 。 白松 铜矿1 9 5 3 年投产时建设一座 日产 矿 石2 5 0 0 0 t 的采选厂和一个年产精 铜8 2 0 0 0 t 的 炼厂，投产初期生产铜矿石1 8 O 0 O t ／ d ，年 处 理矿量 5 5 0 万t ， 1 9 6 8 1 9 7 5 年期间 出矿能 力 摄大，日产矿石2 5 0 0 0 t 左右，年生产能力 达 8 0 0 余万t ，以后产量逐渐减 少，保 持 在2 5 0 ～4 O O 万t ／ a 的水平。到1 9 8 3 年曾因经济萧 条 铜价疲软，减产停产过 段时间，1 9 8 5 年， 在 职工参 与股 份的 情况 下， 出加拿 大金 属公 缘 ， 挝 奉 改之 司经营重新恢复了生产，此时的每公斤铜生 产成 本也由 1 5 0 美 分下 降为 1 0 o 美分 。从1 9 8 5 1 9 8 8 年间共生产铜 金 属 I 3 i t 。其 中1 9 8 8 年度年产铜4 ． 6 万t ，银I O 0 万盎司，但 由 于 I 9 8 8 年发生了一次冒顶而使生产有所影响。 1 9 8 9 年开始进行 现代 化改造，同时恢 复了品 位较低而厚度较大构造较简单的N E 矿 的 生 产 。进入 g O 年代 以后 ，矿山开采 向深部发展 但通过技术改造，产量又有所提高，1 9 9 1 年 的实际出矿能力为5 3 0 万t ／ a 5 8 0 万s t ／ y 。 该矿采用斜井皮带运矿，平硐竖井提升 人 员材 料的开拓方 案， 目前开 采深度 已超 过 建 设初 期的勘探深度达 7 8 0 余米，皮带 总 长 已达 2 1 3 0 O m 7 1 0 0 0 吸 ，开 采 范 周 将 近 _ 4 0 km 。 白松 铜矿一直 采 用房柱 法开采 ，是美 国 地下矿 山中， 采用房柱法 开采 规模最 大、机 械 化水平展 高的 金属矿山。矿房 之间的矿柱 采用后退式方法撤柱回采并崩落顶板。6 O 年 代中期，曾试验应用过煤矿式的长壁崩落顶 板的方法进行开 采，取 得一定效果， 终因矿 岩相对 于煤矿 比较 坚硬，投有进一步推广应 用。该矿在 投产 3 O 余年以来 ， 回采 面积 已超 过 1 5 k m ，采 出矿量 1亿多吨， 贫化 率要 求 控制在 9％ 以下，损失率 则随开 采 深 度 加 大，她压增高，严格的安全要求 而 有 所 下 降，初期为 8 7 ， 目前为6 。 E t 前矿山实际分成两个彼 此独立又相 互 联系的两个 矿 NE 矿 和S W矿在 生 产， C o p p e x Ra g 。 矿现代化改造解忠 维普资讯 S W矿过去已经大量开采，夸后主要是 开 采 N E 矿。1 9 9 2 年计划产量的5 5 产 自N E 矿。 NE 矿 的品位 比S W矿低 ，但 地质条件更 均 匀 简单 ，断 层和构造 少，倾角也缓， 允许 回采 高度 较大，更 易实现机械化开采 。为 提高劳 动生产率，公司在1 9 8 9 年，用7 0 0 万美 元 购 置新 设备 ， 1 9 9 0 年又补 充投资9 0 0 万美元 购买 新 设备和试 用新工艺，使地 下矿的生产成本 降低了2 O ～3 O ， 劳动生产率提高了2 0 同时，也进行了选厂的现代化改造。 2 地质简况 铜矿体赋存于基维诺 彭尼苏拉 Ke w e e n a w P e n i s u l a 页岩层底部的农萨奇 N o n e 。 u e h 页岩层中，其下部的基岩 为 珂 柏 哈 伯 C o p p e r Ha r b o r 砂砾岩 。彭尼苏 拉 页 岩是一组发育的灰色层次分明的粉砂岩和页 岩。在白松地区，只有彭尼苏拉页岩的最下 部和珂柏哈伯砂砾岩的最 上部砂岩接触处才 含钢。矿物 主要是 硫化矿 以辉 铜矿为主，含 少量自然铜，成极细粒散布于岩石中，矿石 中还拌生有微量银。其地层由下向上的顺序 依 次为 ；下部砂岩，平 均1 ． 6 m厚 的 下 部 页 岩含矿 层，O ． 6 1 ] 1 1 含矿少 的页 岩 层j 1 ． 3 5 r a 不含矿的上部砂岩层 再上则为 均 匀 的 厚 1 8 0 1 5 0 0 m上部层状页岩 层 。如 图 示 。矿 体倾角S W矿7 ～9 。 ，N E 矿4 ～5 。 ，在构造方 面S W矿存有无数小断层，构造节理也 比 较 发育面N E 矿则简单均匀，断层节 理 少。矿 层无铡限抗压强度约为 1 5 0 MP a 3 0 0 0 0 磅／ 昵 ， 比较坚硬，但开 采暴 露在湿 空 气 以 后，风化较快，强度可降低一半。 3 O 余年来的开采表 明，矿体深部及外围 的范围不断发展，特别是证明N E 矿体 的 存 在 。 目前 实际可 采范 围已由初期 的 1 6 k r a 扩 大到 0 k in。 的范 围。 3 机械化回采 的演变 白松铜矿 自1 9 5 3 年投产 以来，一 直采 用 Co p pe r Ra n g e 白松铜矿 地质 柱状 示意图 1 一珂柏哈伯下邦砂岩 2 一下部页岩古矿层 含 矿少的页岩 层；4 一上部砂岩 ；5 一 上部贾岩舍矿屠 ；6 一 厚 禺 页岩 房柱法开采，根据矿床的赋存和开采技术条 件，采 用上 下部页岩矿 层合采 f u l l c o l u ra n 或上、下层矿分采的方法，开 采 矿 层 高度从1 ． 3 ～2 ． 6 ～4 ． 3 m，S W矿断层节理 发 育，允许回采高2 ． 6 r a ，N E 矿构造比较 简 单 均匀 ，回采高 可达 4 ． 3 m， 矿柱 回采采用后 退 式撤柱崩落顶板 的 方 法。C o p p e r R a n g e 始 终具有很高的机械化水平，5 O 年代，采用风 动凿岩设备凿岩，铵油炸药装药爆破，涨壳 式锚杆支护，在矿石经二次破碎到一定块度 后用J 。 y HR 一1 8 型蟹爪式装载机以每小时 6～ 8 t 的速度卸 至每一采 区的振动放 矿 机 矿仓入悬吊式平巷运输机把矿石运至井下颚 式破碎站破碎至一2 0 0 mm矿石后再经斜井皮 带运至地表选厂中心矿仓，带式运输机总长 1 0 余k m ，运 输 能 力2 0 0 0 t ／h ，总 功 率 达 6 7 1 4 k W 9 0 0 0 马力 。当时的运输 成 本 平 均为 1 ． 7 美元 t k in，运输机 的全部设备 采用滑撬式的，可保 证设备能快速移动而不 受损 坏。 随着 前进式工作 线的高速推进 ，出矿运 输系统也耍不断延 伸，1 9 6 5 年 开 始，改 用 2 4 t 梭式矿车与带式运输机联合 系 统，矿石 不 经二次破 碎就运入颚 式破 碎站，可 阻提高 劳动生产率。 一 5 0 一 有色矿山一1 9 9 4 l ～ ／ 维普资讯 1 9 7 2 年超，开始运用 无 轨 系 统，采用 3 ． 8 m 。 铲运机替代蟹爪式装载机，同 时，梭 式矿车 逐渐为卡车所取代 。树脂 锚杆 替代 了 涨壳式锚 杆。当运距小 于1 8 O m时，铲 运 机 直接装运 矿石 至卸载 站卸矿 ， 运距超 过1 8 0 m 时。铲 运机配合 卡车 联合运输， 每一采区的 开采长度 约为3 0 0 m。此时，在 回栗 工 作 区 的 卸载 站，开发并增 设了S t a ml e r 给料 破 碎 机， 回采工作 面的矿石 经铲 运机或 卡车装 运 卸入给料 破碎机 矿仓。 首先 经S t a ml e r 的 初 步破碎后再卸入运输皮带，这一改造，可使 运输 系统 的灵活性 大大增加， 同刚 减少了皮 带设施的维修量 和降低 了成本 ，其 缺 点是初 期 的投资较大 。 S t a ml e r 是 以一个 制造 厂 名 称 命 名 的 这种 设备是专为地 下低 短矿 山的开 采设 计使用的，它的机身短小，安装简便，移动 迅速和操作灵活，安装高 度 为4 ． 6 m ，比 颚 式 破碎机 最小的 需要量 小得多 ，一 般不用或 只 许少量开 挖就能安装 。轮式给料破 碎机 具 有 拖曳装置 和柴油发动机 ，可沿工作 面和 运 输 干线快速移动 。 1 9 8 9 年 开始 ，Co p p e r Ra n g e 在 生 产 上 的变化主要是想取消卡车运输，改用较大型 的柴油铲运 机 用 6 的铲运 机替 代3 ． 8 m 直 接把 矿石 装运卸 至S t a ml e r 给料 破碎 机 并 把工作面到给料破碎机的平均 运 距 从2 8 5 m 降至 2 2 5 m。为 了把矿石爆 破成 能适 应 可 直 接装 运的破碎块度， 改善 了爆 破质 量，研究 改用V 形掏槽为一种娄平行掏槽的改进型 掏 栖法，并采用光面爆破或周 边爆破技术。掏 槽孔 的 直 径 为5 0 1 0 0 ram，外 围 孔 直 径 4 8 ram，有 6个顶板孔 ， 6个底部水平 孔， 顶板孔中有 3个采 用间隔装药 ，铵 油炸药爆 破。这种炮孔布置 改善 了爆破质量 ，使一 次 爆破的进尺得以提高，爆破的飞石少，块度 好，可使给料破碎机的维修量和瀑破成章均 降低5 0 。 C o p p e r Ra n g e 矿的运输系统有 些 与 煤 矿相似，但是给科破碎机的规格要大些．术 可能把它直接锚圊于底板，安装建设也比煤 矿的要复 杂得多。通 常需 开挖底 板，施工钢 结构基础 ，然后把给料 破碎机锚 固于钢 绪构 基础 上，一 个典型 的给 料破碎机 的移动时间 包 括开 挖与打基础时间在 内 需要 6 0 d ，近来 ， Co p p e r Ra n g e 采 用顼板开 挖的方 法 ，可 以 把移 设安装 的总时间 降至3 0 d 。 其它的机械忧设施水平 盥有很大提高。 早在 7 0 年代 开始， 白松 锕矿就提 出，欲 将风 动 凿岩 政用 电动液压凿岩 ，但在 当时 ，存在 利用旧有设备以节省投资的思想，而使风动 凿 岩一直 未能 取消 ，直 到 1 9 9 2 年， C o p p e r Ra n g e 才 决心停 用风动设备 除 部分 矿柱 回 果区外。风动凿岩 虽然维修量较小但生产 成本高，且A t l a s 和T a mr o c k 的液压凿岩设备 均可用柴油设备拖动，灵活 性 大，利 用 率 高，可 以大大提高劳动 生产 率 。现在 ， 每个 回采 区 均 配 有 一 台A t l a s C o p c o RS 2 3 2 或 T a mr o c k P a r a ma t i e 液 压凿岩 台车，一 台装 药车和一台S e c o m a 锚杆 台 车，一台s T 一8 B 铲运 机。开拓采 准与 回采 工 作 的 凿 岩 ，装 药 、爆 破 、装运 ，撬 毛和锚 杆等六道工序 叠 部 改造更 新了设备 ，在 装 矿 一次 与锚杆 二次前均需进行撬毛以尽力减少安全事 故，要保持在装矿或锚杆时的2 4 h 2 [ 作 时 间 内在 非锚杆 处不能有任 何岩层 滑落。 凿岩和锚杆设备是专为适用于白橙铜矿 制造的更低短型的电力液压凿岩台车和 锚 杆设备 。 上述锚杆 台车有 三 种 型 号 P l u t o n 一 2 6 ，2 7 和3 0 。设 计成 中心 固定不动，可在 锚 杆旋转到规定角度的位置耐留在孔内，在喷 射树脂时不再活动。锚 杆台车共有 9个 自动 储存的送杆装置，可用以连续安 装 所 需 的 1 ． 8 m长的锚杆。但是这种锚杆台车 安 装 锚 杆的使用范 围还受 到 限止 。只能 在 S W矿 开 采的顶板高 8 ． 5 范围 内应 用。 Co p pe r Ra D ge 矿 现 忾化改 造一解 忠 一 5l 一 维普资讯 4 其它改革情况 长期 以来，Co p p e r Ra n g e 矿一直 是 在 进行着 新设备新技术工 艺的生产 试验 研究， 只是某 些试验和想法未能 实现， 例如 滚轮架 线式有 轨 卡 车 运 输 系 统 D a s h e v e y o r S y s t e m等 项 目。C o p p e r Ra n g e 也是 首 先 申请并应用树 脂锚杆的美 国硬岩 有 色 金 属 矿。 瓦格纳 也在这里 最先试验应 用可伸缩 式 的后卸式卡车和铲 运机 。 目前，Co p p e r R a n g e 矿 的主要现 代 化 改造工 程 已经 基本完成 ，除 上述工作外 ，还 在 该矿 建立了手持 式收 发报两用的 无线机系 统 。 以解决矿区 内工作 面之间的水平距 离较 大 、运输 距离特长通讯联络不方便 不及时的 矛盾 。在试 用过程 中‘ ，积极研 究 解 决 了 防 爆 、引发早爆 、控制、监 督等 问题 。正在开 发 的一种专为Co p p e r R a n g e 使 用的维 修 计 划系统和预 润滑系统软件 以满足 矿山的实际 维修 需要 。同时 。在 改善工作 队 的 精 神 面 貌 、工作 态度 和提 高 效 率 方 面，C o p p e r Ra n g e 也作 了 巨大 努力 ，它们从通用程 序 公 司 U S C 购进 了一套分析 技术软件， 可 以 分析今 后的工作 状况 ，提供使矿工们获得 奖 金及其 它物质方 面的办法 。改善班与班之间 或 矿工与矿工之 间的通讯联络 ，反映矿工们 彼此使用 的各种新 技术和新 设备 及其提高效 率的情况。报道引进新 设备 新技术在 应用过 程 中碰到的 问题，并 可分 析研究， 提出改进 意见 。使用US C以后。劳动生产 率 有 了 提 高 ，最 好的情况可 提高 l 5 ～2 0 t ／ 人 班 。取得 了管理 部门和矿工 们的信任 。 目前， C o p p e r Ra n g e 的所有管理 部门都 已配 备有U S C 的 系 统 ，取 消 了 “ 监 工 和 “ 工 头 ” 。 在 品位 控制 方面， 白松铜矿 制定 了一 项 专 门的品位 要求，从多方 面进行 品位 控制 计 算机 模拟计算的地质储量 ，其 品位 误差不 得大 于 5％J 回呆时要考虑 贫化和粉 矿损 失两项参数并采用最新的E S O P 程序进 行 品 位 控制’要 求的入选铜 矿品位不能低 于l 。 为 控制品位， 目前 的回采工作 ，通常采用两 种方 法j一种 是 上下 部矿 层台采 ，这 主要用 于地质条件较均匀简单的N E 矿，台采 以 后 的品位较 低但 由于采高达4 ． 3 m，可 以 采 用 更先进的机 械化 开采 ，劳动生产 率和产量较 高J另一种 只开采 品位较 高的 上层 矿脉， 脉 厚 平均只有1 ． 2 m，最大 2 ． 8 5 m。 5 选厂现代化 选厂在 i 9 9 1 年末 基本 完成现代化 改造 工 作 。在 考虑 了在 极细矿石 条件下 经常 出现的 问题 后，将 3段磨 矿 改为 4段磨 矿，用最 现 代化的 6 6 0 mm 2 6 对 的一 对旋流器替 换了 过去一组 6台 0 8 mm的 老式 旋流器J并取 消 了二段 再磨 循 环。C o p p e r R a n g e 还采 用 4 台 直 径2 ． 4 m高1 2 ． B m的Di e s t e r 浮 选柱 替 代 了 过去的一 系列5 0 台老式的 浮选槽 。并在 浮选 柱和绘料系统 的控制方 面采 用超 声波 控制器 和空气淘析系统，同时改进了衬板的材质， 使球磨 机 衬板寿命 达到4 6 0 万 t ， 比过 去的磨 耗寿命增加 了一倍 。 选厂改造 的投 资相对来讲是 比较小 的， 但可 以减 少维护工作量和 改善 品 位 控 制 条 件。 同时 ，选厂 的处理量 也 增 加 了 2 0 ～ 3 0 ，还 将有 更进一 步的提高。 参考资料 1．St eve Fl s c or． I m prove s Pr oduc t i vi t v a nd l oer co s t s t o m ee t t he c hal l enge s 0 f mi Ⅱi ng i ／ 1 Th e 9 0 s E ／ M J．Fe br u a r y 1 9 9 2． 2 9 2 7． ． Ri chard W ．Phe l ps．Copp c r Range ] a s t a1 l Unde rground Copper m i ner i n t h e U． S． A．E ／ MJ ，J a nu a r v 1 9 9 0 ．c 4 7 一c 5 2 ． 3 ． L． R．Fl e t c h e r 等 ．诧 德贵译 ． 自格 地下矿 的超 爆控 制 ． 国外 盘属矿 ．1 0 9 1 ． 4 ；3 9 4 2 ． 4 长 沙矿 山研 究 ． 白稔 铜矿 ． 匡外采 矿 ，】 9 9 2 ． 4 【 4 ～ 】 8 5 长 沙矿 山研 究院 ． 自橙 钙矿 ． 肚界矿 山姆要 ， 9 8 8 ． 一 5 2 一 有色矿山 】 9 9 4 ． 1 维普资讯