上向分层进路式充填采矿法生产实践及改进.pdf

2 0 0 3年 6月 第 3 2卷第 3期 有色 矿 山 No nf e r r o u s M i ne s J u n． ， 2 0 0 3 Vo 1 ． 3 2 NO． 3 上 向分层进路式充填采矿法生产实践及改进 余 磊 ， 赵 中波2 1 ． 武 山铜矿 ， 江西 瑞 昌 3 3 2 2 0 4 ； 2 ． 南方 冶金学院， 江西 赣州 3 4 1 0 0 0 [ 关键词]充填采矿法；生产实践 ； 改进 [ 摘要] 分析了上向分层进路式充填采矿法在武山铜矿使用中存在的主要问题， 介绍了矿山近年来在生产中 采取 的一系列改进措施及 改进 效果， 并就 当前仍旧存在 的问题 提出 了改进措 施。 [ 中图分类号 ]T D 8 5 3 ． 3 4 [ 文献标识 码]B [ 文章 编号 ]1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 3 0 3 0 0 0 9 0 4 Pr o d uc t i o n pr a c t i c e a n d i m pr o v e m e nt o f o v e r ha nd c ut a n d f i l l s t o p i n g YU Le i ， ZHAO Zh o ng b o 1 ． Wu s h a n C o p p e r Mi n e ，Ru i c h a n g 3 3 2 2 0 4 ，C h i n a；2 ． S o u t h I n s t i t u t e o f Me t a l l u r g y ，G a n z h o u 3 4 1 0 0 0 ， C h i n a Ke y wo r d s f i l l m i ni ng me t h o d；p r o du c t i o n pr a c t i c e；i mpr o v e me n t Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r t h e m a i n p r o b l e m s o f ov e r h a n d c u t a n d f i l l s t o p i n g i n a p pl y i n g i n W u s h a n Co p pe r M i n e a r e a n a l y s e d．The p r o d uc t i o n p r a c t i c e ，a s e r i e s o f i m p r o v i n g m e a s u r e s a n d e f f e c t s i n n e a r l y y e a r s a r e i n t r o d uc e d， f ur t he r i mpr o vi n g m e a s ur e s a r e p u t f o r wa r d． 1 前言 上向分层进路式充填采矿法是武 山铜矿现用主 要采矿方法之一， 自 1 9 9 2年投产 以来， 武 山铜矿利 用该采矿法成功开采 了近 2 5 0万 t 矿石， 产值逾 2 亿元人民币， 为矿山的发 展作出了重要贡献。但该 采矿法使用 之初 曾因充填效 果差及顶 板控制 等 问 题， 造成采场顶板 出现大面积脱落， 严重威胁现场作 业人员的安全。近年来， 通过生产技术改进 ， 采场顶 板大面积脱落 已基本得到控制， 人身安全得到保障， 指标明显提高。 2 地质概况 开采矿体属大型矽卡岩矿床， 矿体主要产于二 迭系、 三迭系灰岩 mb 与 花岗闪长斑岩株 丌 的 接触带 中， 平面上呈环状产出， 空间上膨大缩小、 分 枝复合现象 明显， 平均厚度 1 4 m， 倾角 6 0 。 ～8 0 。 。矿 [ 收稿日期] 2 0 0 3 0 4 0 4 [ 作 者简 介]余磊 1 9 6 8一 ， 江西进 贤县人 ， 采 矿工程 师 ， 主要从事 采矿技术及管理工 作。 石中等稳 固， 普氏系数 -厂 8 ～1 2 ， 矿体 内节理发育， 但不明显， 结构弱面纵横交错， 对矿体稳固性构成破 坏 ； 上盘灰岩稳固， 下盘花 岗闪长斑岩稳 固性较差， 工程揭露后易风化片落。 3 采矿方法 3 ． 1 采准工程布置 采准工程均布置在灰岩 内， 盘区沿矿体走 向布 置， 长 8 0 ～l O O m， 分层高度 3 ． 3 m， 溜矿井及泄水井 布置在盘区中央。每分段沿垂直矿体走向掘进一条 下向分层联络道 ， 水平及上 向分层联络道在下向分 层联络道上挑顶形成， 其长度即为分段巷道与矿体 间的距离。 3 ． 2 回采工艺 切割进路沿稳固的灰岩一侧从采场中央向两翼 布置， 切割进路 到位后， 由两 翼 向中央逐 条后退 回 采， 进路宽 3 ． 4 m。回采过程 中， 根据顶板稳固情况 采用充填方式减 小采 空区暴露面积进行控制地压。 采用 Y T一2 7或 7 6 5 5型气腿凿岩机凿岩， 孔深 1 ． 2 ～ 1 ． 5 m； 铵 松 腊 炸 药 爆 破，非 电 导 爆 管 起 爆 ； wJ D一1 ． 5 型电动铲运机 出矿 见图 1 。 翮 嚣垂 B 维普资讯 1 0 有色矿 山 2 0 0 3年 第 3 2卷 i 也 j 图 1 上 向分 层进路式充填 采矿法示意图 1 一中段运输巷 道 ； 2 一分段 铲 运 道 ； 3 一分 层进 路 ； 4 一泄 水 井 5 一溜矿井 ； 6 一 充填 体 4 生产 中存在的主要 问题 上向分层进路式充填采矿法具有灵活多变的特 点 矿体稳固时， 可改为区间式回采 ； 矿体不稳固时， 采用进路式回采， 使得进路回采周期短， 暴露面积易 控制， 安全可靠。单条 矿脉可开采两个作业面 ； 多条 矿脉可开采两个 以上的作业面， 以保证 生产达到设 计要求。尽管该采矿方法具有很多优点， 但在生产 过程中也出现 了很多问题 。 4 ． 1 充填质量存在的问题 充填质量存在的问题表现在充填原料 、 料浆制 作及充填工艺等多方面未达到设计要求， 直接后果 是导致充填大面积不结顶， 引起矿体脱落。 设计采用长江江砂加分级尾砂作充填料， 早期 由于尾砂分级及输送 系统未 建成， 故全部采用江砂 作充填料， 充填料浆设计浓度为 6 5 ％。设计在江砂 充填体上部 实施 0 ． 5 m 厚 的胶结层 面， 在江 砂充填 的基础上， 补充灰砂 比为 1 4的高浓度料浆来确保 充填接 顶及满 足铲运机运 行需 要。实际使用过 程 中， 由于江砂颗粒较粗， 上部胶结 充填过程 中， 料浆 中的胶结成份出现 了严重 的离析现象 ， 水泥大部分 随水流失， 胶层面达不到预期效果。为节约成本， 取 消了胶结层面。另一方 面， 由于充填站管理 上的问 题， 充填料浆浓度仅为 3 5 ％左右， 远低于设计浓度。 充填结束后， 大量的水积存在充填体 内， 充填体初期 抗压强度低， 一段时间后， 随着 充填体 内水 的排泄， 充填体面整体下沉， 下沉量约 0 ． 2 m。加之充填过程 中， 充填体面从 出料 口向周围形成 3 。 ～5 。 的 自流坡 面， 以及充填管 吊挂方式不当、 吊挂高度不到位等原 因， 使得充填体无法接顶 ， 充填体距顶板最大高度达 0 ． 6 m， 平均达 0 ． 3 m 以上， 造成充填体上部矿体处于 悬空状态。随着 回采分条的增加， 悬顶 面积越 来越 大 ， 当面积达到一定值， 剪切应力超 出顶板的抗拉强 度时， 顶板开始破坏， 由下 向上开始脱落 ， 接 顶效果 越差， 脱落越严重。间接后 果表现在顶板脱落给上 部分层的回采带来的问题 。 1 增加 了凿岩 、 爆破作业难度。脱落矿体成为 大小不等的块体， 整体处于不连续状态， 凿岩时， 极 易出现卡钎现象， 爆 破时， 爆轰气 压外泄严重， 爆 能 利用率低， 大块产生率高， 大块卸到井筒后， 经 常造 成卡斗， 放矿困难 ， 为此必须在采场 内进行二次爆破 处理大块， 作业效率低。 2 下部矿体 脱落 后， 矿体 自承能力削弱， 爆破 震动后 易诱发顶板错动， 顶板处于不稳定状态中， 现 场作业安全状况差。 3 下部充填体面高度的不一致性， 造成底板垫 矿深度不一， 而铲运机 出矿须在相对平整 的面 上运 行 ， 铲运机运行高度以上的充填体进入贫化 ， 运行高 度 以下的垫矿成为采矿损失， 贫损指标增大。 4 ． 2 顶板控制存在的问题 1 顶板控制不好原 因之一是 由于操作工 责任 心不强 、 顶眼布置不 当、 周边 眼数少、 装药量不合理 等造成 。二是由于采用 Y T一2 7型或 7 6 5 5气腿钻 机钻凿顶眼时， 操作人员高度不够， 顶 眼仰角大。在 顶板 凹凸不平的情况 下， 充填体与顶板 的相对高度 也相应变化， 造成上部分层回采贫化损失。同时， 凹 凸不平的顶板易产生浮石， 降低 作业安全度。为保 安全， 作业人 员要投入大 量 的时间进行 处理松 石。 据统计， 每次爆破后， 用于撬毛的时间平均达 1 ． 5小 时， 大大 降低了作业台效 。 2 上 向分层进路式充填采矿法投产后， 矿 山在 设计院的指导下， 曾研究试用了管缝 式锚杆 、 水泥药 卷锚杆对顶板进行维 护， 护顶效果较好。但该措 施 未得到落实。对局部不稳 固地段， 仅限于采取坑木 维护， 而在柔 充填体上部支柱架设困难， 护顶效果不 理想， 以致顶板冒落事件时有发生， 严重影响采场的 正常生产。 3 设计上每个盘 区有专用泄水井， 泄水井顺路 布设， 泄水井底 部有专用沉淀巷道 ， 生产过程 中由于 未能及时清理沉淀巷道 中的沉砂 、 矿泥， 以致泄水通 道堵塞， 泄水工程相继报废， 后期充填时， 只好改 由 维普资讯 第 3期 余磊等 上向分 层进路式充填采矿法生产实践及改进 1 1 溜矿井泄水， 采场内矿石及矸石均 由废石井下放， 造 成二次贫化。 5 改进措施 5 ． 1 充填管理 5 ． 1 ． 1 采 空 区充填 管的 固定 投产时， 采空 区内的充填管通过坑木立柱 吊挂 固定， 沿充填管 布设路线打一排立柱， 充填管绑扎在 立柱顶部。充填过程中由于料浆的高压冲击作用， 充填管绑扎部位往往发生松脱、 错动， 同时， 充填管 吊挂不平直， 移动不便。改进后， 充填管采取锚杆钢 圈吊挂固定。锚杆长 5 0 0 mm， 一端 切割好缝条， 并 备好契块， 另一端与钢圈焊接固定。充填前， 先在采 空区顶板直线布设锚杆眼， 将预先制作好的锚杆钢 圈锚入眼内， 充填管穿套在钢圈内 见图 2 。 锚杆 钢圈 A 吊挂图 B锚 杆钢豳 图 图 2 锚杆钢圈及 吊挂 示意图 实践证明， 采取锚杆钢圈吊挂充填管具有牢靠、 可操作性强及管路移动方便 的特点， 管路的可移动 性为采空区充填管路的回收及充填过程中出料 口的 调整移动创造 了条件， 可保证充填接顶 。 5 ． 1 ． 2充填 过 程控 制 控制 充填 出料 口最大服务面积， 通过采取多路 充填、 分次充填及 充填全过程监控等手段来提高充 填接顶率。规定充填出料 口最大服务面积直径 5 m， 出料 口置于顶板最高处。当采空区暴露面横向回采 垮度超过 l O m时， 要平行布置两路充填管 。充填过 程中， 操作人员对充填情况进行监控， 通过有线电话 随时与地面充填站取得联 系， 并随充填进程 向外移 动充填管。一次充填结束后 ， 充填体 内积水基本排 泄后， 视接顶效果决定是否进行二次补充， 接顶效果 不理 想时， 进行二次充填 。 5． 1 ． 3滤 水 门废 石辅 助筑 坝措 施 实践表明充填接顶效果与一次充填采空区暴露 面积有直接关系， 暴露面越 小， 充填越易控制， 接顶 效果越好。一次充填暴露面越小， 充填次数越多， 用 于充填滤水门的材料消耗 量越大 。为节约成本， 矿 山近年来采用废石构筑滤水墙， 废 石原料取 自采场， 块度 不 宜过 大， 其 中的 细粒 成份 粒 径 2 c m 达 2 0 ％以上 ， 并且均匀分布。充填前， 电动铲运机将废 石集中堆积在采空区边缘的切采进路上， 借助人工 修整成斜坡面， 斜面上部基本与顶板相接。废石 堆 内侧及周边垫塞草袋。 废 石构筑滤水墙不需坑木及竹 笆等材料， 大大 降低了充填成本。 5 ． 2 顶板管理 顶板管理 主要是从提高顶板施工质量 、 加强 松 石检查与处理及顶板冒落监控预报等方面进行。为 提高顶板平整度 ， 减少超欠挖现象， 各采场施工顶 眼 使用凿岩 台架 ； 同时， 顶眼采取 间隔装药， 实旋光 面 爆破 ； 采场 内各班次落实具体安全负责人， 负责当班 的松石检查与处理， 人员进入采场时， 采取敲帮问顶 方式检查松石 ； 另外 ， 为防止突发性顶板 冒落事件的 发生， 矿 山与设计院试验并采用了岩体声发射技术， 对采场地压进行监控、 预报。通过以上措施 ， 顶板施 工质量及安全状况有了明显改善。 5 ． 3 采场内废石利用 在下坡分层采场进路形成后 ， 场 内废石主要有 三种来源 一是转层时联络道 压顶过程中， 填充下部 进路基础上多余 的废石 ； 二是 不同矿脉之间穿插 的 掘进废石； 三是 同一矿脉 内穿插的掘进废石。针对 不同的废石来源 ， 采取了不同的处理办法 联络道 压 顶废石主要 是利用人工 及铲车 在平 整道面 的基础 上， 将多余废石转运至里面采空区充填 ； 不同矿脉间 穿插的废石通过超前挑顶方式用于采场充填 在 里 面矿体 回收结束后， 对矿脉间的废石进路挑顶， 废石 填充到下部空区， 超前形成上分层矿脉间进路 ； 同一 矿脉 间的废石进路通过合理安排开采顺序用于采场 充填 先开采无废石穿插的一端矿体， 待其回采到一 定空间后， 将另一端矿体 内穿插的掘进废石转到其 采空 区 充填 。 通过 采取上述措施， 采场 内废石全部可用于采 场充填， 解决 了单一溜井 出矿采场的二次贫化问题， 同时节省了充填料， 减少 了采场 内的废石运输、 提 升 费用。 5 ． 4 改进效果 实践证明 锚杆钢 圈吊挂充填管的技术措施， 不 仅大大改进了充填接顶效果， 改变 了采场大面积脱 落及贫损指标， 也使得采 区充填管的 回收率几乎达 到 1 0 0 ％； 滤水 门废石筑坝使得 充填材料 消耗 大大 降低 ； 场内废石就地充填， 解决 了采矿场 日常生产中 l 罄 l 瞄 I l 维普资讯 1 2 有色矿 山 2 0 0 3年 第 3 2卷 场内废石引起的二次贫化， 岩体声发 射技术的应用 成功地避免 了多起采场 冒落恶性事故的发生。这些 措施的采用使采 矿安全 生产状况好转 的同时， 各项 指标也有了明显提高 吨矿直接成本 由 7 ． 8元降为 4 ． 4元， 单个 盘 区的 生产 能 力 由投 产初 期 的 不 足 8 0 t ／ d达 到 1 3 0 t ／ d ， 贫 化、 损 失 率 分 别 由 原 来 的 1 0 ％、 1 2 ％降为 8 ％、 9 ％。 6 采矿工 艺的完善 6 ． 1 改进后存在的问题 上 向分层进路式充填采矿法的改进提高了充填 接顶率， 但 在铲运 机装矿 的贫 化、 损 失依 旧相 当严 重。①铲运机在柔性充填体表面运行时易出现轮胎 下陷、 铲砂， 从而导致充填体二次贫化。为解决这一 问题 ， 矿 山目前的做法是 在充填体上部人为留出一 部分矿作为垫层供铲运机出矿运行， 使采场大量的 采下矿石损失。②充填站料浆的制作， 基本上未进 行改造。大量的充填水进到坑 内， 严重影 响充填体 的早 期 强度， 污染 了井 下坑道 ， 增 加 了排 水 费用。 ③人员站在凿岩台架上钻凿顶眼， 存在操作不便、 安 全不可靠的弊端。④采场护顶措施的不 当， 给 日常 生产作业带来很大 的威胁。为此， 不得不缩小采空 区暴露面， 加大充填频率来降低顶板 冒落事件的发 生， 严重制约了采场生产能力的提高。 6 ． 2 建议改进措施 6 ． 2 ． 1 充填工艺的完善 充填工艺从确保料浆制作质量及实施胶结层面 两个方面来完善。完善 、 恢复充填站内供砂 、 供水计 量控制设施以及 料浆搅拌设 施。 实现料浆制作的 自 动化控制， 确保料浆达到设计浓度。 近年来， 矿 山已完善了尾砂充填工艺， 采用尾砂 或江砂与尾砂混合料充填可以有效地阻止上部的胶 结成份向下快速渗透， 防止胶结层面胶结成份 的流 失。如图 3所示， 在滤 水门上部 内侧敷设 l m 高左 右的阻水塑料布， 使得胶结 充填料 中的水份必须经 下部充填体过滤后方能流出滤水门。 少量胶结成份 随水移动滞留在非胶结充填体上， 提高非胶结 充填 体的抗压强度 ， 增强上部胶结层面的抗压性能， 同时 起到抑制相邻进路回采时充填体塌落贫化的作用。 图 3 胶结层面充填措施示意圈 6 ． 2 ． 2锚 杆护 顶 在层理发育的矿 岩中， 锚 杆是 一种很有效的护 顶手段， 尤其在柔性充填体作主料的充填采矿法中， 锚杆护顶可以有效克服 因充填体抗压性能差及充填 不接顶所带来的弊端， 起 到改善采场作业条件及安 全状况的效果。引用一批锚杆护顶设备。 采用机械 化锚杆护顶。 6 ． 2 ． 3 推 广使 用 小型 凿岩 台车 目前凿岩设备顶板控制难。 效率低， 为扩大采场 生产能力， 减少工人劳动强度 ， 对现有凿岩设备进行 更新。用小型凿岩台车替代当前的 YT一2 7型气腿 式凿岩钻机。 7 结语 矿 山采取的一系列改进措施 ， 解决 了上 向分层 进路式充填采矿法生产中出现的问题， 且措施简单 实用， 效果显著。完善后本矿采矿方法可供类似矿 山参考。但改进 措施仍旧存在局限性及 不彻底性 ， 为实现产量、 指标的进一步 突破， 发挥该采矿方法的 潜能， 需进一步改进。 上 接 第 3页 [ 参考文献 ] [ 1 ] 常 印佛 。 刘 湘 培 ， 吴言 昌等 ． 长 江 中下 游 铁铜 成 矿 带 [ M] ． 北京 地 质出版社 ， 1 9 9 1 ． [ 2 ] 唐永成 ， 吴言 昌， 储 国正 等 ． 安 徽沿 江地 区铜 金多 金属 矿床地 质[ M] ． 北京 地质 出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 3 ] 朱上庆， 黄华盛 ． 层控矿床地质学 [ M] ． 北京 冶金 工业 出版社 ， 1 9 8 6 ． [ 4 ] 王道华 ， 傅德鑫 ， 吴履 秀、 长江 中下游 区域铜 、 金 、 铁、 硫 矿床基本特征及成矿规律 [ M] ． 北京 地质 出版社， 19 87． [ 5 ] 侯德义． 找矿勘 探地质学 [ M] ． 北 京 地 质出版社， 19 8 3． 维普资讯