紫金山金矿采空区处理技术研究.pdf

2 0 0 2年 2月 第 3 1卷第 1期 有色矿 山 Non f e r r ou s M i ne s Fe b． ， 2 0 02 Vo 1 ． 31 NO． 1 紫金 山金矿采空区处理技术研究 刘献华 紫金矿业 股份有 限公司。 福建 上杭 3 6 4 2 0 0 [ 关键词 】采 空区处理 ； 硐室爆 破 ；卸压连 通 ；岩移控制 [ 摘要 ]阐明了地下采 空区的赋存 特征和 围岩稳 定性 变化 的基 本规律 ； 进行 了采空 区处理方法 的研究论证 和 比较选择 ； 重 点提 出了双层双 侧硐室爆破 和崩柱 卸压 的技 术关键 ； 总结 了采空 区处 理的成功经 验 。 [ 中图分类号]T D 8 5 3 ． 3 9 1 ． 2 [ 文献标识码]B [ 文章编号]1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 2 0 1 0 0 2 0 0 3 T e c h n i c a l r e s e a r c h o f g o a f d i s p o s a l i n Z i j i n s h a n Go l d Mi n e LI U Xi a n hu a Z i j i n Mi n i n g I n d u s t r y Gr o u p Lt d．C o． ，S h a n g h a n g 3 6 4 2 0 0，C h i n a Ke y wo r d sg oa l di s p os a l ；c ha mb e r bl a s t i n g；de s t r e s s i n g c on ne c t i o n；s t r a t a c o n t r o l Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ，t h e b a s i c c h a n g i n g p r i n c i p l e o f c o u n t r y r o c k s t a b i l i t y a n d h o s t c h a r a c t e r s o f u n d e r g r o u n d mi ne d o u t a r e a a r e e l a b o r a t e d，r e s e a r c h p r o of i ng a n d s e l e c t i o n o f g o a l d i s po s a l me t ho d a r e c a r r i e d o ut ．Th e t e c h n i c a l k e y o f d o u b l e l a y e r a n d s i d e g o a f b l a s t i n g a n d p i l l a r c a v i n g a r e p u t f o r wa r d s t r e s s l y ，a n d s u c c e s s e x p e r i e n c e s o f g o a l d i s po s a l a r e s u mm a r i z e d． 1 前言 紫金 山金矿属 福建 紫金矿业 股份 有限公 司所 辖 。1 9 9 3年组 织开采并 取得 了地 质勘探 和矿 床开 发的巨大成就。使一个原批 准工业储量仅 有 5 ． 0 5 t 金属量 的小型金矿床， 成为可利用金矿 资源超百 吨的大型岩金矿床。 矿 山 1 9 9 9年产金量突破了 3 t ， 成为年单产黄金 全国第一的矿 山。2 0 0 0年采矿 量高达 5 5 5 ． 4万 t ， 并在入选矿石平均 品位 只有 0 ． 9 6 g ／ t的条 件下 ， 黄 金年产超过 4 t 。 紫金 山金矿 生产规模 日益扩大， 地下开采 的生 产能力 已超过 7 0 0 0 t ／ d 。 由于 大量 开采， 采 空 区体 积 日趋增加。根据 1 9 9 9年的不完全统计， 紫金 山金 矿的采空 区体积为 2 2 0万 m0 。采空 区规模如不 及 时有效控制， 就可 能 出现岩 移性 灾 害， 危及 生 产安 全。为了加快地下开采 向露天开采转化 的速 度， 消 除大面积岩移活动危 害， 确保矿 山生产安全稳 定发 [ 收稿 日期 】 2 0 0 1 1 0 1 8 [ 作 者简介 】刘献 华 1 9 5 6 一 ， 男 ， 工程师 ， 生 产副矿长 。 展， 在 1 9 9 8年进行 了采空区处理技术攻关 。经过近 两年的试验工作， 采空 区处理研 究获得成功和 显著 的社会与经济效益 。 2 矿 山概况 2 ． 1 矿山地质概况 紫金山金矿矿 床是一个特大型岩金矿床。矿床 属于次火 山热液金属硫化物次生富集金的成矿 类型。矿体产于潜 水面以上 的氧化带 中， 平面分布 范围为 1 5 ～1 2勘探 线， 长 6 0 0 m， 宽 4 0 m， 赋存海拔 标高 5 0 8 ～1 0 1 6 m， 总体走向 NW， 倾向 NE ， 倾角 4 0 。 ～ 5 0 。 ； 垂直方 向上呈现 S W 低、 NE高的趋 势， 与地 形特征大致 吻合。矿体 自 S W 向 N E顺序分布有 0 、 1 、 2号矿 带， 分 别 占总储 量 的 3 2 ． 5 8 ％、 4 5 ． 6 2 ％和 1 9 ． 7 5 ％。矿 区内 NE和 N W 向的两组节理 裂隙构 造十分发育， 互相交切， 遍及全矿。 矿 区内岩石以坚硬半坚硬块状岩类为主。其结 构类 型 多见块状 、 镶嵌 、 碎 裂结构 ， 少 量散体 结构。 岩性有随深增加， 风化作用减 弱， 面 裂隙减少， 强 度 增大 的渐变关 系。 矿体 围岩 主要 有中细粒 花岗岩、 隐爆 角砾岩和 维普资讯 第 1 期 刘献华 紫金 山金矿采空区处理技术研究 2 1 英安玢 岩， 强度中等， 顶底板 围岩的原始稳固性属 中 等程度。现场情况表 明， 矿 区位于沟谷强 烈剥 蚀的 陡峭地形之 中， 矿床赋存于潜水面以上， 矿山开采 中 基本上不受构造应 力影响， 自重 应力场起 着对 岩体 开挖变形、 破坏 的控制作用。 矿区水文地质条件简单， 地表无大水体， 大气降 水是矿床充水的主要来源 。 2 ． 2 矿山开采概况 紫金 山金矿于 1 9 9 3年开始开采， 矿床开拓为平 硐溜井联合系统， 采矿方法 主要 有 留矿房柱法 和不 规则空场法等。矿 山经过 三期技术改造后 ， 生产能 力迅速 提高， 1 9 9 9年 的井 下 出矿 岩 量最 高可达 1 万 t ／ d ， 平均 为 5 0 0 0 ～6 0 0 0 t ／ d 。地 下开 采时共 开 采 1 1 个中段 ， 其标高范 围在 6 7 0 ～9 1 0 m。 根据 矿山的发展需要， 紫金 山金矿 的开采方式 从 2 0 0 0年 开始 全面 由坑 采转 为露采 ． 当年 创利 润 8 5 0 0万元 。 2 ． 3 矿 山岩移地压活动概况 紫金山金矿在 2 0 0 0年前 的 7年中， 地下开采的 出矿 岩 量逐年增长， 仅 1 9 9 9年就达到 2 2 6 ． 8万 t 。 由于开采规模 的不断扩大， 采空 区明显增大 。这些 空区集中分布在 2～5勘探 线之 间。随着开采及 多 因素的影响， 在近地表处且岩性较差 的采空区顶板， 容易变形开裂或弯 曲下沉甚至垮塌， 产生局部 陷坑 式“ 天窗” 。这种坍塌式 的岩移地压活动发展趋势与 NW 向节理裂隙容矿构造带往深部的延深方向基本 一 致， 不利于采矿工程的稳定维护。 3 采空区围岩的稳定性分析 3 ． 1 采空区状况 在矿床开采初期 ， 由于规划设计不到位， 采矿方 法不正规， 采掘作业随意性较大， 出现过 见矿就采和 采富弃贫的情况 。矿 山开采形成了大量空 区， 这些 空 区在中段平面上的投影呈蜂窝状 ， 经调查分析后， 基本掌握 了采空区的特征。 1 复杂性 对采空 区体积 、 空 区顶板边 界、 上 下中段连通 口的点位情 况、 历史暗空 区 硐 情况 以 及地质构造引起的破坏程度不清。 2 特定性 多中段同时开采 ； 采矿方法和 回采 顺序难于达到正规化 ； 矿柱的 留设有 的缺 乏技术标 准， 采矿上 山随矿而定。 3 规律性 采空区顶板高差变化悬殊 ； 空 区的 总体走 向与矿体一致 ； 空区分布集中在 2 ～5勘探线 间； 上下 中段连通 口无矿石流动现象。 3 ． 2 采空区稳定性分析 调查分析认为， 因矿体 赋存于谷沟剥蚀的地形 之 中， 地质构造影响少， 加上开采作业位于山体的较 浅部位 ， 不存在残余构造应 力对采矿工程 的直接破 坏影响。坑 内所见没有矿柱剥皮及围岩爆裂等高度 应力集中释放所产生的破坏现象。上下中段 的采通 口岩体完整性较好 ， 空区顶板 的完整性 多数较好， 无 明显塌落 、 冒顶情况 。 上述情 况表 明， 采 空区 的整体 状况 是较 好 的。 围岩基本稳定， 矿柱支撑作用良好。局部的 冒落、 坍 塌现象是受多因素影响使岩体强 度下降， 属 于失稳 导致 的一种 自重 坠落。近地表的泥质岩土在外力作 用下， 出现的松脱性 塌落情况 与空 区整体性 失稳 岩 移有本质差别。由于 现存空 区稳 定性 良好， 坑 内大 面积岩移条件不 充分， 矿 区岩 移性地 压危害可能性 较 小 。 4 采 空 区处理技术 研究 地 下 开 采 空 区 处理 工 作 ， 是 矿 山 生 产继 采 矿 方 法、 回采工艺之后的工序， 也是矿 山闭坑或转型前 的 收尾工作。采空区处理技术要求高 、 难度大， 一直是 矿山岩石力学研究的重要 内容。依据矿床赋存条件 及开采工艺等 的不 同， 采空 区处理 的技术方法也 是 各异。研究认 为， 不论何种技术方法， 都是为了改善 围岩应力分布状态， 减少应力集 中、 阻止岩体超量变 形、 控制岩移幅度等等， 达到消除空区隐患及避免灾 害， 能够安全的生产。紫金 山金矿 的采空 区处理效 果显著， 促进了生产发展。 4 ． 1 采空区处理的技术思路 本着因地制宜， 简单易行 ， 经济有效的原则。通 过强制崩落法， 达 到崩柱破顶， 连通卸压 ， 控制岩 移 的 目的。使地表陷坑及应力集中区围岩得到充分移 动垮落， 空区充实， 最大限度地消除空区。实施现场 监测处理 ， 并通过试验 与研究来提高 采空 区处理 的 各项技术工作。 4 ． 2 采空区处理方法 金属矿 山的采空区处理方 法较多， 对较 为适 用 本矿的方法进行全面类 比和综合分析， 特别考虑 由 地下转 型为露天开采 的过 渡与衔接 问题 ， 最后确 定 采取强制崩落法来进行采空区处理。 1 紫金 山金矿选 用强制崩落法 处理 采空区， 主要考虑 了如下适用条件 ①地表允许陷落 ； ②利于 维普资讯 2 2 有 色 矿 山 2 0 0 2年 第 3 1卷 由地下 向露天开采转 型与衔接过 渡 ； ③基本 上不影 响正常生产， 极短时间可实旋空 区处理 ； ④成本低廉 经济效益显著 ； ⑤岩移充分， 对 围岩稳定控制效果明 显 。 2 强制崩落 法处理 空区的实 质 强制崩 落法 其实质是采用爆破手段 炸掉二次应力高度集中的承 压矿柱 ， 让 采空 区的顶底板失去支撑， 使岩移发展至 地表， 达到卸压充填空区的效果 。 3 强制崩 落法处理 空区的实旋 技术要求 ① 确定二次应力集 中矿柱 为强制崩 落的爆 破点位， 以 老塌陷坑 区为中心， 以软 弱结构面 为突破 口进 行设 计旋工 ； ②采用单层双侧 和双层双侧 的硐 室布置方 式进行爆破 ； ③运用微 差以及非 电为主 的联合线路 起爆技术 ； ④爆 破设计与 参数选 择， 防止悬顶现象 ； ⑤加强现场监测及时总结经验 。 4 ． 3 采空 区处理 实施方案确定 根据 采空区处理的整体要求， 提 出分 阶段进 行 空区处理的三 个实旋方案。 I方案 在矿 区范 围内 自上而下 ， 划分 为三 个阶段， 先 后实旋， 处理 空 区。 把 8 0 0 m 标高 以上 范 围划 为第一 阶段 ； 7 6 0～8 0 0 m 标高为第二阶段 ； 7 0 0 ～7 6 0 m 标高为第三阶段。 Ⅱ 方案 将矿区范 围内 7 8 0 m 标高 以上范 围划 为第一 阶段 ； 7 8 0 ～7 0 0 m 标高为第二阶段。 Ⅲ方案 在矿 区 范 围内 自上而下， 即从 7 0 0 ～8 0 0 m标高 范围实埯一 次性崩柱破顶处理空区。采空区处理三个方 案的 比 较 内容见表 1 。 表 1 采空区处理三个实施方案比较 通过三个实旋方 案的优缺点 比较， 综 合考虑认 为， Ⅱ方案的优点较 为突出。该方案既能处理空 区， 消除隐患， 还可以为第二 阶段 的采空区处理积 累经 验， 并可 利用 7 0 0 m 中段 的 出矿 条 件， 及 时 大 量 出 矿， 创造更好效果。 4 ． 4 双层双侧硐室爆破设计 在爆破设计 中， 根据采空区赋存情况， 应用爆破 理论和以前的经验总结 ， 选择双层双侧硐 室爆破 的 方式 实旋采空区处理， 达到崩柱破顶穿底 、 卸压连通 和岩移充分 的效果 。7 0 0 m 中段 1号 矿柱爆破双层 双侧硐室布设平面示意图见图 1 所示。 5 采空区处理效果评价 紫金 山金矿 采空区处理 先后共进行 了三次， 效 果十分 明显， 达到 了预期 目的。1 9 9 9年 1月 2 3日 采空 区处理硐室大爆破 ， 这次爆 破后， 经矿 山技术 人 员组成的联合调查组认 为是效果最好的一次。 1 采用强制崩落法处理空区后，上下各 中段 l a 回3 0 7 天井叵 ] 爆 破硐审[ 堵塞 通 行遭 图 l 7 0 0 m中段 l 号 矿柱爆破双层硐室布设平 面示 意图 a 上层硐室平面 示意图 ； b 下层硐 室平面示意 图 采空 区基本连通直至地表 ； 2 采空 区因其顶板垮落 塌实而 充填 充分， 各 采矿上山斜 口矿石 堆积， 6 7 0 、 7 0 0 m 中段从 1 ～5勘 探线的空区塌陷矿石最多。其中， 6 7 0 m 中段以上的 可见矿石量就有 4 0多万吨可供利用。 3 岩移充分波及范围广。7 2 0～7 3 0 m波及到 以 1 勘探线为中心辐射 的 2 ～5勘探线 ； 7 6 0 m 中段 岩移范围在 3 ～5勘探线 ， 5勘探线显著往北推进 。 下转 第 4 3页 维普资讯 第 1期 邱景平等 开放经济条件下中国有色金属行业的结构调整思路 4 3 剩余生产能力的国际流动 与配置， 从全球 引进我 国 经济发展所需的稀缺 生产要素， 主动参与国际分工、 增强企业跨 国生产投 资和 国际 生产 体 系中的竞 争 力。所以我国的有色企业 应当具有全球化 的眼光， 在世界地 图上寻求最佳厂址 实现全球一体化生产进 而推动我国有色金属行业的结构调 整。我国某些矿 产资源稀缺的领域。 应当寻求利用海 外资源。 比如 我国的铜业企业 可与智利方面 加强 合作， 直接 到智 利投资生产。 利用 他们铜 资源丰富 的优 势。但是 现 在中国企业海外 投资的审批管理程序 比较烦琐， 所 以应当采取以下措 施 ①首先 向国 内企业进一步 下 放海外投资权， 切实简化审批程序， 以免错过投资机 会 ； ②为企业海外直接投资提供保险。 以增强企业 的 抗风险能力。 5 加入 wTO后， 中国的有色金属行业应 当更 积极地利用外资， 引进 国际一流公 司的技 术和管理 经验 ， 促进我国优势领域和优势企业的发展。 从而带 动有色金属行业的结构调整。最近铝工业在这方面 迈 出可喜的一步， 中国铝业股份有限公 司与美国铝 业公司签署就 中国铝业境外上市首次公开发行交换 战略投资者购股协议、 签 署设 立平果铝 中外合 资企 业协议并签署谅解备 忘录。通过 这些协议的 实施 。 可以增强中铝公 司的国际竞 争力。因为从规模、 实 力来看， 国际上拥有 年产 1 0 0万 t 以上 的氧化 铝厂 2 O家 ， 而中铝公司 只有 山西铝厂一 家达到 1 0 0万 t 的生产能力。所 以只有通过境外上市 。 到国际 资本 市场融资。 谋求企业 发展的后劲并 切实转换 中铝公 司的经营机制。 把 中铝公司建成一个 具有较强控制 力、 影响力和竞 争力的世界 一流公司。在签署协议 时。 美铝国际 亚洲 有限公司承诺 中铝股票海外发 行时， 美铝将认购发行后 总股本 的 8 ％并 且在 3 O个 月内不出售中铝的股份， 因为美铝对 中铝的未来 充 满信心。还有 中铝 和美铝 各 出资 5 O ％设 立平 果铝 合资企业 ， 其 中中铝公 司以其平果铝现有资产出资、 其董事将出任合 资企 业的董事长、。 美铝公 司将 以美 元现金 出资、 其董事将 出任合资企业 的总经理。合 资企业将实施美铝公 司的管理和技术方 案。 从 而提 升平 果 铝 的运 营效 率 。2 0 0 1年 1 2月 1 1日和 1 2 日， 中铝公司分别在纽约和香港成功上市。 筹集资金 4 ． 5 2亿美元 ， 这将对中铝公司未来的发展起到极大 的促进作用 ， 从而促进中铝公司的结构调整。 实现产 品的升级换代。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 梁 小民 ． 高级西方 经济学 [ M] ． 北 京 北京 大 学 出版社， 1 996． [ 2 ] 薛荣久 ． 国际贸 易 [ M] ． 北 京 对 外 经济 贸 易大 学 出版 社 。 1 9 9 7 ． [ 3 ] 胥和平 ． WT O与中国产业重组[ M] ． 广州 广东旅游出 版社 ． 2 0 0 0 ． [ 4 ] 王 中隗． 股 票投 资红 皮 书 中国 高科 技股 票 投 资分 析 [ M] ． 海 口 海南 出版社 ， 2 0 0 0 ． 上接 第 2 2页 7 8 0 m 中段 穿 脉 3 0 5天 井南约 4 0 m 处坑 内巷 道开 裂， 空区被塌陷矿石 充填程度 高。通过经 纬仪实测 确定地表岩移范 围从原来的 5个陷落坑合计面积为 1 1 9 2 0 m 扩大 至 3 4 3 9 0 m ， 增 界面 积 幅度 近 3倍。 岩移从地表波及至最低的 6 7 0 m 中段的范围 内井下 的岩移界限清晰可见。这种 自上而下的岩移形 态呈 漏斗状 ， 其 上盘岩层 移动角为 7 O 。 左右。 下盘为 5 O 。 左右。 总之， 采空处理使各 中段采空区得到 充分充填 。 空区围岩的集中二次应力得到 良好 释放而卸压。 消 除了安全隐患， 避免了大面积岩移地压灾害， 使井下 生产安全持续而稳 定， 创造了 日产矿 岩 量超 万吨 的新纪录， 确保了矿 山生产方式转 型 由井下开 采向 露 天 开 采 顺 利 衔 接 与 过 渡， 为露 采 现 在 的 高 产 3万 t ／ a ， 打下了良好的技术基础。采空区处理取得 了显著的经济和社会效益。 6 结语 紫金 山金矿的采空区处理采用以强制崩落法为 主的技术措 施方 案是经过 技术 经济 比较 筛选 确定 的， 适合生产实际。通过崩柱破顶穿底 ， 连通卸压的 技术措施， 达到 了消除空区隐患的 目的。采空 区处 理方案实施的技术关键 中， 强调运 用硐室爆破 和双 层双侧布置药室的设计 ； 结合微差爆 破与岩石 力学 理论指导实践 ， 取得 了安全有效的采空区处理成果。 是矿 山技术创新与发展的宝贵经验。 维普资讯