大姚铜矿多层缓倾斜薄矿体采矿方法研究.pdf

2 0 0 5 年8 月 第3 4 卷第4 期 总第1 9 3 期 云南冶金 Y l I N N A NM E T A L L U R G Y A u g ．2 0 0 5 V 0 1 ．3 4 ．N o ．4 S u m1 9 3 大姚铜矿多层缓倾斜薄矿体采矿方法研究 李朝晖 云南迪庆矿业开发公司，云南迪庆6 7 4 4 0 0 摘要大姚铜矿凹地苴矿床属典型的多层缓倾斜难采矿体，加之由于工艺条件的限制，矿体不能实施充 填采矿法，给采矿方法的选取和现场开采带来了极大限制。本文作者凭着多年的矿山实践经验，结合现代采矿 理论，以空区模拟为基础，提出了一系列的采矿方法和采空区处理技术，经生产实践验证，经济、安全、合理， 效果明显，具有普遍的应用前景。 关键词多层缓倾斜矿体；研究；空区模拟；采矿方法；采空区处理 中图分类号T 1 3 8 5文献标识码A文章编号1 0 0 6 0 3 0 8 2 0 0 5 0 4 0 0 3 7 0 4 S t u d yo nM i n i n gM e t h o d sf o rM u l t i - l a y e rG e n t l eI n c l i n e d T h i nO r eD e p o s i ti nD a y a oC o p p e rM i n e L IC h a o h u i Y u n n a nD i q i n gM i n i n gI n d u s t r yD e v e l o p m e n tC o m p a n y ，X i a n g g e l i l a ，Y u n n a n6 7 4 4 0 0 ，C h i n a A B S T R A C T Ac e r t a i no r ed e p o s i ts i t u a t e da td e p r e s s i o ni sat y p i c a lm u l t i - l a y e rg e n t l e - i n c l i n e dd e p o s i tt h a ti sd i f f i c u l tt ob ed e v e l o p e d w i t hc u t a n d f i l lm e t h o d ．B a s e dO i lo p e r a t i n ge x p e r i e n c ef o ry e a r s ，a d v a n c e dm i n i n gt h e o r ya n de m p t i e da r e as i m u l a t i o n ，t h ea u t h o rp r e s e n t e d 雠a v a i l a b l em i n i n gm e t h o d sa n dt e d m i q ∞f o r8 b 哪d 蒯w o r k i r t S st r e a t m e n t ． K E YW O R D S n m h i - l a y e rg e n t l e - i n c l i n e do r ed e p t 玲i t ； s t u d y ；e m p t i e da r e as i m u l a t i o n ；m i n i n gm e t h o d ；t t e a t l n e n to fa b a n d o n e d w o r k i n g s ． 1 矿床开采技术条件 凹地苴矿床位于云南楚雄州大姚县境内。矿体 主要赋存于凹地苴下亚段浅紫过渡带的浅色岩石 中，多层状产出 一般一到三层 ，长5 5 0 m ，矿体 倾角1 0 0 。3 5 0 ，面积约1 ．8 k m 2 。矿体长轴方向变化 大，矿带平面形态似飘带，空间上具有南北两端宽 厚，中间薄窄的特点，形态又似哑铃。矿区水文地 质条件属简单程度，雨季对坑内涌水影响不大。 矿体和围岩中等稳固。矿石以中细粒长石石英 砂岩为主，围岩为中细粒浅色、紫色砂岩和泥质砂 岩，易风化脱落，地表允许崩落。矿石体重2 ．6 6 t ／ 收稿日期2 0 0 5 0 5 2 5 作者简介李朝晖 1 9 6 5 一 ，男，云南昭通人，采矿工程师。 m 3 ，围岩体重2 ．6 4 ∥m 3 ；矿石硬度f 1 0 ～1 2 ，围 岩硬度砂岩f 1 0 一1 2 ，泥岩f 6 ～8 矿石完全松 散系数1 ．6 。 矿区保有3 3 1 3 3 2 3 3 3 地质储量矿石量5 9 6 16 5 5 t ，铜金属量7 02 7 9 t ，铜平均品位1 ．1 8 ％； 伴生银9 4 ．2 t ，银平均品位1 5 ．8 9 ／t 。 2 采矿方法及工艺研究 2 ．1 单层矿体的采矿方法 2 ．1 ．1 单层薄矿体 采矿方法选用前进式普通全面法 图略 。 适用范围矿体厚度2 ～4 m ，平均3 m ，倾角 3 7 万方数据 2 0 0 5 年8 月 第3 4 卷第4 期 总第1 9 3 期 云南冶金 Y U N N A NM E T A I L U R G Y A u g ．2 0 0 5 V 0 1 ．3 4 ．N o ．4 S u m1 9 3 1 8 0 ～2 5 0 ，顶板围岩整体较稳固。 矿块布置及结构参数矿块沿走向布置，3 0 ～ 5 0 m 为一个盘区，斜长4 0 6 0 m ，采场宽度1 2 ～ 1 6 m 。预留临时顶底柱和问柱。顶底柱厚度4 m ，间 柱厚度3 m 。矿房内留永久点柱，规格3 m X3 m 计 算依据见后述 。 回采工艺回采工作从切割上山开始，由矿块 一侧沿走向向另一侧推进，工作面可分成2 ～3 个 梯段或不分梯段，一般情况按矿体全厚回采。 顶板管理回采过程中的顶板通过顶底柱、点 柱支撑，并及时清除顶板浮石。 采空区处理按盘区将所有通道用混凝土密闭 即可 密闭墙计算见后述 。 2 ．1 ．2 单层中厚矿体 采矿方法选用普通留矿法 图略 。 ①适用条件顶板围岩为紫色砂质泥岩，整体 较稳固，但允许顶板出现风化脱层；矿体厚度5 ～ 8 m ，倾角1 8 。～2 5 。。 ②矿块布置及结构参数矿块沿走向布置，阶 段高度3 5 。4 5 m ，采场斜长4 0 ．6 0 m ，采场宽1 2 m ， 顶底柱厚度4 ．O m ，点柱规格3 mX3 m 。每个盘区布 置3 条采场，盘区间预留间柱，厚度3 ．0 m 。 ③回采工艺用浅孔落矿，后退式回采。 ④顶板管理主要利用顶底柱、盘区间柱和随 着回采的推进在矿房中留下的点柱支撑顶板，并强 采、强出。 ⑤采空区处理用混凝土密闭相关通道。 2 ．2 双层矿体的采矿方法 1 上层矿厚2 。4 m ，平均3 m ，下层矿厚4 ～ 6 m ，平均5 m ，中间夹石层厚度大于4 m 。采矿方法 选用双层浅孔房柱法 图略 。 ①适用条件矿体顶板和夹层均较稳固，且夹 层厚度大于4 m 。 ②矿块布置及结构参数阶段高度3 5 4 5 m ， 采场长度为4 5 ～6 5 m ，采场宽度为1 2 m ，顶底柱厚 度4 ．0 m ，点柱3 m 3 m ，2 ～3 个采场为一个盘区， 盘区间预留间柱，厚度3 ．0 m 。 ③回采工艺上下两层矿分别采用全面房柱法 回采，上层矿采用普通全面法前进式回采，下层矿 采用浅孔留矿法后退式回采，先采完上层矿后再采 下层矿。 ④顶板管理本方法的顶板管理较复杂，关键 在于下分层的顶板 夹石层 管理，在实际操作过 程中，必须做到以下几点第一、中间夹石厚度必 3 8 须大于4 m ，否则不宜采用此方法；第二、回采上 层矿时尽量不要破坏其底板围岩；第三、上下两层 采场留点柱必须对齐，形成顶、底、间、点四柱共 同支护采空区顶板；第四、加强现场的安全巡查。 ⑤采空区处理用混凝土密闭相关通道。 2 上层矿厚2 。4 m ，平均3 m ，下层矿厚6 ～ 8 m ，平均7 m ，中间夹石层厚5 m 以上。 采矿方法选用中孔 浅孔联合双分层房柱法， 上层矿采用浅孔全面房柱法回采，下层矿采用中孑L 房柱法分段回采 图略 。 ①适用条件上层矿体顶板和中间夹层稳固， 且夹层厚度5 m 以上。 ②矿块布置及结构参数阶段高度2 5 m ，顶底 柱厚度4 ．0 m ，采场斜长5 5 m ，采场宽度1 2 m 。 ③回采工艺上层矿采用前进式回采，待上层 矿回采结束之后，再回采下层矿。回采下层矿时， 先在采场尾部形成切割槽，从切割槽开始按每次3 。6 排中孔分段逐次回采。 ④顶板管理该方法的顶板管理，关键是夹石 层的管理，为了防止中孔崩矿时对夹石层的整体性 和稳固性造成破坏，在设计和施工中孔时，中孔孔 底预留0 ．5 m 矿体不采，并严格控制。 ⑤采空区处理用混凝土密闭相关通道。 3 上层矿厚2 ～4 m ，平均3 m ，下层矿厚8 ～ 1 2 m ，平均1 0 m ，中间夹石厚3 m 以上。采矿方法选 用浅孔全面房柱法与中孔底盘漏斗空场法联合开采 法 图略 。 ①适用条件顶板围岩和夹石层均要求比较稳 固，且夹石层厚度必须大于3 m 。 ②、矿块布置及结构参数阶段高度为4 5 m ， 采场斜长度为6 5 m ，采场宽度为1 2 m ，漏斗间距5 ～5 ．5 m ，底柱高度3 ．5 m 。 ③回采工艺先用全面法回采上层矿，待上层 矿回采结束后，再用有底部结构回采下层矿，采用 垂直扇形中孔分次爆破，电耙道出矿。 ④顶板管理本方法的顶板管理主要体现在对 中间夹石层的控制，不能让中间夹石层在下层矿石 未出完之前冒落，以免造成矿石的贫化和安全威 胁。在具体的实施过程中，主要是采取下层留 0 ．5 m 厚的矿体进行护顶，从而保护夹层的完整性。 同时必须强采、强出，尽快完成出矿。 ⑤采空区处理用混凝土密闭相关通道。 4 其它类型矿体的采矿方法。这里主要是指 中间夹石厚度小于3 m 而无法进行分层采矿的矿 万方数据 李朝晖大姚铜矿多层缓倾斜薄矿体采矿方法研究 体，基本上都是把这层夹石当作矿体进行回采。若 采用浅孔回采的可先剔除夹石后回采矿石；若采用 中孔回采，则只能混采。此外，对于三层或三层以 上的矿体，一般都是薄矿体，仍可采用上述方法进 行组合。 3 采空区顶板稳定性分析及其处理技术 3 ．1 采空区顶板稳定性分析的目的 采空区顶板稳定性分析的目的是基于采后不充 填、顶板允许自然冒落、地表允许塌陷的前提下， 通过建立理想的采空区模型，对未来采空区进行定 性和定量的描述，从而指导上述采矿方法的设计和 应用，为顶板管理和空区处理提供理论依据。 3 ．2 采空区冒落模拟 3 ．2 ．1 顶板围岩活动过程描述 凹地苴采空区顶板围岩的活过程分三个阶段， 即围岩冒落阶段、围岩弯曲阶段和均匀下沉阶段。 由于下沉阶段的出现与生产结束时间隔相当长，对 以后的生产活动基本上没有什么影响，所以这里重 点分析围岩冒落阶段。 大量试验和观察发现，冒落堆体的堆面与顶板 围岩刚好接触时，冒落堆面呈现拱形。通过推导得 经验公式 日一4 ．3 3 √h 即空区冒落的理论极限高度日与空区的实际 高度h 有关。 3 ．2 ．2 空区极限跨度值的确定 经推导得 B 3 0 , , ／h 式中曰为空区极限跨度； 由于现实中的空区顶板非理想状态，一般多裂 隙岩体的极限跨度约为无裂隙岩体的极限跨度的 0 ．7 ～0 ．8 5 倍，所以取 B 一3 0 k qh 式中k 为调整系数，取值范围0 ．7 0 ．8 5 ， 对于凹地苴矿床k 可取0 ．8 5 。 根据空区宽度上限值，建议以后进行采场划分 设计时，采用盘区式采场划分设计，每个盘区的宽 度不超过空区宽度的上限值，断层的切割和水的作 用将使这个值变小。 3 ．2 ．3 矿柱的设计 3 ．2 ．3 ．1 壁柱设计 根据推导得 n 0 ．0 5 9 √ B 2 一三2 式中，n 为壁柱厚度，B 为空区极限跨度，￡ 为采场长度。 对于凹地苴矿床，采场长度取5 5 m ，空区高度 为矿体垂直厚度，一般取8 m ，则n 2 ．7 5 m ，考虑 到裂隙和爆破的破坏作用，一般取n 3 m 。 3 ．2 ．3 ．2 点柱设计 经推导得经验公式 D 一5 ．8 n 此即为点柱的间距D 与点柱厚度n 的关系。 若点柱尺寸为3 m 时，其间距为1 7 ．5 m ，符合客观 实际。 3 ．3 采空区的处理技术 凹地苴矿床围岩一方面较稳固，另一方面又易 风化冒落。通过上述壁柱、间柱的设计可保证顶板 围岩风化冒落充满空区的周期远小于整体一次下沉 的周期，换言之，保证顶板围岩在发生整体一次下 沉之前已被风化冒落岩石逐步充填完毕，待整体沉 降发生时不会对周围人员、设施造成伤害。大量现 场试验观察也和上述思路相吻合。据此，采空区的 处理就变得十分简单易行了，即只要及时将所有空 区通道密闭即可。 3 ．3 ．1 密闭墙的承压计算 建立理想模型，如图1 所示。 卜1 1卜一I 密 闭 墒 q 0 ．9 0 3 N ／m m 2 L _ I IL I I I l I 一Ⅱ 图1 密闭墙理想模式 F i g ．1 I d e a lm o d e lo fs e a l i n gw a l l 通过计算，采空区密闭墙所应承受的最大压强 为P O ．9 0 3 N ／删n 2 。 作剪力图2 ，经推导得经验公式 Q a t b 图2 密闭墙剪刀图 F i g ．2S h e a r i n gf o r c ed i a g r a mo fs e a l i n gw a l l S 一0 ．6 5 4 a 式中，S 为混凝土墙的厚度；a 为密封处坑道 的高度。 3 9 万方数据 2 0 0 5 年8 月 第3 4 卷第4 期 总第1 9 3 期 云南冶金 Y U N N A NM 既A L L U R G Y A u g ．2 0 0 5 v 0 1 ．3 4 ．N o ．4 S u m1 9 3 以上为无配筋情况下的混凝土墙厚度设计，’为 安全起见，可考虑增加配筋，选用忆5 为主筋， 夺1 0 为副筋，配筋率为0 ．4 9 ％。 4 结语 本文阐述的以空区处理技术为基础，以空场采 矿法为前提，根据矿体产状，采用房柱法，有底部 结构法，中孔、浅孔组合回采，成功地解决了凹地 苴多层缓倾斜薄矿体，且无充填条件的开采问题， 在生产实践中达到了预期效果。 本文确定的采矿方法紧密结合凹地苴矿床 的特点和大姚铜矿现有设备、设施和开采技术水 平，经济、安全、可行。 本文对采空区地压及其冒落规律的模拟模 型是支持采矿方法及其参数选择的重要依据，实践 证明，该模型具有较强的指导意义，特别是对回采 单元、空区暴露面积的确定、空区处理等方面显示 了较大的理论指导作用； 本文大胆提出的空区处理方法简单、易 行、成本低、安全有效，收到了较好的经济和社会 效果。与其他空区处理方法 如人工放顶、充填空 区等 相比，其成本投入和安全性能方面都有较大 的优越性，目前已被普遍采用。 本文的研究，为大姚铜矿凹地苴缓倾斜多 层薄矿体的开发提供了一个较为完善的理论依据， 对采矿设计、生产和安全管理都具有较好的指导作 用，是大姚铜矿采矿技术一次新的偿试。该研究方 法和思路已被广大工程技术人员所接受并普遍应 用。 自1 9 9 7 年投入开采至今，在凹地苴矿床的开 采中还未因采矿方法和空区处理发生过安全事故， 这进一步验证了本文提出的方法是安全、经济、可 行的，对矿山的生产、经营起到了积极的推动和促 进作用。 参考文献 [ 1 ] 采矿设计手册，矿床开采卷 下册地下开采 [ M ] ．北 京中国建筑工业出版社，1 9 8 9 ． [ 2 ] 高磊．矿山岩石力学[ M ] ．北京机械工业出版社，1 9 8 7 ． [ 3 ] 地下采矿方法 实例 图册[ M ] ．北京中国有色金属建设 协会设计分会矿山工程研究会，1 9 9 5 年1 月． [ 4 ] 林韵梅，等．地压讲座E m ] ．北京煤炭工业出版社，1 9 8 1 ． [ 5 ] 于学馥，等．地下工程围岩稳定分析[ M ] ．北京煤炭工业 出版社．1 9 8 3 ． 主要有色金属市场参考价 2 0 0 5 ．7 ．2 9 国内市场价 上海金属交易所市场价 元／t 国际市场价 伦敦金属交易市场价 美元／t 品种价格范围产地／牌号交货地备注品种现货价3 月期货价3 月份决算价库存量／t I由1 解铜 3 55 0 0 3 57 ∞ 国产上海库存3 69 2 5 t铜37 7 5 ．0 35 4 0 036 1 4 ．2 13 09 0 0 铝锭 1 66 0 0 国产／中铝企业A 0 0 佛山地区库存4 23 7 9 t铝18 4 1 ．5 18 6 0 ．517 7 8 ．7 95 3 32 7 5 精锡7 25 0 0 ～7 38 0 0 云锡、金海、云山上海锡71 7 5 70 8 0 71 6 9 ．2 937 9 0 14 铅89 5 0 ～93 0 0国产上海水V I 山、金沙牌等铅8 7 1 ．5 8 5 2 ．08 5 4 ．4 86 46 5 0 1 。锌1 33 4 0 1 33 6 0国产 上海 零售价锌12 4 3 ．0 12 6 1 ．511 9 4 ．4 35 8 2 4 7 5 镍，钙s o o 一，锣o o o 剑I 嚣艨上海未瑟毪。镍，4 彻，4 2 ∞- 45 s o 用6 卿 注2 0 0 5 年7 月2 9 日人民币与美元汇率8 ．1 1 。 万方数据 大姚铜矿多层缓倾斜薄矿体采矿方法研究大姚铜矿多层缓倾斜薄矿体采矿方法研究 作者李朝晖， Li Chao-Hui 作者单位云南迪庆矿业开发公司,云南,迪庆,674400 刊名 云南冶金 英文刊名YUNNAN METALLURGY 年，卷期2005，344 被引用次数1次 参考文献5条参考文献5条 1.采矿设计手册 矿床开采卷 1989 2.高磊 矿山岩石力学 1987 3.地下采矿方法实例图册 1995 4.林韵梅 地压讲座 1981 5.于学馥 地下工程围岩稳定分析 1983 引证文献1条引证文献1条 1.庙延钢.乔登攀 2005年云南采矿年评[期刊论文]-云南冶金 20062 本文链接 授权使用武汉科技大学whkjdx，授权号a01ff5fe-ab6a-492f-ae5d-9df6014c7bb6 下载时间2010年9月19日