缓倾斜中厚矿体矿柱回采的实践.pdf

I S SN 1 6712 90 o C N 4 3一l 3 4 7 ／ T D 采矿技术第 8卷第 1 期 Mi n i ng Te c hn o l o g y，Vo 1 ． 8， No ．1 2 0 0 8年 1月 J a n ． 2 0 0 8 缓 倾 斜 中 厚 矿 体 矿 柱 回 采 的 实 践 刘 让 ， 孙宏 生， 卢光远 玉溪矿业有限公司大红山铜矿 ， 云南 新平县6 5 3 4 0 5 摘 要 大红山铜矿设计采矿方法以小中段 空场法为主、 房柱法为辅 ， 中段及盘 区间柱矿 量所 占比重较大 ， 采切设计矿柱损失率在 2 1 ％左右 ， 加上局部保护矿柱及场 内损失， 最终 损失率接近 3 0 ％。根据大红 山铜矿矿体赋存条件， 结合矿山常用的小中段 空场嗣后充填 采矿法和房柱法的相关回采情况， 对项板和充填体进行 了稳定性分析 ， 通过分析研 究， 对 部分矿柱分别采用了有底部结构的留矿法和无底部结构的留矿 法进行 了回采 ， 取得 了较 好的经济效益， 矿柱回采率在 5 0 ％以上 ， 从 而使损失率指标进一步优化。 关键词 缓倾斜； 中厚矿体 ； 矿柱回采 ； 留矿法 大红山铜矿位于云南省新平县老厂乡 ， 靠哀牢 山山脉东侧 ， 戛洒 江东岸， 海拔标高 6 0 0～1 8 5 0 m， 属侵蚀 剥蚀 山地 地 形 ， 地 势 陡峻 ， 河 谷 发 育。是 1 9 5 9年发现的大型铁铜矿床 ， 于 2 0世纪 6 0年代开 始普查勘探 ， 玉溪矿业有限公司 原易门矿务局 于 1 9 8 3年 1 1月进行详勘。1 9 8 6年开始基建 ， 一期工 程于 1 9 9 7年 7月建成投产 ， 二期工程 于 2 0 0 3年 6 月建成投产。 1 矿床概况及开采技术条件 大红山铜矿属海底火 山喷发沉积变质中厚缓倾 斜高温矿床。矿体走向为东西 一北西西 ， 走 向长约 1 8 0 0 I n ， 倾向南西， 倾斜宽约 1 6 0 0 m， 倾角为 2 0 。 ～ 3 5 。 局部地段大于 3 5 。 ， 构造及节理裂 隙发育 ， 呈 层状、 似层状产出， 矿区共有 3个含铁铜矿体和 4个 含铜铁矿体 ， 自上而下分别为 I 一I ， 一I 一I 一 I 一 I 一I 。 ， 埋藏深度 1 6 0～7 5 0 m， 标高 一 2 9～ 8 2 1 m， 其 中 I 、 I 含铁铜矿体规模大 ， 是主要 的开采对象 ， 矿 石主要金属矿物为黄铜矿 、 磁铁矿 ， 主要脉石矿物为 碳酸岩 白云石为主 、 黑云母 ， 矿石整体较稳 固 厂 8～ 1 4， 矿岩爆破性能较差 。 大红山铜矿含矿层顶板为深灰色条纹条带状石 榴黑云白云石大理岩 ， 夹石榴 白云石黑云片岩 ， 厚约 1 3 m； 含矿层底板为深灰色石榴黑云角闪片岩、 石榴 角闪黑云片岩夹条纹条带状石榴黑云角闪白云石大 理岩 ； 含铁铜矿石体重为 3 ．2 5 t ／ m ； 含铜铁矿石体 重为 3 ．3 5 t ／ m ； 夹石体重 2 9～3 ． 0 8 t ／ m ； 松散系数 为 1 ． 7 1 ； 自然安息角为 4 0 。 3 0 ～ 4 1 。 。 2 矿床开拓及采矿方法 2 ． 1矿床开 拓 大红山铜矿采用侧翼反倾斜 双斜井联合开拓 ， 即主皮带斜井加辅助双轨斜井。主井担负矿 、 废石 运输 ， 副井运送人员 、 材料 、 设备兼作大件通道 和通 风。二期主要增加了一条无轨斜坡道 、 箕斗斜井 、 辅 助斜井和总 回风竖井。 2 ． 2采矿 方法 大红 山铜矿采矿方法为地下坑采， 采用小中段 空场法为主、 房柱法 为辅。矿 区设计采用分期建设 方案 ， 一期开采 5 5 0 m以上的矿体 ， 开采顺序为从下 往上 ， 先采 I ，矿体 ， 待上中段 I ， 矿体 回采结束后再 采 I 矿体 ， 同中段 原则上从东往西 回采 ； 以底盘漏 斗空场法为主 ， 房柱法和全面法为辅， 垂直走向布置 为主 ， 沿走向布置为辅。二期采用无轨采矿、 有轨运 输 ， 开采 5 5 0～ 4 0 0 m的矿体 ， 以小 中段空场法为主， 机械化房柱法和全面法为辅。采空区用分级尾砂和 废石充填处理。盘 区结构 一期为 5 0 m 走 向 3 0～ 7 0 m 倾 向 ， 二期 为 5 0～1 0 0 m 走向 2 0～ 3 5 m 倾向 ， 盘区顶底柱 、 壁柱为 5 m， 一 、 二 期分段矿柱为 8 m。 3 矿柱 回采 的实践 大红山铜矿一期工程于 1 9 9 7年 7月 1日投产， 从盘区回采情况看 ， 矿石 回采率、 金属获取率较低 ， 从历年统计情况看 ， 由于前期 只采富矿 ， 加之从详堪 到生探 ， 主矿体金属量变化较大 ， 含铜铁矿体铜品位 维普资讯 刘 让， 等 缓倾斜中厚矿体矿柱回采的实践 3 9 变高。从详堪到最终供 出矿量 比较 ， 矿石开采率仅 为 4 0 ％ ～ 5 0 ％ ， 金属获取率为 4 6 ％左 右， 从 生探 到 最终采出金属量回采率仅为 7 0 ％左右 ， 因此对间壁 柱适时进行回采显得尤为重要 。 3 ． 1 地压试 验研 究 大红山铜矿最大主应力主要出现在矿柱开挖后 原矿柱 与 顶板 接 触 处 ， 最 大压 应 力 为 2 0 ． 2 2 1～ 2 3 ． 6 9 7 MP a 。在顶板的中部压应力逐渐过渡到拉应 力区域。且随着矿柱的不 断开采 ， 拉应力区域逐渐 扩大， 通过数值模拟研究对 比分析 ， 拉应力区并不一 定出现在矿房中央。如果采 中间4 n l ， 两边各留 2 n 1 支撑顶板 ， 则最大压应力和最大拉应力均 出现在剩 余矿柱与顶板接触位置 ， 这充分说明了剩余矿柱在 支撑顶板时起非常关键 的作用 ， 承受了相 当大的压 力。另外 ， 充填体是否接 顶对矿柱的回采也有较大 影响， 充填体未接顶时矿柱承受的压力明显要大于 充填体接顶的情况， 充填体接顶时开采末期顶板 最 大拉应力为 3 ． 0 8 5～ 3 ． 4 8 0 MP a ， 而充填体未接顶时 达到 5 ． 2 4 4 MP a 。考虑到充填体强度较低 ， 且可 能 不接顶， 所 以在 回采矿柱过程 中还 是建议 留矿柱。 矿柱回采前后充填体的应力 、 位移 、 安全率及塑性区 都有 明显 变化 ， 最大 主应 力 由 1 8 ． 4 3 4 MP a变为 2 7 ． 5 0 9 MP a ， 位移从 6 9 m E增加到 1 5 2 m E， 而安全 率则从 1 ． 6 9 7降低 到 0 ． 8 ， 低于临界状态 时的安全 率 ， 处于不稳定状态 ， 从充填体塑性区分布也可以看 出 ， 矿柱回采结束后 ， 充填体承受的载荷 明显加大 ， 整个充填体都处于塑性状态 ， 所 以说矿柱回采后充 填体起到了支撑整个系统的作用 。 3 ． 2 有底部结构 留矿法的应用 此方法主要用于小 中段空 场法盘区的矿柱 回 采 ， 且要求相邻空区充填脱水结束 ， 先期在 5 3 5中段 3 8一I 盘 区 B 3 8线矿柱进行了试验 ， 后在 5 5 0中段 4 6一I 盘区和二期 B 3 4线 、 B 3 8线、 B 4 2线进行 了推 广应用 ， 取得 了较好的效果。 3 ． 2 ． 1 布置方式和结构参数 根据盘区结构情况 ， 矿柱 回采方式可以沿倾 向 或走 向布置， 采用有底柱单侧堑沟布置方式 ， 对于预 留矿柱较大或成三角形 的， 可以采用有底柱单侧漏 斗受矿， 底柱高度为 3 ． 2～5 m， 二期采用无底柱 留 矿法进行 回采 ， 为减少破坏 ， 工程规格尽量选取较小 值 ， 电耙道为 1 ． 5 m 1 ． 6 m， 因盘区爆破后 ， 矿柱实 际形态与设计可能出入较大 ， 先期两边 留2 m矿柱 ， 矿柱 内施工的工程尽量布置在 回采控制范 围内， 以 确保 2 m矿柱的完整性和稳定性。在盘区中部或端 部布置进路井和进路平巷及充填 回风井 ； 盘区溜井 和人行系统利用原有的人行井和人材井 见图 1 。 回采层与 井 下层耙巷I 下矿溜井 [ 廿 一 廿 图中 “ 为回采边界线 图 1 有底部结构 留矿 法 3 ． 2 ． 2 回采工艺 1 人行通风。人员及新鲜风从运输大巷经原 盘 区人材井进入联道 ， 再经联道从 电耙道或进路井 进入工作面。污风从盘区充填 回风井排出。 2 回采顺序 。盘区各系统形成后 ， 先 由回采 巷道向两边按 设计 范 围刷邦 ， 并按 要求施 工探 眼 范 围为 2 m2 m ， 以进一步探清矿柱的实际厚 度 ， 若厚度小于 2 m时， 调整回采范围。第一循环结 束后 ， 通过技术人员的现场确认再进行压顶工作 ， 此 时回采顺序采用后退式回采 ， 按要求严格施工探眼， 并对每个探眼进行写实 ， 以便进行 回采范围的调整 ， 在 B 3 8线矿柱 ， 回采高度为 1 6 m， 我们在 回采至 8 m 时 ， 将矿柱调整为 1 ． 5 m， 回采至 1 2 m时将矿柱调 整为 1 m， 并施工 了 1 ． 5 m1 ． 5 m的观察道与原盘 区充填体接通 ， 对充填体进行 了取样分析 ， 尾砂在没 有外力的作用下不会大面积坍塌。在进路井两边 回 采结束后， 对预留的保护矿柱进行了回采 ， 回采保护 矿柱时， 从进路井和进路平巷 中一次性施工好炮眼， 采用微差整体爆破 。出矿结束后对溜井及各通道及 时进行密闭和充填 。 3 ． 2 ． 3 施工管理及注意事项 对于矿柱 回采而言 ， 本身安全风险较大 ， 技术管 维普资讯 粟矿技术 言 一 蕊 昙 尊 蓑 鸶 真 进 行 写 实 和 汇 报 ， 以 便 进 一 步 确 足 l旦j米 汜 围 ； 锚 ， 譬 产 能 2 6％ 买 辜 4 3 ． 后期将贫矿 回呆 了一邵分 ， 预大罕 一 5 ． 7 7 ％ ， 盘区损失率、 贫化率进一步降低 ， 为 经 济技术指标的改善和经济效益的提高创造了条件 。 存 盘 霎 蒌 在 盘 区 充 填 之 前 ，利用原有 的人仃 、 允犋 、 尔 在 毳 ，在 盘_ 2 区4 南m 端 4留 m5 2 或 4 mm的, 4 i 柱 ， 以支撑玖椒 ， 盘匹I羊 j 垧 田 充填。 回采耙矿层 1 1 运输大巷 AA 圉中 ”为回采边界 风井 结合房柱法盘区底柱回采 ， 采取了如下措施 采方案和设计意图的全面贯彻落实， 以便使工 凳 离 ； 采用光面爆破技术； 严格施工探 眼开认具 1 与 汇报 ； 严密安全管理 ； 对顶板进行认 真清 ， 保在空区下对下矿溜井进行密闭 ； 控制施工顺序 ， 必须采用后退式回采并控制 出矿高度。 采用此方法进行 回采 ， 只要控制好 回采顺序 、 块 度 ，加 强 顶 板 管 理 ，可 以 进 一 步 降 低 损 失 率 。 曼 采的矿柱情况看 ， 矿柱 回采率大于 5 0 ％ ， 生 产能力 5 0～ 2 6 8 t ／ d 从开始采矿计算 ， 贫化率为 1 0 ％ 左右 后期将贫矿回采了一部分 ， 损失率为 ．至 右 ， 盘区损失率 、 贫化率进一步降低 ， 为矿 山经济技 E 0 铂 卿 醐 回 行 在 专 } { 0 井 一 安 遭 的 襁 通 员 矿 各 人 角 及 矿 三 烨 溜 保 对 耐 柬对 柱 结 后 矿 矿 束 护 出 结 保 分 矿 角 部 出 维普资讯 刘 让 ， 等 缓倾斜 中厚矿体矿柱回采的实践 4 1 术指标的改善和经济效益的提高创造 了条件。 3 ． 4 顶板管理措施 用留矿法进行矿柱回采 ， 在控制好施工顺序 、 回 采质量的同时， 采取了如下措施加强顶板管理 1 在 回采至顶板 时， 所施工 的炮孔应 尽量与 矿层产状一致 ， 以避免炮孔对顶板的破坏； 2 在大量供矿前 ， 利用现场较好 的施工条 件 进行松石 、 浮石的彻底清理 ， 必要时对不稳固及人员 通道地段进行护顶 ， 以确保供矿期 间人员 的安全 和 下矿溜井的密闭； 3 在回采期间， 点柱、 壁柱应按设计要求进行 5 在回采期问应加强块度控制， 尽量减少卡 斗和二次爆破对顶板 的破坏； 6 加强地 质资料 的综合研 究 ， 使地质资料更 准确和全面描述顶板 ， 以便及时采取相应的措施 ； 7 采用“ 强掘 、 强采 、 强供” 等措施 ， 尽量缩短 回采周期 。 4 结束语 大红 山铜矿属缓倾斜 中厚矿体 ， 矿柱损失率较 大 ， 为进一步降低矿柱损失率 ， 必须有效 回收矿柱资 源。在实践 中分别采用 了有底柱浅孔 留矿法和无底 预留； 柱浅孔 留矿法 ， 对局部矿柱进行 了回采 ， 到 2 0 0 6年 4 回采期间 ， 通过进路井 、 进路平巷等人行通 年底累计 回采矿柱矿量 2 O万 t 以上。通过矿柱 回 道对顶板变化情况进行辅助观测 ， 为顶板管理提供 采项 目的实施 ， 盘区损失率进一步降低 ， 为矿山创造 科学依据 ； 了良好的经济效益和社会效益。 ⋯一⋯ ◆⋯一⋯～_．_一⋯⋯⋯一⋯⋯⋯一⋯～⋯⋯⋯～⋯～- ．_～ 上接第 1 5页 反应将矿山后续找矿重心放在矿区深部 ， 继续加大 矿区深部地质找矿力度 ， 力争在矿 山深部的地质找 矿上有较大突破， 为矿山找到可靠的接替资源。 5 ． 2 拉拉外围 红泥坡 一板 山头 找矿实践 通过对拉拉地 区区域地质构造的研究 ， 笔者认 为 东西方向基底构造控制 了前震旦系沉积盆地 的 形成和空间展布 ， 使河口总体分布呈东西向； 古东西 向和古西北向断裂控制了铜矿含矿层位的空间展布 趋势与铜矿的宏观分布特征 。后期南北 向构造及北 东北西向构造的叠加 ， 形成了以东西方向和南北方 向为主体的构造控制格局。在南北 向和东西 向及北 西 向构造叠加处 ， 是应力多次集中和释放 、 构造活动 期次多、 继承活动性强及岩浆活动 、 热液活动频繁的 部位， 因而是最有利于含矿热液运移及富集的部位 。 此外 ， 通过遥感解译表明， 拉拉地区处于 以深大断裂 为主体的南北向、 北东 一北北东、 东西向 3组构造带 及北 西向线性构造密集 区。在 T M 图上， 表现为一 个大环 ， 两个中环和十多个小环迭合组成的环形影 相集群。其 中大环反映 了火山活动范围 ， 中环为构 造热液蚀变带 ， 小环则 以构造为 主。铜矿带主要受 北西方向的构造控制 ， 铜矿床 带 则分布于大环边 缘及其附近北西向构造与其它断裂交汇部位及大环 内的构造热液蚀变环中多组线性构造交汇部位及小 环相互交切复合部位。而地处拉拉外围的红泥坡 一 板 山头区域正位于大环与北西 向构造交汇的部位以 内， 从构造角度来看， 该 区域是最有利 于成矿的部 位 ， 具备与拉拉铜矿床极为相似的成矿条件 ， 是矿山 外 围找矿最重要也最有利的找矿区域 。该区地质工 作 自 1 9 5 7年发现拉拉铜矿 以来 ， 先后有四川省地质 局力马河队、 1 0 3地质队、 4 0 3地质队对拉拉地 区开 展过铜、 铁矿种 的普查和勘探等工作 。各 队工作后 也大多认为 ， 该 区是寻找铜铁矿的有利场地。矿山 近年来为寻找接替资源也委托 4 0 3地质队在该区开 展地质找矿工作 ， 并取得了不俗的成绩 ， 近两年共投 入探矿资金 8 5万元 ， 已探获铜 E级储量 1 8 ． 1 6万 t ， F级 6 ． 1 9万 t 。目前 4 0 3地质队正在该 区开展进一 步的地质工作 ， 可以预言 ， 该 区的地质找矿一定会有 更加美好的前景 。 6 结论与建议 1 拉拉 铜矿矿 区的总体构造应为一倒转背 斜 ， 深部存在着较大的地质找矿空间， 笔者认为后续 找矿应将重心放在矿区深部 。 2 拉拉矿区及其外围位于川滇有色金属成矿 节北段 ， 具有 良好的成铜地质和地球化学背景 ， 已经 发现多处大、 中型铜矿床 ， 前人预测本区铜资源总量 达 5 6 1 ． 9万 t ， 除 已探 明储量 1 8 7 ． 6 3万 t 外 ， 尚有 3 7 4 ． 2 7万 t 潜在储量 ， 是 四川省最重要的铜资源远 景区， 目前尽管地质找矿 已初步取得成效 ， 但矿山在 今后还应继续加大找矿力度 ， 力争实现前人 “ 拉拉 外围找拉拉” 的夙愿 。 作者简介 李云峰 1 9 7 5一 ， 男， 四川资阳人， 地质工程师， 主要从事矿山地质工作， 担任公司地质专业技术带头人。 维普资讯