分段落矿阶段空场与上向分层联合充填采矿法试验研究.pdf

技术经验I M 陡倾斜厚大矿体; 新型高效采矿法; 试验研究 中图分类号 T D 8 5 3 . 3 4文献标识码 B 0 引言 湖北三鑫金铜股份有限公司是以采选金、 铜 为主要产品的资源开发型企业， 现拥有鸡冠嘴和 桃花嘴两个矿区。矿山总体规划分三期建设 一 期工程开发鸡冠嘴矿床上部I 号矿体 即鸡冠嘴 金矿 ， 现处于残矿回收阶段， 二期工程开发鸡冠 嘴一1 6 0 m中段以下一 3 2 0 m中段以上的II. Ul 号矿体， 设3 个中段， 中段高度5 0 m , 1 9 9 3 年建 设， 1 9 9 7 年投产， 混合竖井开拓， 采选生产能力 8 0 0 t / d ; 三期工程开发与之毗邻的桃花嘴矿床， 首采中 段一 4 7 0 m ， 依次上行回采一 4 2 0 m 、 一 3 7 0 m、 一 3 2 0 m等4 个中段， 中段高度5 0 m ， 主副井 联合开拓， 2 0 0 0 年建设， 2 0 0 2 年投产， 采选生产能 力1 0 0 0 t / d a矿山三期工程竣工后， 综合生产能 力为 1 8 0 0 t / d o 2 0 0 5 年矿山生产能力超过设计指标， 平均日 处理矿石量 1 9 9 3 t ， 生产金 1 1 8 6 k g 、 铜 1 0 4 8 0 t , 销售收入4 . 4 7 亿元， 利税总额 1 . 9 亿元， 比上年 同期纯增利税6 0 4 2 万元。 1 地质概况 三鑫公司开采的上述两个矿区， 地质类型为 铜、 金、 铁、 硫多金属共生矿床， 矿石工业类型属铜 金铁矽卡岩型矿石， 为岩浆期后高中温气液矽卡 岩型矿床。鸡冠嘴矿床由工 、 11 1 WI N等4 个工 业矿体群组成， 面积0 . 2 5 k 时， 最大控制深度9 0 2 m ， 铜金属量1 7 9 7 7 2 . 4 t ， 金金属量2 8 . 1 3 7 t ; 桃花 嘴矿床由I I u I I H 等3 个工业矿体群组成， 面积 0 . 1 2 k 澎， 最大控制深度9 3 5 m ， 铜金属量2 0 0 8 0 5 t ， 金金属量 1 7 . 7 1 5 t , 鸡冠嘴矿体倾角7 0 -8 4 * ， 主矿体走向长5 0 0 m ， 厚度5 -- 4 0 m ， 平均品位 C u 2 . 2 , A u 3 . 5 g / t ; 桃花嘴矿体总体倾角7 5 - 8 2 0 ， 主矿体走向长 5 5 0 m， 厚度6 -5 4 m， 平均品位C u 1 . 9 3 , A u 2 . 2 g / t , 矿石价值高。 2 矿体开采技术条件 2 . 1 鸡冠嘴矿床 地质构造复杂程度属中等。矿体顶底板围岩 随各矿体赋存部位不同， 其岩性有较大差异， 其顶 底板围岩主要为大理岩和白云质大理岩， 部分矽 卡岩; ul 号矿体南东缘， 其顶板为大理岩和白 云质 大理岩， 底板为石英闪长岩。矿体和围岩一般较 稳固， 局部透辉石矽卡岩、 粘土蚀变侵人岩和构造 破碎带等则松软破碎、 稳固性差。 2 . 2 桃花嘴b l “ 床 矿体与矿石类型构造复杂， 很难分采。其上 部母岩为角砾岩， 一般胶结较好， 但局部为粘土侵 收稿B 期 2 0 0 6 一 0 6 一 0 7 2 8 技术经验I M 东部由坚硬 的碎裂结构角砾岩组成的地段稳固性较好之外， 其余地段可能发生强塑性变形。底板围岩以坚硬 的块状结构矽卡岩为主， 稳定性普遍较好， 但也有 塑性变形的围岩条件。该矿床以溶蚀裂隙充水为 主， 水文地质条件中等的岩溶充水矿床类型。两 矿床均处于地表平坦的大冶湖围垦区之下， 地表 是高产农田， 不允许陷落。 3 采矿方法简介 3 . 1 未矿方法简介 三鑫公司自投产以来， 曾使用过多种充填采 矿方法， 主要包括 a . 垂直分条倾斜分层充填采矿法。它适合一 期倾斜厚大矿体回采， 主要缺点 生产效率低、 充 填工艺复杂， 进入二期生产后， 该法已被淘汰。 b . 垂直分条分段空场嗣后充填连续回采采矿 法。适应倾斜厚大矿体 下盘设置漏斗 及陡倾斜 矿体的回采。由于连续回采对充填体强度要求较 高， 充填成本高， 且容易造成大量矿石损失与贫 化， 现在很少使用。 c . 无底柱分段空场嗣后充填采矿法。无底部 结构， 生产效率较低， 分段空场出矿安全条件较 差， 二步回采时要求充填体强度较高， 否则将会有 较多的矿壁损失。目 前应用不多。 d . 浅眼留矿嗣后充填采矿法。主要用于陡倾 斜薄矿体， 但两采区主矿体赋存条件不一致， 其使 用条件受到限制， 现主要用于边角盲矿体回采。 e . 有底柱分段中深孔落矿嗣后阶段充填采矿 法。为现阶段主要的采矿方法之一， 占采出矿量 6 0 左右， 主要用于矿房回采。 f . 上向水平高分层充填采矿法。也为现阶段 的主要采矿方法之一， 占出矿量4 0 左右， 主要 用于矿壁 柱 回采。 3 . 2 存在主要问题 3 . 2 . 1 充填质量问题 矿山生产初期采用单管输送尾砂胶固充填工 艺， 以全水胶固材料作固化剂， 脱泥分级尾砂作充 填骨料。但由于胶固料性能不稳定， 加之充填系 统达不到设计要求， 长期以来充填浓度、 灰砂比远 未达到技术标准， 充填体强度低， 不能满足生产需 要并增大矿柱回收难度或造成较大矿石损失。鸡 冠嘴矿区的矿柱回收时， 使用上向水平高分层充 填法， 为保证作业安全和减少贫化， 一般采场回采 时边部留1 . 5 -2 . 0 m矿壁， 致使矿柱的损失率达 3 0 以上， 同时也对矿山整体地层管理极为不利。 3 . 2 . 2 厚大矿体采矿方法 目前， 主要采矿方法为分段中深孔落矿嗣后 阶 段胶结充填采矿法。矿块沿走向布置， 长 5 0 m 、 宽2 0 一3 0 m 、 高5 0 m、 底柱厚 8 一1 0m 、 间柱 1 0 - - - 1 2 m ， 不留顶柱 上中段使用钢筋混凝土假 底 ， 分段高 1 0 一1 3 m , Y G Z 一9 0 型凿岩机钻孔， WJ D -1 . 5 型电动铲运机出矿， 平底型堑沟式底 部结构。该采矿方法满足了矿山生产能力的需 要， 存在的问题是 底部结构的桃形 或三角形 矿 柱回收率低 仅 4 0 左右 ， 且安全性差; 底柱回 采损失较大， 一般损失率达2 0 以上; ， 若上下盘 周岩不稳固时， 矿石 二次贫化较大; 由 于一步回采 矿房较大， 需要胶结充填， 充填成本高。 4 中深孔分段落矿阶段出矿嗣后胶结充填采矿 法 按照矿体开采技术条件， 应采用盘区机械化 高效采矿法， 凿岩台车浅眼落矿， 铲运机出矿， 损 贫指标更易于控制， 采场生产能力更大， 并可实现 无矿柱回采。然而， 针对目 前三鑫公司采矿技术 装备现状， 不可能为此而大量购买凿岩、 装药、 撬 顶、 锚杆、 液压碎石台车等无轨设备， 且由于主矿 体上下盘围岩不稳固， 使用大量脉外巷道时需要 更多混凝土支护， 为解决上述间题结合矿山实际 情况进行了高效采矿方法的试验研究。 4 . 1 采场构成要素 当矿体厚度小于3 0 m时， 采场沿矿体走向布 置， 长约5 0 m 、 宽度为矿体厚度。当矿体水平厚 度大于3 0 m时， 采场垂直矿体走向布置， 并相应 划分矿房与矿柱， 分两步间隔回采; 第一步回采矿 2 9 技术经验I M 第二步回采矿柱， 浅眼凿岩上向水 平高分层分级尾砂充填 另述 。 以上两种采场布置方式均不留顶柱， 但考虑 采场出矿可留8 - - - 1 0 m的矿石底柱， 由下中段回 收。 4 . 2 采准切割工程 为解决矿石底柱损失率过高以及桃形 或三 角形 矿柱损失间题， 使用钢筋混凝土人工假底代 替矿石底柱， 其方法是 a . 在中段出矿横巷 即垂 直矿体走向的探矿穿脉 上挑出矿溜井与行人天 井， 到切割水平为止; b ， 在出矿水平施工拉底巷道 及上向浅采， 其范围为矿房尺寸及三角矿堆相对 应高度位置; d . 出矿结束后建0 . 5 m厚钢筋混凝 土人工假底， 后用1 4 高强度充填料充填而形成 三角形胶结柱， 避免矿石损失并利于受矿; e . 然后 施工受矿堑沟及人工假底， 使假底形成一个整体; f . 在两侧矿柱同时施工平底出矿巷道及漏斗侧巷 等工程; g . 在二步回采的采场 矿柱 内 掘进脉内 天井联络道直通上中段并每隔 1 0 一1 3 m于矿房 中部施工凿岩巷道; h . 在矿房中部或合适地方自 下而上掘进切割横巷与切割天井， 并以此为自由 面用中深孔回采形成切割槽。 4 . 3 凿岩爆破 在矿房各分段凿岩巷道内， 使用带雪撬式凿 岩台架的Y G Z 一 9 0 重型凿岩机， 接杆钻凿上向 扇 形中深孔。孔径6 0 -- - 6 5 m m ， 炮孔排距 1 . 2 .1 . 4 m ， 孔底距2 . 0 一 2 . 7 m . 自 上而下分段爆破落矿， 用压缩空气填装粉 状硝按岩石粒状炸药， 炮孔全长敷设导爆索， 在孔 口安装毫秒微差导爆管， 复式起爆。每一排炮孔 为相同起爆段， 采用多排同段起爆方法， 一般2 - 3 排共用一个爆破段， 每分段炮孔分2 一4 次爆破 完毕。 4 . 4 通风与出矿 采场大爆破之后， 利用矿井风流通风， 新鲜风 流由下部巷道、 天井、 联络道进入采场， 污风由上 中段回风巷经通风井排出地表。每次大爆破后采 场通风时间一般需要2 4 h , 4 . 5 米场充 琪 第一步采空区使用分级尾砂胶结充填， 其步 骤为 a . 充填前首先用高压水自联络道向下冲洗 三角矿柱， 以回 收粉矿， 增加两种充填胶结材料的 紧密性; b . 使用木材或混凝土封闭采场所有通道; 。 . 在封闭平底漏斗前由 上中段水平向采场引2 - 4 条0 1 0 8 m m并不规则钻孔与包上麻布的采场 泄水塑料管， 引出采场之外; d . 使用1 8 .1 1 0 灰 砂比 连续胶结充填， 并直至接顶， 充填体强度应达 2 一3 MP a o 5 上向水平高分层回采矿柱尾砂胶面充填采矿 法 本法主要用于厚大矿体回采， 与上述第一步 回采组成一个单元， 即矿房、 矿柱间隔连续回采。 每个单元矿块长2 5 m左右， 最好与矿山生产勘探 网度相适应。这样便于利用已有工程， 减少千吨 采切比。 Y T一 2 5 , Y T一 3 0 或 7 6 5 5 型气腿式手持凿 岩机浅眼落矿， 分层高度4 一6 m ， 即采场出矿之 后的空顶高度6 一8m ， 并具有如下几个特点。 a . 采场布置与结构参数和相邻中深孔采场规 格要一致。从增大采场生产能力角度考虑， 中深 孔采场应比 浅眼采场要宽， 但从降低充填成本方 面考虑， 则中深孔采场要窄; 不管怎样划分， 第二 步采场， 从落矿、 出矿、 充填等均比第一步采场耗 时多; 所以， 采场参数应比前者要小。 b . 采场底部结构。应与相邻采场相同， 均用 人工假底， 最好构成一个钢筋混凝土整体。耙矿 绞车在采场内运搬矿石， 这样需要沿采场在充填 体内 构筑一条钢溜井， 直径1 . 0 一1 . 2 m以 上， 钢 板厚按每m m通过矿石量5 0 0 0 一 7 0 0 0 t 计算， 溜 井需上覆格筛。 。 . 凿岩爆破。尽量降低大块率， 最好使用 Y S P 一 4 5 凿岩机钻凿垂直上向炮眼落矿， 若采用 水平炮眼落矿， 最好使用大眼距 1 . 1 -1 . 2 m , 小排距 0 . 6 - 0 . 8 m 的凿岩方式， 周边眼距0 . 6 - - 0 . 8 m; 分层落矿， 当采场回采结束时其横向或 竖向均要形成拱形; 注意采场上下盘岩帮的稳固 3 0 技术经验l l l f 每次凿岩爆破之后， 只能出矿1 / 3 而其余留 在采场当作工作台; 出矿溜井口 要上覆格筛; 采场 钢溜井的钢板厚度应与采场放矿量相适应， 一旦 钢溜井报废， 则采场出矿只能另选通道。 e . 采场支护。包括顶板管理、 上下盘锚杆支 护。一般来说， 锚杆支护有短锚杆支护与长锚索 支护， 或与喷锚联合支护等方式。 f . 采场充填。每次充填前除应做好隔墙之 外， 还应搭接好采场钢溜井。由于矿石价值较高， 每分层最后0 . 5 m高度要用1 4 高强度尾砂胶结 充填， 以防崩下矿石混入充填料中而损失， 也为避 免电耙把尾砂耙入溜井造成贫化。两种采矿方法 示意图见图 t o I I I -出 蘸套 a 黔 f l 年内结束， 并提交了试验报告， 如今已经在矿山生 产中大量应用。 采矿方法试验研究采用阶段空场、 上向分层 联合开采方案， 其优点是 作业安全、 工艺简单、 生 产效率高、 生产能力大、 机械化程度较高、 能减轻 工人劳动强度。矿山现有生产设备满足技术要 求， 无须新增设备及进行相应培训。其不足之处 采切工程量相对较大、 若上下盘围岩不稳固时， 一 步回采贫化难以控制; 不能施行分采、 分运， 不论 何种矿石在采场中一律混合在一起， 无法进行配 矿。应用此种方法对三个试验采场矿房及矿柱进 行采矿和充填， 其实际的技术经济指标如下 采矿 损失率4 . 1 2 , 贫化率5 . 2 0 ， 均低于设计损失 率8 ， 贫化率 8 的指标; 采场生产能力 3 1 2 t / d ， 比设计值高 2 5 . 5 ; 千吨采切比5 . 1 2 m / k t , 比 设计值 4 . 0 7 m / k t 略高; 充填直接生产成本 2 3 . 6 元八， 比设计值2 5 . 8 0 元八低。实践证明， 本次采矿方法试验效果理想， 达到了试验的预期 目的， 因此， 自2 0 0 4 年开始工业应用。 T e s t a n d s t u d y o n , s u b l e v e l c a v i n g s t a g e o p e n - s t o p e a n d o v e r h a n d c o mb i n a t i o n c u t - a n d - f i l l m i n i n g m e t h o d T I A N X i a n - g a o S a n x i n g C u p p e r C o . L t d . ， D a y e H u b e i 4 3 5 1 0 0 , C h i n a 图 1 阶段空场与上向分层联合 充填采矿法示意图 1 一中深孔; 2 一 三角形人工胶结柱; 3 一出矿侧面巷; 4 一出矿巷道; 5 - 受矿堑沟; 6 - 溜矿井; 7 一 脉外穿脉; 8 一 下盘运输巷; 9 一 人行井; 1 0 - 脉内沿脉; 1 1 一人工假底; 1 2 一 人工溜井; 1 3 一充填体。 6 采矿方法试验结果 本次试验在一 4 7 0 m中段0 4 线至0 8 线区段 进行， 主要有 5 4 1 , 5 6 1 , 5 8 1 号采场。由于加强了 试验项目管理， 整个试验工作基本按要求在 2 . 5 A b s t r a c t ; B a s e d o n s o m e p r o b l e m s o c c u r r e d i n m i n in g o p e r a t io n , s u c h a s p o o r q u a li t y i n f i ll i n g , l a r g e n u m b e r o f p il l a r , lo w e r p r o d u c - t io n e f f ic i e n c y , h ig h c o s t e t c . t e s t a n d s t u d y o n n e w h i g h e f f i c i e n c y m in i n g m e t h o d , m i d d l e - l e n g t h h o l e s u b - l e v e l o p e n s t o p in g s u b s e q u e n t c e m e n t f i l l in g a n d o v e r h a n d f l a t l a r g e s l ic i n g p i lla r m in in g , w e r e m a d e f o r m i n in g r o o m a n d p i ll a r in i n t e r v a l a n d c o n t i n u a t io n d e - s i g n e d l y a n d s o l v in g t h e p r o b l e m s , im p r o v i n g p r o d u c t io n e f f ic ie n c y . I n r e s u l t , g o o d t e c h n i c a l a n d e c o n o m i c e f f e c t h a v e g o t b y t h e t e s t a n d s t u d y f o r s e v e r a l y e a r s . K e y w o r d s ; m u l t i- m e t a l g o ld d e p o s i t ; s t e e p l y i n c l in e d t h i c k b o d y ; n e w h ig h e f f ic i e n c y m i n in g m e t h o d ; t e s t a n d s t u d y 31