采空区废碴充填方案优化选择及矿柱的回收实施方案.pdf

第4期总第164期冶 金 丛 刊Sum. 164 No. 4 2 0 0 6年8月METALLURGICAL COLLECTI ONSAugust 2 0 0 6 采空区废碴充填方案优化选择 及矿柱的回收实施方案 翁哲伟 潘洛铁矿 摘 要 潘洛铁矿通过对采空区充填方案的优化设计及施工,解决了矿山的部分废碴堆置问题,消除矿山安全隐 患,提高矿石的回收率。本文对此进行了具体介绍。 关键词 充填方案优化;矿柱回收;安全环保 中图分类号 TD853. 391 文献标识码A 文章编号 1671 - 38182006 04 - 0015 - 03 OPTI M IZED SELECTI ON FOR EM PTY2M INING AREA RESI DUE FI LL ING2UP PLAN ore pillar recycle; safety and environmental protection 1 概况 潘洛铁矿洛阳矿区南矿段自地下开采以来,形 成井下大小空区近20个,按25万t/年采矿量计算, 采空区将以6万m 3 /年的速度递增。虽然目前的采 空区均处于相对稳定的状态,但随着时间的推移,暴 露面积的不断扩大,难以保持长期稳定。另选矿尾 砂逐年递增,按尾砂年产9. 5万m 3 及选厂生产时间 16年计算,需库容量152万m 3 ,目前主要靠三角凹 地小尾矿库贮存尾砂及尾砂干排,但仍然无法满足 排尾需要。若将上述问题互补性地结合起来考虑, 将尾矿或废碴排至采空区,既解决了尾矿堆放问题, 又能较好地解决采空区的安全隐患问题。 2 开采条件和开采现状 根据地质报告,洛阳矿区该采场有3个矿体,即 1 、 2 矿体上部和 17 矿体 ,分布在750～850勘探 线。矿体赋存标高在145～185m之间,走向北西, 倾向北东,采场走向长160m,水平投影宽60m,分 165m和150m二个分段进行回采。 按原地质报告和剖面图计算,该处共有矿量45 万t,其中1 矿体 20万t, 17 和 2 矿体上部 25万t, 至今已采出35万t矿石,其中1 矿体 13万t, 2 矿 体上部属及17 矿体 22万t,尚存矿量10万t。 就目前的开采状况看来,采空区主要分布在采 场的东北和西北部,而西南和东南由于围岩较为破 碎,矿体不稳固及涌水量较大等原因,只回采部分的 矿量。目前最大的采空区走向长160m,宽20m,平 均采高30m,采空区容积达75 000m 3 ,且150m和 165m二分段已采通,最高的标高为184. 7m,最低的 标高145. 0m 见图 1 。 由于采场所处的位置较为特殊,西边有坑采主 井井筒、 卷扬机房和工业设施;南边有207公路主干 道;东边上部有矿石堆场及破碎机等工业设施,若该 采空区失稳、 破坏,将严重危及矿山生产。根据这种 情况,拟对采空区进行充填处理保护,并对矿柱、 边 角残矿进行回收。 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 16 冶 金 丛 刊总第164期 1 - 150m阶段运巷; 2 - 160m阶段运巷; 3 -矿体界线; 4 -泄水 井; 5 -充填井; 6、7、8、9、10、11 -分别为 Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ、 Ⅴ、 Ⅵ矿 柱; 12 -充填振动漏斗 图1 采空区充填及矿柱回收水平投影图 3 采空区充填方案 根据实际情况,考虑采用废碴充填为主、 尾砂充 填为辅的充填方案。 该方案的特点是在采空区顶部选择一合适的 地点布置一条废碴充填井与地表贯通已完成 , 废 碴井的中心座标为X 3 259. 3; Y 9 680. 6,最低的标 高184. 6m,地表标高208. 5m,垂直高度为23. 9m。 废碴充填井施工完成后,在150m中段 130 ～ 150m泄水井附近建一条泄水井与泄水联络巷至 185m 标高与废碴充填井联通见图1 ,以利于尾砂废水泄入 主井130m中段。同时为了使废碴自行充填采空区,需 对充填井下部进行局部刷大,工程量约100m 3。 上述工程完成后,将选矿及掘进废碴用汽车运 送,排入采场地表废碴充填井,用废碴对采空区进行 充填。充填标高150～180m,充填容积为50 000m 3。 待废碴无法再行充填后,用尾砂经管道输送对剩余 空区进行充填。充填容积为11 250m 3 ,有效总容积 为61 250m 3 ,尾砂废水经由泄水井排至130m中段。 经过对采空区的充填,实现采空区的管理以及 工业设施的保护和环境保护等问题。 4 废碴充填实施方案的分析比较与确定 由于自然安息角的因素,废碴只能充填以充填 井为中心的附近采空区,距充填井较远的采空区则 无法自行充填。为达到有效充填的目的,在实施过 程中需增加辅助工程,根据实际情况,有两个方案可 行。方案一是电耙辅助充填,方案二是振动漏斗井 下运输车装运辅助充填。这两个方案虽均可行,但 实施管理和经济效益不同,现分述如下。 4. 1 方案一 电耙辅助充填方案的主要特点是利用电耙 30kW将充填井卸下的废碴整平、 填高,以达到有 效充填、 提高充填率的目的。在采空区的废碴经充 填井自行填满堆高后,以充填井为中心,用电耙将废 碴往四周较远的采空区耙平、 堆高,经过边充填边耙 平的循环作业,实现对采空区的有效充填。 由于150m、165m二分段已采通,视采空区实际情 况,若有必要,需施工人行联络道及电耙硐室,以确保 作业安全,电耙作业平台则随采空区的填高而抬高。 需充填的采空区按87 500m 3 采矿量35万t 密度4t/m 3 计算,可充填的采空区按61 250m3 75 000m 3 70 计算,电耙辅助充填废碴的充填率取 80 ,则废碴可充填的容积为50 000m 3 ,需电耙耙平 的废碴量为40 000m 3 50 000m 3 -自行充填量10 000m 3 。假如所需人工取3人/台班,电耙工效取 30m 3 /台班,则总台班数为1 334台班,按2班/日作 业,则完成时间为667日。若废碴不能满足作业需 求,完成时间则更长。根据上述参数,该方案的充填 费用估算见表1。 表1 电耙辅助充填方案费用估算表 项 目数量单价/元合价/元 工 程 费 电耙硐室/个42 50010 000 电耙及安装/台24 00080 000 合计90 000 经 营 费 人工/工作日40 00025100 000 电量/kWh240 0000. 7168 000 每月基本电量/kWh6671610 672 材料/m340 0000. 520 000 维修/m340 0000. 28 000 其它131 749 合计438 421 总 计528 421 从表1可知,此方案的总投资费用为52. 84万元, 按充填量4万m 3 计算,充填成本为13. 21元/m 3。 此方案的优点是废碴易于整平、 填高;人员不需 长期滞留采空区内,相对安全;所需作业人员较少。 缺点是边角不规则及较远的空区较难充填;工 效相对较低;充填成本相对较高;可操作性差。 4. 2 方案二 振动漏斗井下运输车装运辅助充填方案的特点 是利用振动漏斗将废碴装入井下运输土炮车, 运至周边采空区充填,以达到有效充填、 提高充填率 的目的。在充填井下部150m、165m标高分别安装 一振动漏斗座标及工程量略 , 将废碴用振动漏斗 装入土炮车,再由土炮车将废碴运往周边采空区进 行充填。充填时按由里及外、 由大及小的原则充填。 充填高度视土炮车的运载爬坡能力而定,直至无法 填高为止。该方案的废碴充填率取80 ,则需土炮 车充填的废碴量为40 000m 3 61 250m 3 80 -自 行充填量10 000m 3 。假如所需作业人员取4人/工 班,工效取45m 3 /工班,则总工班数为889工班,按2 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第4期翁哲伟采空区废碴充填方案优化选择及矿柱的回收实施方案17 班/日作业,则完成时间为445日。根据上述参数, 该方案的充填费用估算见表2。 表2 振动漏斗井下运输装运辅助充填方案费用估算表 项 目数量单价/元合价/元 工 程 费 漏斗斗颈/个23 2006 400 扩漏/个23 5007 000 振动漏斗及安装/台220 00040 000 土炮车/辆125 00025 000 合 计78400 经 营 费 人工/工作日3 5562588 900 电量/kWh4 0000. 72 800 每月基本电量/kWh5416864 柴油/kg16 0003. 556 000 维修/m340 0000. 520 000 其它72 418 合 计240 982 总 计319 382 从表2可见,此方案总投资费用为31. 94万元, 按充填量4万m 3 计算,充填成本为7. 99元/m 3。 此方案的优点是工效相对较高;充填成本相对 较低;易于对边角不规则空区的充填。 缺点是不易整平、 填高;充填率相对较低;所需 作业人员相对较多。 4. 3 方案比较与确定 为选择合适方案,对上述二方案进行技术比较, 见表3。 表3 废碴充填方案技术经济比较表 项目方案一方案二 工程投资/元90 00078 400 充填总费用/元528 421319 382 充填成本/元 m - 3 13. 217. 99 充填管理较难较易 灵活性较差较好 操作性较差较强 从表3看出,方案二明显占优,具有工程投资费 用少、 充填成本低、 管理较易、 操作性强等优点。根据 新1 采空区的实际情况以及方案的分析比较 ,选择采 用方案二,即振动漏斗井下运输车辅助充填方案。 5 振动漏斗井下运输车辅助充填方案 的组织与施工 因原新1 采矿队伍对采场空区的情况较为熟悉 , 所以该方案的实施仍由该队负责;且目前仍在新1 采 场进行收尾采矿,作业人员的配置较为灵活机动。 工期长短则视废碴能否满足充填的需求。废碴 来源主要是洛阳采区选矿的磁抛废碴,选矿磁抛废 碴量为2. 5万m 3 /年。另外生安科民采的掘进废碴 为0. 5万m 3 /年。总计3万m 3 /年月产废碴为 2 500m 3 ,日产废碴为83m 3 。这样至少需有20个 月所产出的废碴方能满足充填所需,若有其它废碴 来源,则能相应缩短工期。 选矿废碴由洛阳机采队负责装运并卸至地表充 填井。充填井口由施工队负责派专人管理,待废碴 填满充填井后,则可进行井下充填作业。作业时, 1 人负责振动漏斗, 1人负责运输, 2人负责耙碴。充 填时应按由里及外、 由下至上的原则进行充填。首 先对东北侧150m标高的采空区进行充填,待土炮 无法爬高时,则从165m标高继续,直到将该侧采空 区充填满。其次对东南侧及中部的采空区进行充 填,同时在不影响运输的前提下对西南侧150m标 高的空区进行充填。最后对165m标高剩余的空区 进行充填。在进行165m标高的充填时,由于运输 巷道已经破坏,所以需先填平,将破坏的运输通道恢 复方可进行土炮充填。 6 矿柱及间柱的回收实施方案 根据实际情况,由于165m中段的4 、 5 、 6 矿柱 距主井及地表卷扬机房等工业设施最近,因此6 矿 柱不予回收, 4 、 5 矿柱可部分回收 ,但仍应保留规 格5 5m 。8线采空区根据分布情况, 1 、 3 矿柱可 部分回收,但仍需按55m规格留设; 2 矿柱则可 以全部回收。150～165m的间柱除矿柱相重叠部 位,其余间柱皆可回收。 矿柱、 间柱回收顺序 1 2 3 4 5 矿柱 , 并遵循边充填边回采的原则。首先,在东北侧空区 充填完后,对1 矿柱进行保护性回采和 2 矿柱的破 坏性回采。其次,在充填东南侧及中部空区时,可边 充填边进行3 矿柱的保护性回采及间柱的破坏性 回采。在工程后期,对4 、 5 矿柱进行保护性回采。 经过对矿柱、 间柱的回采,预计可多回收矿石7 万t。其技术经济指标见表4。 表4 技术经济指标表 项 目指标 矿石回收量/t70 000 矿石回收成本/元 t- 125 矿石回收率/93 废碴充填率/80 废碴充填量/m350 000 单位充填成本/元 m - 3 7. 99 废碴充填费用/万元32 单位矿石充填成本/元 t- 14. 57 7 结束语 综上所述,该方案的施行,不但可以解决矿山生 产废碴的排放问题,利于环境保护,同时还为潘洛铁 矿将来的采空区充填方案的施行提供了实践经验。 而且该矿体的回采率提高了9 ,多回收矿石7万 t,经济效益明显。 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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