冬瓜山铜矿床1000m深井开采技术问题的思考.pdf

ISSN1671-2900 CN43-1347/TD 采矿技术 第4卷 第3期 MiningTechnolo gy,Vol.4,No.3 2004 年9月 Sep.2004 冬瓜山铜矿床1000m深井开采技术问题的思考 胡国斌1,袁世伦2,杨承祥1 1. 铜都铜业狮子山铜矿, 安徽 铜陵市 244000; 2.铜陵有色金属集团公司技术中心, 安徽 铜陵市 244000 摘 要针对冬瓜山铜矿床开采需要解决的技术问题以及前期开展的一些研究工作,在矿 井热害防治、 深井地压管理、 采矿方法以及深井涌水等方面提出了建议和解决措施。 关键词冬瓜山;铜矿床;深井开采;开采技术 1 冬瓜山矿床简况 冬瓜山矿床位于狮子山矿区,属安徽铜都铜业 股份公司狮子山铜矿的深部矿体。冬瓜山铜矿床共 有铜、 硫、 铁矿体140多个,其中主矿体1个编号为 Ⅰ , 其储量占总储量的98.8。主矿体赋存于泥 盆系上统五通组顶界和石炭系中上统层位中,位于 青山背斜深部的轴部及两翼,属层控矽卡岩型大型 铜矿床。 主矿体水平投影走向长1810m,最大宽度882 m,最小宽度204m,平均宽度500m,最大厚度 100.67m,最小厚度1.13m,平均厚度34m,矿体 走向NE35 ～40,矿体两翼分别向北西、 南东倾斜, 倾角最大可达30 ～40;矿体沿走向向北东侧伏,侧 伏角10 左右。矿体埋藏较深,赋存于-690～ -1007m之间。矿体直接顶板主要为大理岩,矿体 底板主要为粉砂岩和石英闪长岩。矿体主要为含铜 磁铁矿、 含铜蛇纹石和含铜矽卡岩。主矿体平均含 铜1.01,含硫19.7,含金0.29 g/t。矿山设计 年生产能力300万t,选用的采矿方法为 “阶段空场 嗣后充填采矿法” 2 冬瓜山矿床深井开采的技术问题 冬瓜山矿床是目前国内发现的埋深最大的一个 铜矿床。该矿床埋藏深、 含硫高、 规模大,开采时许 多技术问题需要解决,且有些问题的解决目前国内 尚无成熟的经验可供借鉴。这些技术问题主要有以 下几方面。 2. 1 深井热害和通风降温问题 冬瓜山矿床深井热害显而易见,已施工的主井 -888m水平以下和-730m、-790m水平及目前 开拓的-875m水平气温高达30～39℃ 就是明证, 岩温高是井下生产工作面气温高、 工作条件差的主 要原因。此外,矿山在生产过程中还会增加新的热 源,如井下的机电设备、 柴油设备,矿物氧化,热水 涌出等。因此,热害问题始终存在于矿山的基建和 生产中,通风降温工作是冬瓜山矿床生产需要解决 的重要课题之一。 2. 2 深井采矿的地压管理问题 地压管理是深井采矿中一个很重要、 很突出的 问题,它直接关系到采矿生产能否顺利进行和生产 成本的高低。岩爆是深井采矿中地压显现一种较为 普遍的现象。由于冬瓜山矿体为高地应力矿体,岩 爆是冬瓜山矿体深部开采可能存在的主要技术问题 之一,并且在冬瓜山矿床基建过程中已发生岩爆事 件多起。 2. 3 深井采矿的采矿方法及工艺问题 由于冬瓜山矿床的特点和矿山生产规模及开采 技术条件等,要求选用的采矿方法必须安全、 高效、 高强度、 低成本,初步设计推荐采用阶段空场嗣后充 填采矿法。尽管采矿方法已选定;由于冬瓜山矿床 似层状缓倾斜至水平矿体厚度变化较大,该方法在 实际应用中也会存在一些问题需要解决;如冬瓜山 矿床属高地应力矿体,在采矿过程中如何慎重决定 矿柱矿房的形状尺寸和分布等,又如高落差的充填 工艺及低成本充填料制备等。 2. 4 冬瓜山矿石的自燃发火倾向问题 冬瓜山矿床属高硫含硫17 多金属矿床,含 有少量胶状黄铁矿,存在可能发生氧化自燃的客观 条件。 2. 5 深井涌水问题 由于不可预测的岩石裂隙及岩层移动,深部开 采系统中,常有突发大量涌出压力水的危险。大量 不受控制的水流会迅速涌入采掘作业地点,给正常 作业生产带来危害。如冬瓜山主井在-899m和西 风井在-790m的回风道就出现过较大涌水。 3 冬瓜山矿床前期的研究工作 3. 1 岩石力学研究 1992年北京有色冶金设计研究总院开展了 “冬 瓜山矿床岩石力学试验研究”,研究结果表明冬瓜 山矿床原岩应力在方向和数量上主要受地质构造控 制。最大主应力方向与矿体走向大体一致,为NE ～SE方向,近似水平,量值在30～38MPa之间,属 高应力区。 3. 2 深井采矿综合技术研究 “冬瓜山千米深井300万t级矿山强化开采综合 技术研究” 是国家 “九五” 科技攻关项目,主要开展了 理论和室内试验研究工作,研究的主要内容如下。 1深井矿山岩层控制理论和技术,包括开采 技术条件研究;岩爆预测预报技术研究等。 2深井矿山强化开采技术,包括采矿方法试 验研究;充填材料选择配比及力学试验研究等。 3深井矿山环境控制研究,包括高温矿床热 源调查及地温规律研究;冬瓜山高温高硫矿床矿石 自燃性研究等。 4 措施与建议 针对冬瓜山矿床深井开采面临的诸多技术问 题,笔者通过大量国外同类或相似矿床开采的技术 资料分析比较,提出了解决问题的一些技术措施和 建议。 4. 1 冬瓜山矿井热害防治及通风降温措施 1隔绝热源。冬瓜山矿床属地热型热害矿 井,热源主要来自高温岩层,并通过井巷岩壁散发热 量。因此,可采用隔热材料喷涂岩壁,防止围岩传 热。国外类似矿山采用过赛璐珞泡沫、 硬质氨基甲 酸泡沫等隔热材料。 2加强通风。加强通风是改善矿井湿热条件 简便易行的方法,在矿井热害不太严重的情况下,适 当加大风量,提高风速,可以调节人体的散热条件, 增加舒适感,一般采掘工作面的风速以1～1.5m/s 为宜。 3减湿降温和增湿降温。相对湿度直接影响 人体蒸发散热,空气湿度过大,人体的散热条件就 差,体温增长较快,控制矿井空气的湿度,对改善矿 井气候条件是很有必要的。降温的措施是封闭潮湿 巷道的岩壁和加强对井下淋水的管理,防止水蒸气 进入风流中。相反,在相对湿度小于20～30的 干燥风流中,向进风流中喷水,使空气的含湿量增 加,利用水的汽化吸热,使空气温度降低。向通往工 作面的风筒内喷冷水,也是降温的有效措施。 4个人防护。研制工人用冷却工作服。 5人工制冷。对于局部高温区域采用局部制 冷如采用空气膨胀制冷、 蒸气压缩制冷等移动式制 冷方法。 6提高通风效率是改善矿井气温条件的有效 途径之一。 7合理选择通风方式及开采方法。进风巷道 距离加长和沿途各种热源都关系着风流的焓值而直 接影响通风效率。在相同条件下,采用混合式通风 时,巷道末端风温最低。国外高温矿山的生产实践 证明,从通风降温的角度看,充填采矿法要比崩落法 更有利。 4. 2 深井地压管理 由于冬瓜山矿床为高地应力矿体,“九五” 攻关 研究结果表明冬瓜山矿床开采既具备发生岩爆的 岩石条件又具备发生岩爆的应力条件。因此,加强 冬瓜山矿床开采时的地压管理,做好岩爆的预测预 报工作是十分重要的。具体可从下面几方面入手。 1施工处于岩爆高危险区的大断面硐室巷 道时,可以采用先掘小断面导硐,然后再刷大到最 终断面的施工方法。 2施工中,加强对各种异常现象和岩爆前兆 的观察记录、 汇报、 警告和调度,并采取相应措施。 3尽量采用柔性支护。 4建立一套完整的岩爆监测系统,对整个矿 山开采范围的各个采区进行实时监测,及时预报。 5对矿山生产人员进行岩爆前兆、 岩爆特性、 岩爆危害等知识的普及教育。 4. 3 深井采矿方法及工艺 冬瓜山矿床深井采矿方法初步设计选定为阶段 空场嗣后充填采矿法。冬瓜山矿床为有岩爆倾向的 深埋矿床,在回采顺序及工艺方面必须有利于控制 岩爆。因此,要从以下几方面采取措施。 1总回采顺序 。 垂直矿体走向方向上,由 下转第43页 5第4卷第3期 胡国斌,等 冬瓜山铜矿床1000m深井开采技术问题 杆钢筋托梁的支护效果。 4锚杆的安装要严格按照规程的要求执行, 特别是顶两侧锚杆的角度要保证,使巷道两侧岩体 抗剪力得到提高。边帮锚杆的安装质量将直接影响 煤层的稳定性,施工中应严格把关,保证施工质量。 5锚杆安装时,托板必须给予围岩足够的预 紧力,防止岩层间的错位和离层,螺母的拧紧力矩应 达到100Nm。 6有地质构造破坏的地段如无炭柱、 小断层 等,可以考虑采用工字钢、 锚杆联合支护方式。 收稿日期2004-02-08 作者简介张慧红1967- ,男,山西省高平市人,工程师,现 在山西省潞安矿业集团公司常村煤矿工作, 上接第5页背斜轴部向两翼推进;在沿矿体 走向上由中央厚大部位向两端推进;局部遇断层和 岩墙等地质弱面时,由弱面向远处推进。 2采用嗣后充填法开采,及时对空区进行充 填,在岩爆发生前,有效控制应力集中和转移。 3采场沿矿体走向布置,使采场长轴方向与 最大主应力方向呈小角度相交,让采场处于较好的 受力状态。 4采场结构布置。采矿工艺选择尽量让人员 和设备不在采场暴露面下作业。 5控制一次爆破矿石量,控制能量释放率。 4. 4 矿石发火倾向控制 研究表明,冬瓜山矿石部分有自燃倾向性,只要 采取适当的措施,矿石的自燃问题是可以消除的。 可考虑采取如下措施 1采用嗣后充填法回采。选用高效率的凿岩 和出矿设备,尽快将崩落的矿石运出采场,以减缓松 散矿石聚热升温的可能性;及时充填空区,做到强 采、 强出、 强充,缩短采矿周期。 2采场结构布置使每个采场都有贯穿风流通 风,且风速达1.5m/s左右,使矿石放出的热量及时 排出。 3控制一次爆破矿石量,以达到减少松散矿 石聚热升温的目的。 4建立专门的通风降温及防灭火部门,加强 对采场SO2等气体的监测,及时密闭废弃的采空区 与巷道。 4. 5 深井涌水治理 深井主泵站建成后,排水能力有了基本保证。 在生产过程中仍要从下列几方面采取措施。 1在可能含水地段掘进时必须坚持超前 探水。 2坑内的一些重要硐室,如主溜井、 坑内破碎 站、 配电硐室等,可能揭露较大出水点时,要采取预 注浆堵水措施,以消除地下水对这些工程正常功能 的影响。 3北部的专用回风井及回风平巷位于碳酸盐 岩层中,可能遇到较大的出水点。特别是浅部岩溶 含水层中的出水点要提前采用注浆封堵,以尽可能 减少矿坑涌水量。 4矿床北部,特别是67线以北,含水构造较 发育且富水性较强。含水构造可能切穿矿体上方砂 页岩弱含水层。因此,在开拓前还应适当提前进行 控制放水,使地下水位逐渐降低。避免因突水或水 位突降对地表环境或地下生产造成大的影响。 5矿山基建期间要做好矿坑涌水水量、 水温、 水位、 水压的动态监测和施工工程的水文地质编录 工作。 5 结 语 深井开采是一项涉及多学科的复杂工程,也是 关系到未来10～30年矿业能否可持续发展的社会 工程,希望引起国家重视。建议通过组织全国各方 面力量联合攻关,创造一个能保证1000m以下深度 安全、 高效、 经济开采矿产资源的技术和人力资源平 台,解决冬瓜山铜矿床深井开采面临的关键技术问 题,保证冬瓜山铜矿按期达标达产,实现安全、 高效、 低成本、 无废害开采的目标。研究开发出具有自主 知识产权的深井开采综合技术成果,推动采矿技术 的进步,为我国未来10～30年深井大规模开采奠定 良好的技术基础和提供技术保障。 参考文献 [1 ]北京有色冶金设计研究总院.铜都铜业股份有限公司冬瓜山 铜矿初步设计[R].2001,3189～200. [2 ]北京有色冶金设计研究总院采矿室、 铜陵有色金属公司信息 中心.深井开采技术资料汇编[R].1993,2229～232. [3 ]蔡美峰.金属矿山当前面临的主要问题及对策[J].矿业工 程,2003 ,21 40～43. 收稿日期2004-03-18 作者简介胡国斌1967- ,男,博士,高级工程师,安徽南陵 人,主要从事采矿生产及技术管理工作。 34第4卷第3期 张慧红 锚杆钢筋托梁组合支护的应用