黄山南铜镍矿采矿方法优化选择及应用.pdf
书书书 2 0 1 9年第 6期/ 第 4 0卷 黄 金 G O L D 采 矿 工 程3 5 黄山南铜镍矿采矿方法优化选择及应用 收稿日期 2 0 1 8- 1 2- 2 4 ;修回日期 2 0 1 9- 0 3- 2 5 作者简介 高鹏举( 1 9 6 6 ) , 男, 青海西宁人, 高级工程师, 主要从事矿山技术研究及管理工作; 西宁市五四大街 5 2号, 西部矿业集团有限公司, 8 1 0 0 0 0 ; E m a i l g a o p e n g j u b y n e @1 2 6 . c o m 高鹏举1, 周 礼2 ( 1 . 西部矿业集团有限公司; 2 . 长沙矿山研究院有限责任公司) 摘要 黄山南铜镍矿原采用自然崩落采矿法回采, 采矿损失贫化大, 技术经济指标差, 需进行采 矿方法优化选择。根据矿山开采技术条件, 初步选择了可能适合黄山南铜镍矿的采矿方法, 通过技 术经济比较, 推荐采用大直径深孔阶段空场胶结充填采矿法进行回采。现场工业应用取得了较好 的技术经济指标 采场生产能力 4 0 0t / d , 采矿损失率 1 2 . 5%, 矿石贫化率 9 . 5%, 采矿直接成本 2 9 . 9 0元/ t , 充填成本 2 0 . 2 8元/ t 。研究成果对同类型矿山采矿方法选择具有一定的借鉴和指导意 义。 关键词 低品位; 采矿方法; 大直径; 阶段空场; 胶结充填; V C R法; 分段侧向崩矿 中图分类号 T D 8 5 3 . 3 4 文章编号 1 0 0 1- 1 2 7 7 ( 2 0 1 9 ) 0 6- 0 0 3 5- 0 5 文献标志码 Ad o i 1 0 . 1 1 7 9 2 / h j 2 0 1 9 0 6 0 8 引 言 采矿方法选择是地下矿山最核心也是最关键的 技术问题, 采矿方法的优劣与矿山整体经济效益的好 坏息息相关[ 1 - 2 ]。对于矿山开采而言, 其选择采用的 采矿方法要满足矿山企业 2个方面的要求 一是回采 作业安全高效; 二是能够取得好的经济效益[ 3 - 4 ]。不 同矿山的开采技术条件千差万别, 因此采矿方法的选 择是一个较为复杂的问题, 需结合矿体赋存特点、 工 程地质条件、 地质品位等开采技术条件及矿产品市场 价格等因素综合考虑[ 5 - 6 ]。 新疆瑞伦矿业有限责任公司黄山南铜镍矿( 下 称“ 黄山南铜镍矿” ) 为西部矿业集团有限公司下属 矿山, 位于新疆维吾尔自治区哈密市小黄山南, 开采 方式为地下开采, 采选设计能力 6 0万 t / a 。黄山南铜 镍矿原采用自然崩落采矿法回采, 采场沿矿体走向布 置, 回采时首先在采场底部采用扇形中深孔拉底, 拉 底高度 1 5m , 边拉底边出矿, 上部矿体在地应力及其 自重的作用下发生自然冒落, 垮塌下来的矿石经底部 结构铲出。该采矿方法在生产过程中暴露出以下主 要问题 ①采矿损失贫化大, 技术经济指标差。自然 崩落采矿法对矿岩稳固性变化适应性差, 且一经采用 就无法轻易调整, 现场多个采场由于矿岩较稳固, 采 场拉底后上部矿体无法自然崩落, 采矿损失率达 3 5% ~ 4 0%; 少部分采场能够自然冒落, 但采场放 矿过程中上下盘围岩也大量混入矿石中, 矿石贫化率 达 4 0%。②采场自然崩落矿石块度不易控制, 大块 率高, 二次破碎成本高, 且影响采场出矿效率和生产 能力。③由于采矿损失贫化大, 造成中段内采场消耗 速度快, 中段服务年限短, 采掘压力大。为解决上述 存在问题, 取得较好的经济效益, 西部矿业集团有限 公司开展了黄山南铜镍矿采矿方法优化专项研究, 推 荐该矿采用大直径深孔阶段空场胶结充填采矿法回 采[ 7 ]。 1 地质资源 1 . 1 矿区资源储量 根据矿区资源储量核实报告( 见表 1 ) , 黄山南铜 镍矿区合计保有资源量约 75 7 3 . 0万 t , N i 平均品位 0 . 3 3%, C u 平均品位 0 . 0 7%, N i 金属量 2 5 06 6 1t , C u 金属量 5 16 8 8t 。 表 1 矿区资源储量 保有资源量/ 万 t 平均品位/ %金属量/ t N iC uN iC u 75 7 3 . 00 . 3 30 . 0 72 5 06 6 15 16 8 8 1 . 2 设计利用资源储量 黄山南铜镍矿区资源储量巨大, 但矿区内大部分 矿体品位低, 且硅酸镍含量高, 在目前市场价格及选 矿技术水平条件下暂不具备回采价值。结合矿山开 拓工程现状, 本次采矿方法优化研究只考虑 5勘探 线2 2勘探线、 标高 2 1 5~ 4 5 5m范围内 N i 边界品 位≥0 . 4%以上的矿体。 经重新 圈 定, 本 次 设 计 利 用 资 源 量 合 计 约 3 6 采 矿 工 程 黄 金 4 1 6 . 7 万 t , N i 平均品位0 . 6 1%, C u 平均品位0 . 1 9%, N i 金属量 2 . 5 4万 t , C u 金属量 0 . 7 8万 t , 见表 2 。 表 2 设计利用资源储量 资源量/ 万 t 平均品位/ %金属量/ 万 t N iC uN iC u 4 1 6 . 70 . 6 10 . 1 92 . 5 40 . 7 8 2 开采技术条件 2 . 1 矿体特征 黄山南铜镍矿区 5勘探线2 2勘探线硫化镍矿 体成因类型为超基性岩浆熔离型, 矿体主要产于超基 性岩的二辉橄榄岩相和二辉辉石岩相之中, 全为隐伏 矿体, 矿体个数众多, 其中 1 6号矿体为主矿体。 1 6号矿体控制长 6 0 0m 、 推测长 8 0 0m , 最大宽 度 3 2 0m 、 平均宽度 2 3 0m , 平均厚度 2 0 . 3 8m , 最厚 达 5 0m , 矿体平均倾角约 6 5 。 2 . 2 工程地质条件 矿区地质岩组以基性超基性岩为主的, 其坚固 性较好, 按岩心块度统计划分岩体质量为一般良好, 但在破碎带及蚀变强烈地段, 岩石力学强度大幅度降 低。顶板岩石的抗压强度最低值为 6 4 . 9 9M P a , 抗剪 强度最低值为 1 0 . 6 1M P a , 矿层抗压强度和抗剪强度 最小值分别为 5 2 . 7 4M P a 和 9 . 0 3M P a , 抗压强度平 均值为 8 0~ 1 1 0M P a , 与一般岩浆岩力学指标相近。 矿区地质构造简单, 构造破碎带不发育, 矿体顶 底板岩层较完整稳固, 地下水不具较大的静水压力, 其他不良工程地质问题较单一, 对矿床开采影响程度 较轻。 3 采矿方法优选 3 . 1 选择原则 根据黄山南铜镍矿体赋存特点、 开采技术条件, 结合国内外同类型矿体开采现状和发展趋势, 采矿方 法选择时遵循以下原则 1 ) 所选采矿方法须保证人员设备在开采过程中 的安全, 同时具备良好作业条件。 2 ) 所选采矿方法须不破坏周边低品位矿体的开 采条件, 即实行保护性开采。 3 ) 所选采矿方法能够有效控制采矿损失贫化, 提高出矿品位, 延长矿山服务年限。 4 ) 所选采矿方法应对矿岩稳固性、 矿体产状变 化等情况具有较强的适应性。 5 ) 所选采矿方法应具有较大的生产能力, 能够 满足矿山 6 0万 t / a 的生产规模。 3 . 2 初 选 从上述地质资源可以看出, 整体来说黄山南铜镍 矿床属于低品位矿床, 矿石吨矿价值不高, 故采矿方 法选择时不宜采用效率低、 成本高的采矿方法。根据 黄山南铜镍矿开采技术条件, 三大类采矿方法中, 空 场采矿法可选择大直径深孔阶段空场采矿法, 充填采 矿法可选择大直径深孔阶段空场胶结充填采矿法, 崩 落采矿法则可采用无底柱分段崩落采矿法。 3 . 3 采矿方法比较 3 . 3 . 1 技术比较 如前所述, 黄山南铜镍矿矿体数量众多且整体品 位不高。在目前的市场价格条件下选择开采 N i 边界 品位≥0 . 4%的矿体, 但同时应保护 N i 边界品位 < 0 . 4%的低品位矿体, 选择保护性开采方法, 不破坏低 品位矿体的开采工程和技术条件。否则, 即使市场价 格上涨、 选矿技术进步使得低品位矿体具备回采价值, 已不具备回采条件或是增大其回采技术难度和成本。 崩落采矿法在回采矿石的同时崩落上盘围岩, 将 破坏周边低品位矿体开采技术条件, 造成大量矿产资 源报废而无法回收。同时, 其本身采矿损失贫化指标 亦难以控制到理想水平, 黄山南铜镍矿现采用的自然 崩落采矿法采矿损失率和矿石贫化率即达到2 0% ~ 4 0%。再者, 崩落采矿法只能采用单中段生产, 难以 达到 6 0万 t / a 的生产能力。 空场采矿法最大的问题是面临矿柱回收和空区 处理问题。矿柱采用空场崩落的方式进行回采, 采矿 损失贫化较大。若将空区密闭不能保证其稳定, 存在 较大安全隐患; 崩落空区需投入大量资金, 同时破坏 低品位矿体后续开采条件。此外, 西部矿业集团有限 公司旗下获各琦铜矿、 四川鑫源矿业公司等矿山初期 采用空场采矿法, 均存在采矿损失贫化大、 技术经济 指标差、 矿柱回收难度大等问题。 充填采矿法回采作业安全, 能有效控制采矿损失 贫化, 能尽量多地回收矿产资源, 延长矿山服务年限。 随着回采的进行及时处理采空区, 避免采区及其上覆 岩层垮塌, 有效保护低品位矿体开采技术条件, 实现 “ 保护性” 开采, 并且能够实现多中段同时生产, 确保 矿山生产能力。采用尾砂对采空区进行充填, 能处理 部分选矿尾砂, 减少其在地表的堆存, 社会和环保意 义明显。但是, 充填采矿法吨矿完全成本较空场采矿 法和崩落采矿法高。 通过上述比较可以得出, 除吨矿完全成本外, 充 填采矿法较空场采矿法、 崩落采矿法具有明显的优 势。 3 . 3 . 2 经济比较 以近 3年金属平均价格为基础进行经济比较, 结 2 0 1 9年第 6期/ 第 4 0卷 采 矿 工 程3 7 果见表 3 。充填采矿法经济效益最好, 可创造利润总 额 1 77 9 6 . 5 0万元, 其次为空场采矿法, 可创造利润 总额 1 31 6 1 . 9 0万元, 崩落采矿法经济效益最差, 为 80 5 6 . 5 8万元。 表 3 采矿方法经济效益比较结果 序号项目空场采矿法 充填采矿法 崩落采矿法 1地质矿量/ 万 t 4 1 6 . 7 0 4 1 6 . 7 0 4 1 6 . 7 0 2地质品位/ % 2 . 1N i0 . 6 10 . 6 10 . 6 1 2 . 2C u0 . 1 90 . 1 90 . 1 9 3金属量/ 万 t 3 . 1N i2 . 5 42 . 5 42 . 5 4 3 . 2C u0 . 7 80 . 7 80 . 7 8 4采矿损失率/ %2 0 . 0 01 2 . 5 02 5 . 0 0 5矿石贫化率/ %2 0 . 0 09 . 5 02 5 . 0 0 6出矿品位/ % 6 . 1N i0 . 4 8 80 . 5 5 20 . 4 5 8 6 . 2C u0 . 1 5 20 . 1 7 20 . 1 4 3 7采出矿量/ 万 t4 1 6 . 7 04 0 2 . 8 94 1 6 . 7 0 8采出金属量/ t 8 . 1N i2 03 3 4 . 9 6 2 22 4 1 . 3 6 1 90 6 4 . 0 3 8 . 2C u63 3 3 . 8 469 2 7 . 6 459 3 7 . 9 8 9选矿回收率/ % 9 . 1N i0 . 8 10 . 8 10 . 8 1 9 . 2C u0 . 7 70 . 7 70 . 7 7 1 0选出金属量/ t 1 0 . 1 N i1 64 7 1 . 3 2 1 80 1 5 . 5 0 1 54 4 1 . 8 6 1 0 . 2 C u48 7 7 . 0 653 3 4 . 2 845 7 2 . 2 4 1 1采矿成本/ 万元2 65 5 6 . 2 9 2 56 7 5 . 9 7 2 50 0 2 . 0 0 1 2充填成本/ 万元084 5 0 . 6 80 1 3选矿成本/ 万元3 64 7 3 . 7 5 3 52 6 4 . 6 8 3 64 7 3 . 7 5 1 4制造费用/ 万元3 03 6 1 . 8 0 2 93 5 5 . 3 4 3 03 6 1 . 8 0 1 5吨矿完全成本/ ( 元t - 1 )2 2 4 . 1 22 3 6 . 9 72 2 0 . 3 9 1 6精矿价格( 不含税) / ( 元t - 1 ) 1 6 . 1 N i5 51 8 3 . 3 3 5 51 8 3 . 3 3 5 51 8 3 . 3 3 1 6 . 2 C u3 21 0 8 . 5 5 3 21 0 8 . 5 5 3 21 0 8 . 5 5 1 7生产成本/ 万元9 33 9 1 . 8 5 9 87 4 6 . 6 6 9 18 3 7 . 5 5 1 8销售收入/ 万元1 0 65 5 3 . 7 4 1 1 65 4 3 . 1 5 9 98 9 4 . 1 3 1 9利润总额/ 万元1 31 6 1 . 9 0 1 77 9 6 . 5 080 5 6 . 5 8 3 . 4 采矿方法推荐 综合上述技术经济比较, 充填采矿法较空场采矿 法和崩落采矿法在技术和经济效益方面均具有较大 优势, 因此推荐黄山南铜镍矿采用充填采矿法开采, 即采用大直径深孔阶段空场胶结充填采矿法。 4 大直径深孔阶段空场胶结充填采矿法 大直径深孔阶段空场胶结充填采矿法把凿岩集 中在上中段凿岩水平, 采用潜孔钻机施工下向大直径 深孔, V C R法拉槽, 分段侧向崩矿, 崩落矿石集中在 中段底部出矿水平放出, 采空区嗣后充填, 其典型方 案见图 1 。 1 ) 采场布置及主要结构参数。当矿体厚度≥1 5m 时, 矿块垂直于矿体走向布置, 划分为矿房和矿柱两 步进行回采, 中段高度 6 0m , 矿房宽度 1 0~ 1 2m , 矿 柱宽度1 2~ 1 5m ; 当矿体厚度 < 1 5m时, 矿块可沿走 向布置, 沿走向长5 0~ 6 0m , 中段高度6 0m 。中段间 留设 8~ 1 0m顶柱。 2 ) 采准切割工程布置。主要采准切割工程有 脉外运输巷、 上盘回风巷、 凿岩硐室、 出矿平巷、 出矿 进路。大直径深孔阶段空场胶结充填采矿法采准切 割工程量见表 4 。 3 ) 回采工艺。 ( 1 ) 凿岩。拉底采用中深孔拉底, Y G Z- 9 0型凿 岩机施工扇形中深孔, 排距1 . 2 ~ 1 . 5m , 孔底距 1 . 8~ 2 . 0m , 逐次爆破形成堑沟底部结构; 大直径深孔采用 T 1 5 0 型潜孔钻机在凿岩硐室内施工钻孔, 孔深约5 0m , 钻孔直径 1 2 0m m , 排距为 2 . 8~ 3 . 0m , 孔距 3 . 5~ 4 . 0m [ 8 - 9 ]。 ( 2 ) 爆破。采场端部首先采用 V C R法拉槽, 然 后分段侧向爆破。侧向爆破时, 采用粉状硝铵炸药连 续耦合装药, 孔底堵塞长度 2m , 孔口堵塞长度 3~ 4m , 非电毫秒导爆管雷管微差起爆。 ( 3 ) 通风。新鲜风流经出矿平巷、 出矿进路流入 工作面, 洗刷后的污风经采空区汇入上中段回风巷。 ( 4 ) 出矿。爆下的矿石采用 1 . 5m 3铲运机集中 在采场底部出矿, 铲取矿石直接装入 2m 3矿车。 ( 5 ) 充填。一步骤矿房回采完毕后, 采用高强度 胶结充填体充填; 二步骤矿柱回采完毕后, 采空区采 用低强度胶结充填或分级尾砂充填。 4 ) 主要技术经济指标。2 0 1 8年 3 1 2月, 在黄 山南铜镍矿4 5 5中段1 0 # 采场进行了大直径深孔阶段 空场胶结充填采矿法现场工业试验, 试验采场合计采 出矿石 8 . 1 6万 t , 采矿损失率 1 2 . 5%, 矿石贫化率 9 . 5%。大直径深孔阶段空场胶结充填采矿法主要 技术经济指标见表 5 。 3 8 采 矿 工 程 黄 金 图 1 大直径深孔阶段空场胶结充填采矿法方案示意图 表 4 采准切割工程量统计结果 序号工程名称 断面 规格/ ( m m ) 面积/ m 2 长度/ m 体积/ m 3 1脉外运输巷2 . 8 2 . 87 . 8 41 51 1 7 . 6 2上盘回风巷2 . 8 2 . 87 . 8 41 51 1 7 . 6 3凿岩硐室4 . 0 3 . 01 2 . 0 01 5 318 3 6 . 0 4出矿平巷2 . 8 2 . 87 . 8 45 13 9 9 . 8 5出矿进路2 . 8 2 . 87 . 8 45 24 0 7 . 7 合计2 8 628 7 8 . 7 表 5 主要技术经济指标 序号项目名称指标备注 1采场生产能力/ ( t d - 1 )4 0 0 2采切比/ ( m k t - 1 )3 . 5 03 4 . 0 9m 3/ k t 3凿岩机台班效率/ [ m ( 台班)- 1]3 0~ 4 0 T- 1 5 0型潜孔凿岩机 4铲运机台班效率/ [ t ( 台班)- 1]2 5 0 5采矿损失率/ %1 2 . 5 6矿石贫化率/ %9 . 5 7采矿直接成本/ ( 元t - 1 )2 9 . 9 0含凿岩爆破出矿 8充填成本/ ( 元t - 1 )2 0 . 2 8 5 结 论 1 ) 黄山南铜镍矿区资源储量巨大, 但矿区内大 部分矿体品位低, 且硅酸镍含量高, 在目前市场价格 及选矿技术水平条件下暂不具备回采价值。经重新 圈定, 本次设计利用资源量合计约 4 1 6 . 7万 t , N i 平 均品位 0 . 6 1%, C u平均品位 0 . 1 9%, N i 金属量 2 . 5 4万 t , C u 金属量 0 . 7 8万 t 。 2 ) 经技术经济比较, 充填采矿法较空场采矿法、 崩落采矿法在技术经济方面均有明显优势, 因此推荐 黄山南铜镍矿采用充填采矿法, 即大直径深孔阶段空 场胶结充填采矿法。 3 ) 大直径深孔阶段空场胶结充填采矿法采场生产 能力4 0 0t / d , 采矿损失率1 2 . 5%, 矿石贫化率9 . 5%, 采矿直接成本 2 9 . 9 0元/ t , 充填成本 2 0 . 2 8元/ t 。技 术经济指标较好, 可供同类型矿山参考。 [ 参 考 文 献] [ 1 ] 解世俊. 金属矿床地下开采[ M ] . 2 版. 北京 冶金工业出版社, 2 0 0 8 . 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C h a n g s h aI n s t i t u t e o f M i n i n gR e s e a r c hC o . 牞 L t d . 牘 A b s t r a c t 牶 T h ep r e v i o u s l yu s e dn a t u r a l c a v i n g m i n i n g m e t h o di nH u a n g s h a n n a nC o p p e r - N i c k e l M i n e h a s h i g hm i n i n gl o s s a n dd i l u t i o nr a t e s a n dp o o r t e c h n i c a l a n de c o n o m i ci n d e x 牞 s ot h eo p t i m i z e ds e l e c t i o no f m i n i n gm e t h o di s c a r r i e do u t . B a s e do nt h et e c h n i c a l a n de c o n o m i c c o m p a r i s o n 牞 i t i s r e c o m m e n d e dt o u s e b i g d i a m e t e r l o n g h o l e b e n c ho p e n s t o p ea n dc e m e n t e db a c k f i l l m i n i n gm e t h o d . I n d u s t r i a l a p p l i c a t i o nh a sa c h i e v e dg o o dt e c h n i c a l a n de c o n o m i ci n d e x 牶 s t o p ep r o d u c t i o nc a p a c i t y 4 0 0t / d 牞 m i n i n gl o s s r a t e 1 2 . 5%牞 o r ed i l u t i o nr a t e 9 . 5%牞 d i r e c t m i n i n gc o s t 2 9 . 9 0y u a n / t 牞 b a c k f i l l c o s t 2 0 . 2 8y u a n / t . T h e r e s e a r c ha c h i e v e m e n t s h a v e r e f e r e n c e a n dg u i d i n g s i g n i f i c a n c e f o r t h e s a m e t y p e m i n e s w h e nm i n i n gm e t h o di s s e l e c t e d . K e y w o r d s 牶 l o wg r a d e 牷 m i n i n g m e t h o d 牷 b i g d i a m e t e r 牷 b e n c ho p e ns t o p e 牷 c e m e n t e db a c k f i l l 牷 V C Rm e t h o d 牷 s e c t i o n e d 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 l a t e r a l b l a s t i n g 黄金 正式加入 O S I D开放科学计划 黄金 从 2 0 1 9年 5月起正式加入 O S I D ( O p e nS c i e n c eI d e n t i t y ) 开放科学计划。将通过在文章上添加开放 科学二维标识码( O S I D码) , 为读者和作者提供一个与业界同行和专家进行学术交流的途径, 同时提供系列增 值服务, 提升论文的科研诚信。 O S I D开放科学计划, 是国家新闻出版署出版融合发展( 武汉) 重点实验室发起的一项促进学术交流, 推动 科研诚信的计划。通过 O S I D , 作者可以使用电脑或手机上传简短的语音、 视频、 文字介绍, 更加立体化地展示 和传播科研成果, 弥补纸刊载体的局限性, 也可与本专业其他研究人员互动、 交流, 提升论文的阅读量、 下载量 和引用率, 扩大论文和作者的影响力; 同时, 让科研过程可追溯, 提升研究成果的诚信质量。 O S I D码包括以下内容 ①作者介绍论文的语音, 内容包括研究方向、 研究目的、 研究意义, 以及研究前的准 备工作、 研究过程中的趣事等, 从而展现更多的研究细节; ②论文附加说明, 包括论文的相关图片和视频, 使纸 刊无法呈现的动态试验过程、 模拟计算结果等, 得到更直观的展示, 同时为论文提供科研诚信支撑; ③作者与读 者在线交流问答, 建立起论文的学术交流圈。 读者通过微信扫描论文上的 O S I D码, 即可看到作者对文章的介绍, 向作者提问, 或针对有探讨价值之处 与作者进一步互动沟通。 科技期刊数字化是期刊发展的必经之路, 随着移动互联网的普及, 二维码作为纸质版和数字化产品的纽 带, 为读者和作者提供了一个方便快捷的交流通道和更加丰富的内容表现形式。 黄金 加入 O S I D计划, 一方 面能给读者带来全新的阅读和讨论体验, 另一方面能使作者更严肃负责地对待所著论文, 促进优秀论文更好地 传播, 具有双向的促进作用。 黄金杂志社