阿尔登铅锌矿采矿方法优化研究(1).pdf

第71卷第6期韦 色金属（矿山部分）2019年11月 Doi 10. 3969力.issn. 1671-4172 . 2 019. 06. 002 阿尔登铅锌矿采矿方法优化研究 李阳松1,周礼2,3 （1.塔中矿业有限公司，塔吉克斯坦共和国胡占德； 2.长沙矿山研究院有限责任公司，长沙410012； 3.国家金属采矿工程技术研究中心，长沙410012） 摘要阿尔登铅锌矿采用浅孔留矿法回采，安全性差，贫化损失大，生产能力小，需进行采矿方法优化选择。 根据矿山开采技术条件，初步选择了适合阿尔登铅锌矿的采矿方法。通过技术经济比较，推荐采用分段空场采矿 法进行回采，采场生产能力250-300 t /d ,矿石损失率20〜25,贫化率15〜20。研究成果对同类矿山釆矿 方法选择具有一定的借鉴和指导意义。 关键词采矿工程；采矿方法；分段空场采矿法 中图分类号TD853. 32 文献标志码A 文章编号1671-4172（2019）06-0005-04 Optimization of mining in Alden Lead-Zinc Mine LI Ya ngso ng1 , ZHOU Li23 1. Ta zh o ng Mining Lt d . , Kh u d zh a nd , Ta jik ist a n； 2. Ch a ngsh a Inst it u t e o f Mining Resea rc h Co . , Lt d . , Ch a ngsh a 410012, Ch ina； 3. Na t io na l Engineering Resea rc h Cent er f o r Met a l Mining,Ch a ngsh a 410012,Ch ina AbstractSh a l l o w-h o l e sh rink a ge mining met h o d wa s u sed in Al d en l ea d -zinc o re,wit h po o r sa f et y, b ig d il u t io n a nd l o ss ra t io , sma l l pro d u c t io n c a pa c让y, t h eref o re it sh o u l d b e o pt imized . Sev era l po ssib l e mining met h o d s were sel ec t ed a c c o rd ing t o mining t ec h nic a l c o nd it io n o f d epo sit . Su b l ev el o pen st o pe met h o d wa s rec o mmend ed a s t h e b est b y c o nd u c t ing ec h nic a l a nd ec o no mic c o mpa riso n. Th e st o pe pro d u c t io n c a pa c it y wa s 250 300 t /d , t h e o re l o ss ra t io wa s 20 25 , a nd o re d il u t io n ra t io wa s 15 20. By t h e wa y, t h e resea rc h a c h iev ement h a s a c ert a in ref erenc e a nd gu id a nc e signif ic a nc e t o t h e sel ec t io n o f mining met h o d s f o r simil a r mines. Key wordsmining engineering；mining met h o d；su b l ev el o pen st o pe met h o d 阿尔登铅锌矿主要采用浅孔留矿法进行回采。 随着矿山生产能力的增大，浅孔留矿法在实际生产 中暴露出以下问题1）人员在大面积暴露顶板下作 业，安全性差，特别是该矿上盘矿岩交界处存在构造 破碎带，给安全生产带来极大压力，受上盘矿岩交界 处破碎带的影响，部分采场仅向上回采约10 m左 右即发生垮塌；2）采场生产能力小、效率低。采场采 用浅孔落矿，一次崩矿量小，且崩落矿石每次只能放 出约1/3,为满足生产能力不得不数十个采场同时 作业，回采战线长，安全生产及管理难度大；3）采场 基金项目“十二五”国家科技支撑计划课题（2015BAB14B01） 作者简介李阳松（1976），男，硕士研究生，采矿工程专业，主要从 事矿山技术研究及管理工作. 回采周期长，崩落矿石不能及时放出，后期采场大量 放矿时废石大量混入，矿石贫化严重。 矿山回采安全与经济效益与其所选择的采矿方 法及工艺直接挂钩卩幻，为保证回采作业安全，取得 理想的经济效益，应结合矿山的实际开采技术经济 条件选择合理的采矿方法，优化回采工艺[35] o本文 介绍了阿尔登铅锌矿采矿方法优化研究，及其回采 工艺及主要技术经济指标。 1 矿体特征和工程地质条件 1. 1矿体特征 阿尔登铅锌矿矿体呈层状产出，区内主要矿体 为VI-1矿体和VID-1矿体，其中VF1矿体位于VI-1矿 体的上盘，矿体间夹石厚度520 m不等。 6 韦 色金属（矿山部分） 第71卷 VI-1矿体分布于15〜40勘探线之间，走向长 1 870 m,斜长650 m,矿体走向北东45,倾向北西， 倾角70〜80,局部直立，平均厚度10 m。 Vf f l -1矿体分布于20〜40勘探线之间，长约620 m, 其中VI中段以上20〜28勘探线基本采空，G级储 量主要分布在V〜呱中段，其它特征同VI-1矿体。 1.2工程地质条件 矿区分布有沉积、岩浆、变质生成的各类岩石， 矿体下盘分布有花岗闪长岩、变质砂岩和变质喷出 岩，含矿围岩为矽卡岩，矿体上盘围岩为灰岩，其工 程地质条件有如下特点 1） 矿床的沉积-变质岩与火成岩都有较高的节 理性，影响其岩石的稳定性。 2） 岩石强度遇水强度降低，其软化系数为 0. 58〜1石灰岩、斑岩、凝灰岩、砂岩、花岗闪长岩的 硬度软化系数为0. 68-0. 75；多数岩石硬度软化系 数为 0. 770. 99。 3） 矿体及下盘岩体属于中等稳固-稳固岩体，而 矿体与上盘岩体交界处赋存有一条构造断裂带，稳 固性较差。 综上所述，区域工程地质条件复杂，为滑坡、泥 石流等不良地质灾害易发区，地下矿山巷道内工程 地质条件应属中等复杂程度。 2 采矿方法优化选择 2 .1采矿方法初选 根据阿尔登铅锌矿开采技术条件及回采条件, 结合矿山现有采装设备及技术力量，初步确定可采 用的采矿方法为分段空场采矿法和无底柱分段 崩落法嗣。 1）分段空场采矿法 分段空场采矿法采场沿矿体走向布置，中段内 矿体划分为2个分段自上而下进行开采，分段内采 用中深孔钻机凿岩，崩落矿石由本分段平底出矿结 构放出，铲运机出矿[I011] o分段空场采矿法典型方 案见图1 丁 B B 5 2-分段运输巷; 1-中段主运输巷; 15 4 7-回风联巷; 9-崩落矿石; 11-顶柱； 8-炮孔； 10-切割井（槽）； 12 -间柱； 14l下层矿体； 16-覆盖岩层； 13 6 7 6 7 卜 ■ 图1 13-上层矿体; Fig.l 15-夹石层; 17-采空区 分段空场采矿法典型方案图（单位m） Typical plan of sublevel open-stoping 凿岩巷、出矿穿脉、切割横巷、切割天井、分段溜井、 回风联巷等。单分段采切工程量约为 431 m/3 014 m1 2 3。 （1） 采场布置及结构参数 采场沿矿体走向布置，沿走向长50-60 m,宽 为矿体厚度。中段高度50 m,设2个分段，分段高 25 m,中（分）段间留68 m顶柱，采场间留设宽 5〜6 m间柱。 （2） 采准切割工程布置 主要的采切工程有斜坡道、分段运输巷、分段 斜坡道及分段运输巷斜坡道布置在矿体下盘 围岩中，坡度12〜16,分段运输巷布置在矿体 下盘10〜15 m0 分段凿岩巷沿着矿体中间或靠下盘位置布置 第6期 李阳松等阿尔登铅锌矿釆矿方法优化研究 7 分段凿岩受矿巷，每隔810 m布置1条出矿穿 脉连通上下盘矿体分段凿岩巷和分段运输巷。 3 回采顺序 单层矿体时，先采上分段矿房、然后回收顶柱和 间柱，再采下分段矿房；或先采上分段矿房、然后再 采下分段矿房，同时回收两分段顶柱和间柱。多层 矿体且矿体间夹层大于5 m时，同一分段内先采上 盘矿体再采下盘矿体，上分段矿体采后再采下分段 矿体。 4 回采工艺 首先在矿房中部或一端施工切割平巷及切割天 井，形成切割槽，然后以切割槽为自由爆破，崩落矿 石采用铲运机从出矿穿脉铲除。 凿岩爆破采场采用YGZ90钻机凿扇形中深 孔，炮孔直径60〜65 mm,排距1.4〜1.5 m,孔底距 1. 8〜2. 0 m；采用装药器装药,炮孔装药系数0. 7 0. 75,视补偿空间情况每次爆破崩落36排炮孔。 通风新鲜风流经中段运输巷、分段运输巷、出 矿穿脉，污风经采空区切割槽、上中段分段回风 联巷汇入上中段回风巷道。 出矿铲运机由分段运输巷经出矿穿进入装矿， 铲取矿石后直接装运矿卡车或倒入脉外溜矿井。 5 矿柱回收与空区处理 单层矿体时，上分段矿房采后，即可采用中深孔 一次崩落顶柱和间柱，铲运机从分段或中段底部结 构铲出矿石；或上、下两分段矿房采用同时崩落回收 两分段顶柱和间柱。多层矿体分别回采时，各矿体 采后，及时崩落回收矿柱。 6主要技术经济指标 分段空场采矿法主要技术经济指标见表1。 表1分段空场采矿法主要技术经济指标 Table 1 Mainecono-technical indicators of sublevel open-stoping 序号项目数值备注 1采场生产能力/t・d -1250〜300 2损失率/20 〜25含矿柱回收 3贫化率/15 〜20 千吨采切比/m・ k t “, 4 it・ k t-1 7. 54,62. 17 2无底柱分段崩落法 无底柱分段崩落法不分矿房矿柱，不留保护出 矿巷道的底柱。按一定高度将阶段划为分段，自上 而下回采分段。在同一分段按一定间距布置进路， 在进路内凿岩强制崩落矿石，在崩落的岩石覆盖下 出矿，以崩落围岩处理空区并控制地压。无底柱分 段崩落法典型方案见图2。 厂 C-C 图例 I- 中段主运输巷； 3-串脉联巷； 5-上中段主运输巷; 7-上层矿体； 9-下层矿体； II- 炮孔； 13-覆-覆盖岩层 图2无底柱分段崩落法典型方案图单位 Fig. 2 Typical plan of sublevel caving without sill pillar 2-分段运输； 4-分段凿岩巷； 6-溜矿井； 8-加石层； 10-切割层槽； 12-崩落矿石； 8 韦 色金属矿山部分 第71卷 1 矿块布置及结构参数 沿走向方向划分矿块，矿块长100〜120 m,宽 为矿体厚度。中段高度50 m,设3个分段，分段高 16〜17 m,根据矿体层数，矿体厚度大于3 m则布 置1条凿岩进路。 2 采准切割工程布置 主要的采切工程有分段运输巷、分段凿岩巷、 穿脉联巷、切割横巷、切割天井、溜矿井、回风联巷 等。矿块采切工程量约为1 662. 5 m/12 342. 5 n。 分段运输巷根据矿体实际情况设计分段运输 巷，布置在距矿体下盘10〜15 mo 分段凿岩巷沿着矿体中间或靠下盘位置布置 分段凿岩受矿巷，每隔50〜60m布置1条穿脉联 巷连通上下盘矿体分段凿岩进路和分段运输巷。 3 回采顺序 单层矿体时，先采上分段、再采下分段矿体，上 分段超前下分段30〜40 m；多层矿体且矿体间夹层 大于5 m时，同一分段内上盘矿体超前下盘矿体或 上下盘矿体同步崩落开采。 4 回采工艺 首先在矿块中部或一端施工切割平巷及切割天 井，形成切割槽，然后以切割槽为自由爆破，崩落矿 石采用铲运机从出矿进路铲出。 凿岩爆破采场采用YGZ90钻机凿扇形中深 孔，炮孔直径6065 mm,排距1. 4〜1. 5 m,孔底距 1.8-2.0 m；采用装药器装药，炮孔装药系数0. 7 0. 75,每次爆破崩落1〜2排炮孔。 通风新鲜风流经中段运输巷、分段运输巷、穿 脉联巷，清洗工作面后污风经切割槽或回风井汇入 上中段回风巷道。 出矿铲运机由分段运输巷经穿脉联巷进入出 矿进路装矿，铲取矿石后直接装运矿卡车或倒入脉 外溜矿井。 5主要技术经济指标 无底柱分段崩落法主要技术经济指标见表2。 表2无底柱分段崩落法主要技术经济指标 Table 2 Main econo-technical indicators of sublevel caving without sill pillar 序号项目数值 1采场生产能力/t・d -1350〜400 2损失率/20 〜25 3贫化率/35 〜40 4千吨采切比/m - k t T,m3・k f16. 42,52. 89 2 .2采矿方法优选 分段空场采矿法与无底柱分段崩落法主要技术 经济指标及优缺点比较见表3。从表中可以看出， 二者回采时人员设备均在巷道中作业，顶板暴露面 积小，均能有效保证人员设备作业安全，同时均采用 中深孔落矿，铲运机出矿，作业集中,设备利用率和 生产效率高。比较而言，前者主要是在控制矿石损 失率、贫化率及回采作业条件等方面优于后者，而后 者在采场生产能力、采切工程量、采场准备时间、矿 柱回收及空区处理等方面有优势。 表3主要技术经济指标及优缺点比较 Table 3 Comparison analysisofmain econo-technical indicators 分段空场嗣后充填法 无底柱分段崩落法 主要技术经济指标 1.采场生产能力250〜300 t /d 2. 矿石损失率20〜25 3. 矿石贫化率15〜20 4.千吨采切比7. 54 m/k t 62. 17 m3/k t 1.采场生产能力350〜400 t /d 2. 矿石损失率20〜25 3. 矿石贫化率35〜40 4.千吨采切比6. 42 m/k t 52. 89 m3/k t 主要优点 1.人员设备均在巷道中作业，安全性好； 2.采用中深孔落矿，崩矿效率高，采场生产能力较大； 3.相较于崩落法，能够较好的控制矿石贫化，提高出矿品位; 4.采场回采时作业面能够形成贯通风流，作业条件好。 1.人员设备均在巷道中作业，安全性好； 2.采用中深孔落矿，崩矿效率高，采场生产能力大； 3.采场结构简单，采准切割工程量少； 4.在允许有大的贫化率的情况下可获得较好的回收率； 5.不存在矿柱回收及采空区处理问题。 1.回采过程中需留设大量矿柱，矿柱损失量大 主要缺点 2.矿房回采结束后须进行矿柱回收和空区处理， 工艺复杂，增大管理难度及成本； 1.矿体呈层状产出，无法剔除夹石，贫化率无法控制； 2.采场作业为独头作业，通风条件差。 3.采准切割工程量大，采场准备时间长。 下转第18页 18 韦色金爲矿山部分 第71卷 3绝对加速度标准反应谱放大系数可直观的反 应出爆破振动作用下巷道围岩的反应程度，爆心距 185 m、阻尼比为0.05时放大系数为1,巷道围岩与 爆破振动频率基本一致，会岀现共振现象，此时巷道 围岩的安全将会受到很大影响。 参考文献 [1] 谭启迪，薄景山，郭晓云，等.反应谱及标定方法研究 的历史与现状[J].世界地震工程，2017, 33 2 46-54. [2] 支成江，陶铁军.基于反应谱的爆破震动信号分析[J]. 现代矿业，2014,301233-36. [3] 范 磊，龙 源，郭 涛，等.基于反应谱理论的爆破 振动破坏评估标准分析[J].爆破，2010, 2715-10. [4] 高健.爆破振动衰减规律及速度激励反应谱特性的 上接第4页 参考文献 [1] 孟 键.深部大采高综放工作面覆岩运移规律研究[J].中国煤 炭工业,2018460-62. [2] 钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州中国矿业大 学出版社,2003. [3] 吴南.董家河煤矿工作面围岩应力与覆岩移动规律研究[D]. 大连大连理工大学，2017. [4] 吴 鹏，冯盼学.基于FLAC3D的隐患空区识别研究[J].有色 金属矿山部分,2017,69525-30. 上接第8页 阿尔登铅锌矿矿体呈层状产出，且整体品位偏 低，为取得较为理想的经济效益，该类型低品位矿体 回采的关键是控制回采过程中的矿石贫化，提高出 矿品位。前苏联时期，曾在该矿上部采用无底柱分 段崩落法进行回采，贫化率控制不理想，达35 40,表明无底柱分段崩落法无法有效控制矿石 贫化。 综上所述，推荐阿尔登铅锌矿采用分段空场采 矿法进行回采。 3 结论及建议 1 阿尔登铅锌矿矿体呈层状产出，且整体品位 偏低，为取得较为理想的经济效益，该类型低品位矿 体回采的关键是控制回采过程中的矿石贫化，提高 出矿品位。经比较分析，推荐阿尔登铅锌矿采用分 段空场釆矿法进行回采。 2 分段空场采矿法采场设计生产能力250〜 300 t /d ,矿石损失率20〜25,贫化率15〜 20,千吨采切比 7. 54 m/k t 62. 17 m3/k t o 研究[D].阜新辽宁工程技术大学，2012. [5] 吕西林.建筑结构抗震设计理论与实例[M].上海同 济大学出版社，2002339. [6] 李文凯.近场地震下基础隔震结构反应谱研究[D]. 西安西安建筑科技大学，2017. [7] 沈鑫，李志清，胡瑞林，等.二氧化碳相变致裂信号 反应谱分析[J].地球科学与环境学报，2018,405 645-651. [8] 陈作彬，李兴华，范磊，等.基于小波包变换的爆破 地震反应谱分析[J].爆破器材，2018, 47559-64. [9] 吴小波.实测爆破、打桩振动与地震动的反应谱比较 分析[J].福建建设科技,2017,153230-32. [10] 黄奇.大红山铜矿井下爆破震动效应预测与研究[D]. 昆明昆明理工大学，201 [5] 童隆长.用混合的欧拉一拉格朗日有限元法模拟体积塑性成 形过程[J].塑性工程学报,1996⑵19-23. [6] 苗胜军，李长洪，佟慧超，等.水厂铁矿边坡开挖FLAC3D数值 模拟与分析[J].有色金属矿山部分,2008,60129-33. [7] 张万斌.浅埋薄基岩煤层开采覆岩运动破坏规律数值分析[D]. 淮南安徽理工大学,2014. [8] 王创业，张琪，李俊鹏，等.基于不同工作面长度对覆岩移动 破坏的数值模拟[J].中国铸业,2017,32618-22. 参考文献 [1] 解世俊.金属矿床地下开采[M].北京冶金工业出版社，200 [2] 采矿设计手册之矿床开采卷上[M].北京中国建筑工业出 版社，1987. [3] 古德生，李夕兵.现代金属矿床开采科学技术[M].北京冶金 工业出版社，2006. [4] 彭会清.现代矿业管理经济学[M].北京冶金工业出版 社，2011. [5] 周礼，欧任泽，林卫星，等.低品位急倾斜中厚以下矿体采矿 方法优选口]・黄金，2017,38138-42. [6] 尤本勇，林友，夏建波，等.某地下磷矿分段空场法改进及应 用[J]・云南冶金，201761-5. [7] 张 洋.分段空场采矿法在黄山东17号铜镰矿的应用[J].新 疆有色金属，2017416-18. [8] 王 斐，朱金虹.无底柱分段崩落法在马鞍山铁矿的应用[J]. 现代矿业,2017871-73. [9] 于坤鹏，任凤玉，张东杰.锡林浩特萤石矿高端壁无底柱分段 崩落法[J].金属矿山，2017544-48. [10] 马秋，施雄斌，李婭飞.倾斜-急倾斜多层矿体回采时安全阶 段高度的确定[J].有色金属设计，2018230-34. [11] 吴东，李昊，杨泽.某地下矿山分段空场法地下开采对 上覆岩层稳定性影响分析[J].有色金属矿山部分，2018, 70312-15.