规模高效采矿方法优化研究(2).pdf

书书书第３４卷第５期２０１８年１０月湖南有色金属ＨＵＮＡＮＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳＭＥＴＡＬＳ作者简介舒亮（１９８８－），男，工程师，主要从事矿山管理工作。采选规模高效采矿方法优化研究舒亮（湖南宝山有色金属矿业有限责任公司，湖南郴州４２４４０２）摘要介绍了湖南宝山有色金属矿业有限责任公司的地质情况及现有采矿方法，推荐了斜坡道中孔分段崩矿嗣后充填和中深孔分段侧翼崩矿两种规模高效的采矿方法；同时结合该公司实际情况进行了对比分析，并建议对地质条件符合的矿体进行试验，实现矿山开采的规模高效化。关键词采矿方法；规模高效；中深孔；斜坡道中图分类号ＴＤ８５３  ３６文献标识码Ａ文章编号１００３－５５４０（２０１８）０５－０００１－０５湖南宝山有色金属矿业有限责任公司（以下简称宝山矿业）坐落在著名的“ 有色金属之乡” 湖南省郴州市境内，矿山占地面积３  ２３ｋｍ２，目前拥有采矿权面积５  ２１９３ｋｍ２，探矿权面积１９  ９７ｋｍ２，开采矿种为铜、铅、锌、钼。公司拥有完整的探矿、采矿、选矿体系，现采矿规模为３０万ｔ／ａ，日处理原矿能力为１０００ｔ／ａ，具有良好的矿产资源和矿业开发基础技术条件。１采矿现状１  １矿体地质特征矿区田按位置分为中部铜钼多金属矿区、西部铅锌银矿区和北部铅锌银矿区，目前在进行回采的只有西部铅锌银矿区和北部铅锌银矿区。各矿区的矿体地质条件差别较大，西部矿区矿体主要产于Ｆ２１、Ｆ０－１断层及宝岭北倒转向斜层间滑动破碎带中及南部Ｆ５断层下盘的隐伏背斜中，其中主矿带三个，即赋存在Ｆ２１断层破碎带的１号矿带；赋存在梓门桥组下段白云岩与测水组砂页岩层间滑动破碎带中的２号矿带；赋存在测水组砂页岩中的３号矿带。北部矿床主要产于财神庙倒转背斜正常翼（北西翼）的断裂中。矿体主要受Ｆ２５、Ｆ２３、Ｆ４断裂及Ｆ２５与Ｆ４之间发育于灰岩中的裂隙带控制，其次是受背斜轴部挤压形成的剥离空间破碎带和受岩体冷凝收缩产生的破碎带控制。１  ２采矿方法现状各矿区根据矿体及围岩的稳固性采用了不同的采矿方法，运用较成熟的主要有浅孔留矿嗣后充填采矿法和上向水平分层干式充填采矿法［１］。１  ２  １浅孔留矿嗣后充填采矿法采场沿矿脉走向布置，矿块长５０ｍ，采场宽度主要为矿体实际厚度３～８ｍ，高度即开采阶段高度为４０ｍ，顶柱３～５ｍ、底柱２  ７～３  ５ｍ、间柱４～６ｍ，联络道间距５～６ｍ。底部布置密集型漏洞，用铲运机或装岩机出矿。从第一分层开始垫矿往上回采。如图１所示。图１浅孔留矿嗣后充填采矿方法图１－充填井；２－顶柱；３－回风巷道；４－人行通风天井；５－未采矿石；６－上向炮孔；７－回采空间；８－存留矿石；９－联络道；１０－底柱；１１－脉外运输巷道；１２－脉内运输巷道；１３－漏斗；１４－出矿短巷１  ２  ２上向水平分层干式充填采矿法矿体水平厚度小于１５ｍ时，采场沿矿体走向布１湖南有色金属第３４卷置，长度一般为３０～６０ｍ；矿体水平厚度大于１５ｍ时，采场垂直矿体走向布置，宽度一般为１０～２０ｍ。阶段高度４０ｍ，间柱宽度６～１０ｍ，顶柱高３～４ｍ，底柱高４～６ｍ。回采分层高度为２  ０～２  ５ｍ。当矿石较为稳固时，可以采用两采一充，分层高度达４～６ｍ，采用水平或上向孔落矿。崩落的矿石，用电耙耙至溜井，通过振动放矿斗放矿。每分层回采完后，直接用废石倒入采场进行充填。分层充填时，留出继续上采的工作空间（一般留１  ８～２ｍ高）作为上采的工作平台，回采中必须严格控制每分层的回采边界；采矿方法如图２所示。图２上向水平分层干式充填采矿法１－顶柱；２－联络道；３－人行天井；４－阶段运输平巷；５－电耙绞车；６－混凝土隔墙；７－钢筋混凝土假底；８－充填料；９－混凝土底板；１０－底柱；１１－矿体；１２－充填井；１３－人行井；１４－溜矿井１  ３现有采矿方法评价在宝山现有的采矿中，各采矿方法回采矿量所占的比例为分层充填采矿法约占８６％、留矿法约占１１％、其它试验采矿法约占３％。现有采矿方法结构及生产工艺简单、管理方便、采准工程量小、损失贫化好控制，但对矿体变化的适应性差；无底柱砌筑混凝土人工假底假巷时，施工周期长，施工难度大，影响正常生产进度与生产组织；工人作业与人工假巷假底施工均在采空区内进行，作业安全性差；工人劳动强度大，生产效率低；矿块生产能力小，采矿成本高。２规模高效采矿方法选择为确保提质扩能项目投产后，井下采矿能力能与箕斗井提升配套，井下采矿也必须逐步规模高效化。本次采矿方法研究主要针对宝山中厚、急倾斜、围岩及矿体较稳固的采场，如西部矿区的２号矿带、北部矿区较大规模的矿体等。此类矿体宜研究新型适用性强的安全高效采矿方法，初步拟定铲运机出矿［２］、中深孔爆破等工艺［３］。２  １斜坡道中孔分段采矿方法矿房沿矿体走向布置，设计矿房长度为５０～１００ｍ；矿房高度为４０ｍ；矿体宽度３～２４ｍ左右，平均宽度为１５～２０ｍ；矿体倾角为７０左右；回采分段高度为９ｍ，顶柱厚度为４ｍ；底部结构为配合铲运机出矿采用“ Ｖ ” 型槽。如图３所示。图３斜坡道中孔分段采矿方法图１－上下中段穿脉；２－上下中段沿脉；３－铲运机出矿巷；４－脉外运输巷；５－系统溜矿井；６－切割天井；７－斜坡道；８－凿岩巷；９－矿体；１０－围岩；１１－措施短天井；１２－分段切割巷；１３－人行井２  １  １采准切割主要采准工程有折反式斜坡道１条、脉外运输巷１条、铲运机出矿巷（间隔８ｍ左右）、凿岩巷４条、分段切割巷４条、人行天井１条，切割天井４条、措施短天井４条和联络道。施工顺序底部施工一条拉底凿岩巷；从穿脉内在矿体里施工折返式斜坡道（设计坡度为１８），斜坡道布置在矿房一端；每隔９ｍ垂高与每一分段的脉内凿岩巷联通，每相邻两分段施工１条措施短溜井贯通，一方面可以作为人行通风及材料设备进入凿岩巷用，另一方面可以作为斜坡道及凿岩巷施工时的溜井，提高铲装机出渣的效率，在回采阶段时还可以提供爆破自由面。在围岩较稳固的一盘施工脉外运输平巷，再在脉外运输巷内每隔８ｍ左右，掘进铲运机出矿平巷，通至采场并连通底部凿岩巷，底部凿岩巷同样施工“ Ｖ ” 型槽。并在采场中央近施工一条切割天井，每分段以切割天井为中心布置分段切割巷。采场的另一端布置一人行通风天井，并与每一分段凿岩巷连通。２  １  ２回采工作凿岩凿岩工作主要在分段脉内切割巷内进行，２第５期舒亮规模高效采矿方法优化研究采用ＹＧＺ－９０凿岩机进行凿岩，炮孔采用上向扇形布置，根据每一分段切割巷及切割天井、钻杆所控制的矿体形态，设计爆破范围和逐一设计炮孔参数。采切工程施工到位后，采场各个分段爆破的炮眼统一一次性全部施工完成。炮孔布置以凿岩巷道中所确定的凿岩中心为起点，做放射状布置，先布置角边孔，再按选用的孔底距均匀添布其余炮孔。炮孔布置如图４所示。图４扇形炮孔布置示意图爆破分段炮孔施工完毕后，按设计的回采顺序及爆破顺序进行分步装药和爆破，爆破时采用多孔粒状铵油炸药爆破，用非电导爆管起爆器起爆。爆破顺序如图５所示，爆破设计参数见表１。图５爆破顺序示意图采场通风各措施短天井→采场→回风井→上中段回风平巷。由于采场面积较大，一次爆破量也很大，为加强采场通风，需在上中段回风平巷靠近人行天井处安装一台抽出式的局部风机。通风示意图如６所示。表１爆破设计参数表炮孔排距／ｍ炮孔深度／ｍ边孔角／（）单排炮孔数／个炮孔直径／ｍｍ最小抵抗线／ｍ孔间距／ｍ炸药单耗／ｋｇｍ－３炮孔堵塞长度／ｍ１  ５５～１１５～７１０～１４６０１  ５～１  ８ａ１＝１  ９～２  ４ａ２＝０  ８～１０  ８～１  ２２５０  ４～０  ８图６采场通风示意图出矿每一分段落矿后，用１ｍ３或２ｍ３铲运机通过底部联通采场的“ Ｖ ” 型槽出矿。铲运机装运的矿石直接倒入出矿运输巷里布置的系统溜矿井至下一中段，用振动斗放矿集中往上提升。“ Ｖ ” 型出矿槽示意图如７所示。充填 “ Ｖ ” 型漏斗及采场两侧充填时采用废石胶图７ “ Ｖ ” 型槽出矿示意图结充填，两侧胶结厚度２～３ｍ，中间采用废石干式充填。顶柱回采预留顶柱与上中段底柱同时用中深孔一次性回采。２  １  ３技术经济指标斜坡道中孔分段采矿方法技术经济指标见表２。表２斜坡道中孔分段采矿方法技术经济指标采矿方法采切比／ｍｋｔ－１凿岩效率／ｍ台班－１矿块生产能力／ｔｄ－１贫化率／％回收率／％直接采矿成本／元ｔ－１斜坡道中孔分段采矿法４  ８９６０～８０３００～４００１５～２０９３～９５４７  ５２  ２中深孔分段侧翼崩矿采矿方法矿房沿矿体走向布置，设计矿房长度为５０～１００ｍ；矿房高度为４０ｍ；矿体宽度３～２４ｍ左右，平均宽度为１５～２０ｍ；矿体倾角为７０左右；回采分段高度为１２ｍ，顶柱厚度为４ｍ；底部结构为配合铲运机出矿采用“ Ｖ ” 型槽。采矿方法如图８所示。３湖南有色金属第３４卷图８中深孔分段侧翼崩矿采矿方法图１－沿脉；２－顶柱；３－矿体；４－脉外运输巷；５－出矿巷；６－分段凿岩巷；７－围岩；８－出矿进路；９－脉外人行井；１０－脉内切割天井；１１－措施井；１２－ “ Ｖ ” 型槽２  ２  １采切工程布置根据方案设计原则，采准工程尽量节省，结构布置简单化，该方案采准工程有脉外人行井１条、脉内切割井（兼回风井）２条、中央措施井１条、２条分段联络道、３条脉内切割巷、１条脉外出矿巷、出矿进路间隔６～８ｍ。２  ２  ２回采设计凿岩采用ＹＴ２８钻机和ＹＧＺ９０型钻机。ＹＴ２８钻机主要用于巷道掘进，ＹＧＺ９０钻机主要用于矿块崩矿。爆破该方案矿体回采分为三个分段，每个分段高度１２ｍ，采用扇形中孔留矿嗣后充填法，保留４ｍ顶柱。第一分段回采时，先以切割天井为自由面扩槽，形成较大自由面，然后用中孔钻机施工上向扇形炮孔，以脉内切割巷和扩槽后的空间为自由面，逐排向侧面崩矿形成“ Ｖ ” 型槽，崩下的矿全部落入“ Ｖ ” 型槽内，最后从脉外出矿进路进入“ Ｖ ” 型槽下方出矿。为减弱爆破地震，采用微差爆破，导爆管雷管起爆２号岩石乳化炸药，，相邻排炮孔起爆间隔时间控制在２５ｍｓ以内。爆破落矿顺序如图９所示。图９爆破落矿顺序图落矿、出矿及提升运输待拉槽到位后，在脉内凿岩巷内的炮孔内装药，向侧翼崩矿，逐渐后退至人行井处，最后回采人行井处对应的矿体，人员从脉外运输巷进入。根据矿堆高度及所需的补偿空间，确定出矿量（未出完的矿体可用于维护采场边帮）。每次用铲运机从出矿进路铲装矿石到脉外运输平巷倒入中段系统溜井，在下一中段由电机车牵引矿车至斜井车场，经斜井、竖井提升至矿仓。２  ２  ３技术经济指标中深孔分段侧翼崩矿采矿方法技术经济指标见表３。表３中深孔分段侧翼崩矿采矿方法技术经济指标采矿方法采切比／ｍｋｔ－１凿岩效率／ｍ台班－１矿块生产能力／ｔｄ－１贫化率／％回收率／％直接采矿成本／元ｔ－１中深孔分段侧翼崩矿采矿法４  ７７６０～８０３００～４００１８～２２９３～９５４６  ３３采矿方法优化各种采矿方法技术经济指标及优缺点比较见表４和表５。综上所述，推荐的两种采矿方法在很大程度上解决了采场安全性差的最大难题，由于凿岩、爆破都在巷道内施工，作业人员在回采过程中不需进入采场或暴露在采场顶板下进行作业。采场采用中孔分段崩矿及底部配合铲运机出矿在很大程度上提高了采场采、出矿能力，能够适应宝山提质扩能后产量的要求，达到安全、高效、低成本、低劳动强度的效果。两种中孔分段采矿方法，主要区别在于方法一一端利用斜坡道进行采准，提高了分段凿岩巷、切割巷等采切工程的施工进度和效率，减轻了作业人员的劳动强度，同时方便设备进入分段凿岩巷内。方法二直接利用天井进行采准切割工程的施工和相关凿岩、爆破等设备的运输，减少了斜坡道的工程量，采场结构布置简单，采准工程量较少，但采用天井提升设备相对采用斜坡道运输较为麻烦，机械化程度有所降低。在今后试验的过程中，将重点推荐斜坡道中孔分段落矿采矿法，中深孔侧翼崩矿采矿法可作为备用试验采矿法。４第５期舒亮规模高效采矿方法优化研究表４各种采矿方法技术经济指标比较表技术指标采矿方法浅孔留矿嗣后充填法上向水平分层充填采矿法斜坡道中孔分段采矿法中深孔侧翼崩矿采矿法采场生产能力／ｔｄ－１５０～７０６０～８０３００～４００３００～４００作业面工效／ｔ工班－１２５～３０３０～３５１００～１２０１２０出矿效率／ｔ班－１４０～６０５０～８０２００～２５０２００～２５０回采率／％９２～９５９５～９７９５～９７９５～９７矿石贫化率／％８～１０５～８１５～２０１８～２２采切比／ｍｋｔ－１７～９１５～１７４  ８９４  ７７炸药消耗量／ｋｇｔ－１０  ４～０  ６０  ４～０  ６０  ３０～０  ３１５０  ３１７～０  ４１８直接采矿成本／元ｔ－１６０  ８７７６  ４６４７  ５４６  ３表５各种采矿方法优缺点比较方法优点缺点浅孔留矿嗣后充填采矿法适用于围岩和矿石均稳固，厚度较薄，倾角较大的矿体。其结构及生产工艺简单，管理方便，采准工程量小。作业人员在较大暴露面积下作业，安全性较差，平场工作繁重，难以实现机械化，生产能力小，效率低。水平分层充填采矿法适用于一切需要充填的矿体，矿石损失贫化率小，对矿体产状要求较低。采、出、充循环作业，工艺环节多，较为繁杂且劳动强度大，机械化程度低。斜坡道中孔分段采矿法适用于矿石和围岩中等稳固以上的倾斜厚矿体，可使用高效率的无轨设备，灵活性大，回采强度高，采、出矿效率高，矿石损失率小，安全性高，一般不需进入采场作业。矿石贫化率大，矿体边界不易控制，对部分不稳固围岩支护要求高，凿岩技术要求高。中深孔侧翼崩矿采矿法采场结构布置简单，采准工程量较少，落矿效率较高，劳动生产率较高，工人劳动强度相对较低，辅助凿岩工作量较小，安全性高。炮孔利用率低，孔底容易产生大块；贫化难以控制，设备下放困难。４结束语宝山矿业现有采矿方法经过了二十余年的使用和完善，虽然效率比较低，但适用性很强，特别是在矿山矿体地质条件非常复杂的情况下，通过合理调配采场数量，还是能够保证一定的生产能力。本次研究推荐的规模高效采矿法主要针对矿山内部分中厚、稳固性较好的矿体，该类矿体若能采用中深孔落矿、配合铲运机无轨出矿［４］，能极大提高井下的生产能力，满足公司提质扩能项目投入使用后的产量要求。参考文献［１］冶金工业部．新编矿山采矿设计手册［Ｍ］．徐州中国矿业大学出版社，２００７  ［２］解世俊 金属矿床地下开采［Ｍ］ 北京冶金工业出版社，２０１１  ７９－９４  ［３］陈国山，翁春林．金属矿地下开采［Ｍ］．北京冶金工业出版社，２００８  ［４］李朝栋 金属矿床开采［Ｍ］ 北京冶金工业出版社，１９８１  ６７－７２  收稿日期２０１８－０７－１２ＳｔｕｄｙｏｎＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＬａｒｇｅＳｃａｌｅａｎｄＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＭｉｎｉｎｇＭｅｔｈｏｄＳＨＵＬｉａｎｇ（ＨｕｎａｎＢａｏｓｈａｎＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓ＆ＭｉｎｅｒａｌｓＣｏ  ，Ｌｔｄ  ，Ｃｈｅｎｚｈｏｕ４２４４０２，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆＢａｏｓｈａｎＭｉｎｉｎｇｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ  Ｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｌａｒｇｅｓｃａｌｅａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｒａｍｐｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｆｉｌｌｉｎｇｏｆｍｅｓｏｐｏｒｅｐｉｅｃｅｗｉｓｅｏｒｅｂｒｅａｋｉｎｇａｎｄｍｅｄｉｕｍ  ｌｅｎｇｔｈｈｏｌｅｐｉｅｃｅｗｉｓｅｆｌａｎｋｉｎｇｏｒｅｂｒｅａｋｉｎｇｉｓｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｉｓｍａｄｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆＢａｏｓｈａｎｍｉｎｉｎｇ  Ａｎｄｉｔｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｒｅｂｏｄｉｅｓｔｈａｔｍｅｅｔｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｔｅｓｔｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｌａｒｇｅｓｃａｌｅａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎｔｈｅｍｉｎｅｍｉｎｉｎｇ  Ｋｅｙｗｏｒｄｓｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ；ｌａｒｇｅｓｃａｌｅａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｍｅｄｉｕｍ  ｌｅｎｇｔｈｈｏｌｅ；ｒａｍｐ５