某铅锌矿进路式采矿方法的应用研究.pdf

Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎ ｏ ． ６ ０ ８ Ｄ ｅ ｃ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ ． ２ ０ １ ９ 现 代 矿 业 Ｍ Ｏ Ｄ Ｅ Ｒ ＮＭ Ｉ Ｎ Ｉ Ｎ Ｇ 总 第６ ０ ８ 期 ２ ０ １ ９ 年 １ ２月第 １ ２期 王明文（ １ ９ ８ ５ ） ， 男， 工程师， ３ ３ ４ ２ １ ３江西省德兴市。 某铅锌矿进路式采矿方法的应用研究 王明文１ 谭 伟２ （ １ ． 中国黄金集团江西金山矿业有限公司； ２ ． 北京金诚信矿山技术研究院有限公司） 摘 要 青海某铅锌矿为空场法转充填法开采的矿山， 正在 ２ ４ ６ ２中段试验上向水平分层充填 法， 试验过程中遇到矿体发生变化及围岩不稳固等一系列问题。针对出现的问题， 提出采用进路式 上向水平分层充填法进行开采， 对开采方式、 工程布置等进行了详细描述。与上向水平分层充填法 相比， 进路式上向水平分层充填法可减少采切工程量 １ ７８ ３ ７ｍ ３， 矿石损失率及贫化率指标均有明 显改善， 中段内 ３个盘区生产能力由原来的 １０ ０ ０ｔ ／ ｄ 提高至 １５ ０ ０ｔ ／ ｄ 。 关键词 进路式采矿 充填 工程布置 现场应用 Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ４  ６ ０ ８ ２ ． ２ ０ １ ９ ． １ ２ ． ０ ３ ０ 近年来， 随着绿色矿山的推行［ １  ２ ］， 我国多数矿 山都处于转型阶段， 尤其是原来采用空场法开采的 矿山， 慢慢地在往充填法进行转变［ ３  ４ ］。现在应用广 泛的主要充填法开采方法有空场嗣后充填法、 水平 分层充填法和进路式水平分层充填法［ ５ ］。原多数 空场法开采的矿山为了保证生产规模， 在转型后， 基 本是采用空场嗣后充填法， 对于岩性相对差一些的 矿山， 则采用水平分层充填法或进路式水平分层充 填法［ ６  ７ ］。其中青海某铅锌矿山， 原采用分段空场法 进行回采， 但围岩稳定性较差， 其贫化损失相对严 重， 实际贫化率达到 ３ ０ ％、 损失率为 ２ ５ ％。为此， 矿 山试验采用上向水平分层充填法进行回采， 但回采 过程中， 仍存在较大的安全及技术难题， 无法实现大 规模开采， 严重影响了矿山的生产能力及经济效益。 １ 矿山开采基本概况 青海某铅锌矿床属于海底喷流沉积矿床， 主要 矿体赋存在绿片岩、 大理岩及大理岩与绿片岩接触 部位中， 明显受地层层位和岩性控制。矿体产状与 地层产状基本一致， 走向北西， 倾向南西， Ⅱ号矿带 矿体倾角为 ５ ～ ８ ８ ， Ⅲ号矿带矿体倾角为 ４ ６ ～ ６ ５ 。Ⅳ号矿带矿体倾角为 ２ ２ ， 多呈雁行排列， 自 北西往南东侧伏。 矿山生产规模为 １ ３ ２万 ｔ ／ ａ ， 截至 ２ ０ １ ９年一季 度末矿山保有资源量为 １７ ７ ０ ． ５ ８万 ｔ 。采用的采矿 方法主要是上向水平分层充填法。充填采用全尾砂 胶结充填， 设计充填能力为 １ ０ ０～ １ ２ ０ｍ ３／ ｈ ， 充填料 浆浓度为７ ０ ％ ～ ７ ２ ％。开采区域主要在２４ ６ ２ｍ及 以上中段， 其中 ２４ ６ ２ｍ中段为上向水平分层充填 法试验开采区域。 ２ 现使用采矿方法及存在的问题 ２ ． １ 现使用采矿方法 ２４ ６ ２ｍ中段目前采用的采矿方法是上向水平 分层充填法。矿块沿走向布置， 矿块长 ５ ０ｍ ， 宽为 矿体厚度， 高 ６ ０ｍ ， 底柱 １ ２ ． ５ｍ 。厚大矿体处矿块 分两步骤进行回采， 一步骤和二步骤均为 ２ ５ｍ 。上 向水平分层充填法采场结构布置如图 １所示。 回采时， 先回采首分层的一步骤矿房， 待矿石出 完后， 采用高强度充填体进行充填， 然后回采二步骤 矿柱， 待矿石出完后采用低强度充填体进行充填。 首分层回采并充填完后， 在充填体上进行上一分层 的回采。分层高度为 ３ ． ５ｍ ， 每 ３个分层为 １个分 段， 即分段高为 １ ０ ． ５ｍ 。 ２４ ６ ２ｍ水平为有轨运输水平， ２４ ７ ４ ． ５ｍ水平 为第一个分段的无轨运输水平。各分段均在矿体下 盘布置 １条脉外出矿巷道， 每 ２ ５ｍ施工 １条穿脉出 矿进路。采出的矿石由铲运机装运至各分段的矿石 溜井。 ２ ． ２ 存在的主要问题 试验采场进行采准后， 发现矿体与原设计发生 较大变化。 （ １ ） 主要矿体增厚。由原设计时的 ２ ０ｍ局部 增加到４ ０ｍ以上， 这就使得原设计采场顶板暴露面 积大大增加。 ７０１ １ 斜坡道； ２ 底柱； ３ 穿脉出矿巷道； ４ 中段运输巷道； ５ 间柱； ６ 充填回风井； ７ 穿脉联络道； ８ 采区溜井； ９ 斜坡道 １ 阶段沿脉巷道； ２ 阶段穿脉巷道； ３ 分段巷道； ４ 采区斜坡道； ５ 溜井； ６ 充填回风泄水井； ７ 采矿联巷； ８ 点柱； ９ 切割、 拉底巷道； １ ０ 待刷帮矿体 图 １ 上向水平分层充填法 （ ２ ） 矿体内矿岩性质变化大， 且矿岩相对稳固 区域和破碎区域不能够事先判定。从现场看， 矿岩 稳固区域采幅超过１ ０ｍ顶板仍然稳定， 但相隔不远 的区域施工小断面的采场切割道和充填井都会发生 垮塌， 切割道垮塌已达 ７～ ８ｍ 。因此即使在目前的 稳定区， 作业人员亦不敢进行连续刷帮作业。 （ ３ ） 垂直矿体走向存在多个与下盘主矿体平行 产出的小矿体， 须先采出小矿体后才能开采下盘主 矿体， 形成了对主矿体开采的制约。 ３ 进路式采矿方法 ３ ． １ 采矿方法应满足的条件 为从根本上解决 ２４ ６ ２ｍ中段开采过程中存在 的问题， 应该对采矿方法进行改进。新的采矿方法 至少应满足以下条件。 （ １ ） 确保安全生产。 （ ２ ） 保证采场能实现持续稳定的生产， 确保盘 区具有可控的、 稳定的生产能力。 （ ３ ） 保证各项技术经济指标达到预期的要求， 包括贫化损失率和采切比等， 并力求有所改善。 ３ ． ２ 进路式上向水平分层充填法 将 ２４ ６ ２ｍ中段矿体走向长约 ３ ０ ０ｍ划分为 ３ 个盘区进行回采， 每个盘区长 １ ０ ０ｍ ， 宽为矿体厚 度， 中段高为 ６ ０ｍ ， 底柱 １ ２ ． ５ ｍ ； 盘区间留 ２～ ３ｍ 宽的矿柱。盘区采场结构布置如图 ２所示。 图 ２ 进路式上向水平分层充填法 １ 斜坡道； ２ 底柱； ３ 穿脉出矿巷道； ４ 中段运输巷道； ５ 间柱； ６ 充填回风井； ７ 穿脉联络道； ８ 采区溜井； ９ 斜坡道联络道； １ ０ 充填体； １ １ 崩落矿石 回采时分两步骤采用隔一采一的方式进行回 采， 第一分层一步骤进路回采完后， 立即进行高强度 充填体进行充填； 待一步骤进路采场充填完后， 再进 行相邻进路的回采， 回采完后采用低强度充填体进 行充填。第一分层回采完后， 按同样的回采方式进 行上一分层的回采。分层高为 ３ ． ５ｍ ， 每 ４个分层 为一个分段， 分段高为 １ ４ｍ 。 ４ 盘区工程布置 每个盘区中间布置 １条出矿穿脉， 出矿穿脉直 接与采区斜坡道相连， 通过取消水平分段巷道和减 少脉外采矿联络道来大幅度减少脉外采准工程量。 在出矿穿脉中垂直出矿穿脉向两侧分别布置 ５ ０ｍ 长的进路式采场， 采场断面为 ４ｍ ３ ． ５ｍ 。 充填回风井布置于出矿穿脉内， 视矿体厚度布 置 １～ ２个充填回风井。采区溜井布置于斜坡道与 穿脉出矿巷道连接处附近。采出矿石由铲运机运至 采区溜井。 ８０１ 总第 ６ ０ ８期现代矿业２ ０ １ ９年 １ ２月第 １ ２期 从 ２４ ７ ４ ． ５ｍ水平揭露工程可知（ 矿体增厚尚 未进行重新圈定） ， 主矿体的上盘仍有近似平行产 出的多个小矿体， 在实际开采中， 进路式开采的工程 布置示意如图 ３所示。 图 ３ ２４ ７ ４ ． ５ｍ水平工程布置 ５ 进路式上向水平分层充填法的主要优势 ５ ． １ 工程量方面 与上向水平分层充填法相比， 采用进路式上向 水平分层充填法不仅可解决现开采过程中存在的问 题， 也可大大减少脉外、 脉内采切工程， 具体采切工 程量见表 １ 。２种采矿方法采高均为 ２４ ７ ４ ． ５ｍ水 平往上 ４ ７ ． ５ｍ ， 采切工程量以一个盘区 １ ０ ０ｍ长进 行计算， 矿体厚度按平均厚度 ２ ６ｍ计算。 从表 １可知， 在一个 １ ０ ０ｍ的盘区内， 上向水平 分层充填法的采切工程量中废石有 １ ３２ ３ １ｍ ３， 矿石 有 １ ８２ ３ ３ｍ ３， 合计 ３ １４ ６ ４ｍ３； 进路式上向水平分层 表 １ 采切工程量对比 序号名称 上向水平分层充填法 长度／ ｍ断面／ ｍ ２ 体积／ ｍ ３ 进路式上向水平分层充填法 长度／ ｍ断面／ ｍ ２ 体积／ ｍ ３ 备注 １采区斜坡道１ ６ ８１ １ ． ６ ２１９ ５ ２ ． １ ６２ ２ ５１ １ ． ６ ２２６ １ ４ ． ５ ０废石 ２分段脉外巷道４ ０ ０１ １ ． ６ ２４６ ４ ８ ． ０ ０－－－废石 ３穿脉出矿巷道１２ ４ ８１ １ ． ６ ２１ ４５ ０ １ ． ７ ６３ ３ ８１ １ ． ６ ２３９ ２ ７ ． ５ ６矿石 ４穿脉联络道４ ８ ０１ １ ． ６ ２５５ ７ ７ ． ６ ０２ ３ ０ ． ２ １１ １ ． ６ ２２６ ７ ５ ． ０ ４废石 ５斜坡道联络道４ ０１ １ ． ６ ２４ ６ ４ ． ８ ０６ ０１ １ ． ６ ２６ ９ ７ ． ２ ０废石 ６采区溜井６ ０４ ． ９ １２ ９ ４ ． ６ ０６ ０４ ． ９ １２ ９ ４ ． ６ ０废石 ７充填回风井９ ５３ ． １ ４２ ９ ８ ． ３ ０４ ７ ． ５３ ． １ ４１ ４ ９ ． １ ５矿石 ８切割拉底巷道１ ２ ６１ ３ ． ３１６ ７ ５ ． ８ ０－－－矿石 ９穿脉联络道压顶量２０ ５ １ ． ０ ０３２ ６ ８ ． ５ ２废石 １ ０合计２６ １ ７３ １４ ６ ４９ ６ １１ ３６ ２ ７ 充填法的采切工程量中废石有 ９５ ５ ０ｍ ３， 矿石有 ４０ ７ ７ｍ ３， 合计 １ ３６ ２ ７ｍ３。与上向水平分层充填法 相比， 进路式上向水平分层充填法可减少采切工程 量 １ ７８ ３ ７ｍ ３。 ５ ． ２ 技术经济指标分析 上向水平分层充填法和进路式上向水平分层充 填法的主要技术经济指标见表 ２ 。 表 ２ ２种采矿方法主要技术经济指标 指标名称 地质矿量 ／ ｔ 采出矿量 ／ ｔ 铅锌综合品位 ／ ％ 损失率 ／ ％ 贫化率 ／ ％ 采切比 ／ （ ｍ ３／ 万 ｔ ） 盘区生产能力 ／ （ ｔ ／ ｄ ） 上向水平分层充填法３ ７ ０５ ０ ０３ ７ ０５ ０ ０６ ． ７ ８８８８ ４ ９３ ３ ０ 进路式上向水平分层充填法３ ７ ０５ ０ ０３ ６ ２７ ０ ０６ ． ７ ８７５３ ６ ８５ ０ ０ 结合表 １和表 ２可知， 进路式上向水平分层充 填法的损失率和贫化率均优于上向水平分层充填 法， 同时大大减少了采切工程量， 尤其是脉外采准工 程量， 盘区生产能力也得到了极大提高， 中段内 ３个 盘区生产能力可达到 １５ ０ ０ｔ ／ ｄ 。 ６ 结 语 （ １ ） 矿山在 ２４ ６ ２ｍ中段进行上向水平分层充 填法试验， 面临的主要问题有 一是主要矿体增厚， 局部厚度增大了 １倍多； 二是矿体内矿岩性质变化 大， 且矿岩相对稳固区域和破碎区域不能够事先判 定； 三是垂直矿体走向存在多个与下盘主矿体平行 产出的小矿体， 制约了主矿体的开采， 影响生产能 力。 （ ２ ） 提出采用进路式上向水平分层充填法开采 以解决矿山面临的主要问题。将中段内３ ０ ０ｍ长分 ３个盘区进行回采， 进路沿走向布置， 取消各分段脉 外巷道， 利用斜坡道进行采准， 由此不仅保证了开采 安全、 提高了盘区生产能力， 还可大大减少采切工程 量。 （ ３ ） 与上向水平分层充填法相比， 进路式上向 水平分层充填法可减少采切工程量 １ ７８ ３ ７ｍ ３， 矿石 损失率及贫化率指标均有明显改善， 中段内 ３个盘 区生产能力由 １０ ０ ０ｔ ／ ｄ 提高至 １５ ０ ０ｔ ／ ｄ 。 ９０１ 王明文 谭 伟 某铅锌矿进路式采矿方法的应用研究 ２ ０ １ ９年 １ ２月第 １ ２期 参 考 文 献 ［ １ ］ 侯华丽， 吴尚昆， 蒋 芳， 等． 新时代我国绿色矿山建设规划的 思考［ Ｊ ］ ． 中国矿业， ２ ０ １ ９ ， ２ ８ （ ７ ） ８ １  ８ ５ ． ［ ２ ］ 钟琛， 胡乃联， 段绍甫， 等． 有色金属绿色矿山评价体系研究 ［ Ｊ ］ ． 矿业研究与开发， ２ ０ １ ９ ， ３ ９ （ ７ ） １ ４ ６  １ ５ １ ． ［ ３ ］ 汪海萍， 宋卫东， 张兴才， 等． 大冶铁矿分段凿岩阶段空场嗣后 胶结充填法工程实践［ Ｊ ］ ． 矿业研究与开发， ２ ０ １ ５ ， ３ ５ （ ５ ） ２ ６  ２ ９ ． ［ ４ ］ 胡天寿， 江 科， 仵锋锋． 某钨矿空场法转充填法可行性研究 ［ Ｊ ］ ． 采矿技术， ２ ０ １ ８ （ ６ ） １ ３  １ ６ ． ［ ５ ］ 饶运章， 张中亚， 邵亚建． 菱形矿块分段空场嗣后充填法在某 矿的应用［ Ｊ ］ ． 矿业研究与开发， ２ ０ １ ６ ， ３ ６ （ ９ ） ４  ６ ． ［ ６ ］ 吴爱祥， 王洪江． 金属矿膏体充填理论与技术［ Ｍ］ ． 北京 科学 出版社， ２ ０ １ ５ ． ［ ７ ］ 李安平， 刘洋树， 皇甫风成， 等． 破碎围岩矿体预控顶分段空场 嗣后充填法的研究与实践［ Ｊ ］ ． 矿业研究与开发， ２ ０ １ ４ ， ３ ４ （ １ ） １  １ ５ ． （ 收稿日期 ２ ０ １ ９  １ ０  １ ５ 责任编辑 徐志宏 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 ） （ 上接第 ９ ７页） 井或附近空区。采用 Ｅ Ｓ Ｔ  ２ Ｄ型铲 运机从采场内将矿石运至溜井， 再由矿车运至地表。 ２ ． ５ 采场通风 新鲜风流由 １１ ６ ０ｍ中段运输巷道经通风天 井、 铲运机联络道进入采场， 洗刷工作面后， 污风经 切割上山、 回风联络道至 １１ ８ ０ｍ中段运输巷道， 后 经回风斜井排出地表。 ２ ． ６ 顶板和空区管理 矿体直接顶板爆破后， 必须马上清理采场顶板 浮石， 并进行顶板支护工作， 以确保矿体回采时顶板 安全。由于采场矿体直接顶板铝土岩／ 黏土岩厚薄 不均， 切顶工作进行时， 应注意直接顶板的厚度变 化， 当矿体直接顶板厚度大于３ ． ０ｍ时， 应停止切顶 工作， 采用水泥砂浆锚杆或锚索 ＋ 挂网支护顶板， 锚 杆及锚索端部应深入顶板稳固岩层 １ ． ０～ １ ． ２ｍ ， 确 保采场安全。回采完的采场空区应及时封闭， 并设 置明显标志， 严禁一切人员进入［ ７  ９ ］。 ２ ． ７ 安全注意事项 （ １ ） 在工程施工前， 技术人员必须认真对每一 项工程与施工单位和队组进行技术交底， 施工单位 和队组应精心组织施工， 以确保安全生产和工程质 量。 （ ２ ） 作业队组必须做好安全生产交接班， 进入 工作面首先要检查安全情况， 认真检查并清除作业 迎头和周围环境的顶板帮壁浮石、 浮块， 认真检查支 护是否安全、 通风是否良好、 设备设施是否完好， 确 认安全后方可施工， 做到隐患不除不准施工作业。 （ ３ ） 施工过程中， 若遇松散迎头， 要及时采取支 护措施， 并且支护紧跟迎头。 ３ 技术经济指标 切顶房柱法与矿山现用的留矿壁护顶房柱法相 比， 先将矿体上部软弱的铝土岩／ 黏土岩切除， 再在 稳固性较好的间接顶板白云岩下面回采矿体， 不需 要对稳固性好的白云岩层采取支护等措施， 因此， 简 化采场顶板的支护管理工作， 提高劳动效率， 矿石资 源损失率低。主要技术经济指标见表 １ 。 表 １ 主要技术经济指标对比 采矿方法损失率／ ％贫化率／ ％ 采准切割比／ （ ｍ／ ｋ ｔ ） 切顶房柱法２ ６ ． ５ ８９ ． ４ ９１ ２ ． ９ ８ 留矿壁护顶房柱法４ １ ． ２ ０８ ． ８ ９１ １ ． ８ １ ４ 结 语 以贵州沉积型猫场铝土矿为例， 针对矿体直接 顶板铝土岩／ 黏土岩不稳固特性， 采用切顶房柱采矿 法并开展现场工业试验， 较留矿壁护顶房柱法具有 明显优势， 不仅解决矿体直接顶板容易冒落破坏的 潜在威胁， 实现地下铝土矿安全、 高效开采， 而且明 显增加矿石资源的回收率， 同时为矿山实际生产节 省了大量的顶板支护和管理费用， 达到降本增效的 目的。开展一种安全、 高效的切顶房柱法研究， 既是 猫场地下铝土矿开采中顶板安全控制技术所必要 的， 又可供类似矿山借鉴和参考， 更有利于推动我国 地下铝土矿开采技术的发展。 参 考 文 献 ［ １ ］ 李癑泉． 切顶卸压留巷巷道矿压显现规律及顶板控制研究 ［ Ｊ ］ ． 技术应用与研究， ２ ０ １ ９ （ ５ ） １ ４ ０  １ ４ １ ． ［ ２ ］ 杨永胜． 软岩夹层巷道顶板安全控制及锚固支护方法分析 ［ Ｊ ］ ． 能源技术与管理， ２ ０ １ ９ ， ４ ４ （ １ ） ７ ９  ８ １ ． ［ ３ ］ 樊建华． 留矿护顶房柱法在缓倾斜薄矿体中的应用［ Ｊ ］ ． 现代 矿业， ２ ０ １ ４ （ １ ２ ） ２ ４  ２ ５ ． ［ ４ ］ 李 义， 张 杨． 浅谈切顶房柱法在 ２ ９  ４ ＃矿体中的应用［ Ｊ ］ ． 科技创新与应用， ２ ０ １ ７ （ ３ ） １ ３ ５ ． ［ ５ ］ 石求志， 李 春， 兰晓平． 预切顶中深孔房柱法在香炉山钨矿 的应用［ Ｊ ］ ． 中国钨业， ２ ０ １ １ ， ２ ６ （ ３ ） ６  ９ ． ［ ６ ］ 刘增蒿， 刘信远， 王和平， 等． 预切顶房柱采矿法在侯庄矿区的 应用实践［ Ｊ ］ ． 山东冶金， ２ ０ ０ ２ ， ２ ４ （ ３ ） １  ２ ． ［ ７ ］ 施光林． 浅孔全面法在缓倾斜薄铜矿矿体开采中的应用［ Ｊ ］ ． 采矿技术， ２ ０ １ ２ ， １ ２ （ ３ ） １ １  １ ３ ． ［ ８ ］ 刘海林， 汪为平， 何承尧， 等． 金属非金属地下矿山采空区治理 技术现状及发展趋势［ Ｊ ］ ． 现代矿业， ２ ０ １ ８ （ ６ ） １  ７ ． ［ ９ ］ 吕明伟， 钟 文． 金属矿山采空区安全治理与残矿回采协同技 术分析［ Ｊ ］ ． 矿山工程， ２ ０ １ ８ （ ５ ） ４ ７  ４ ８ ． （ 收稿日期 ２ ０ １ ９  ０ ６  ２ １ 责任编辑 何 伟） ０１１ 总第 ６ ０ ８期现代矿业２ ０ １ ９年 １ ２月第 １ ２期