某萤石矿采矿方法优化设计研究(1).pdf

ＳｅｒｉａｌＮｏ．６０７Ｎｏｖｅｍｂｅｒ．２０１９现代矿业ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ总第６０７期２０１９年１１月第１１期张小波（１９８６），男，工程师，２６４００６山东省烟台市经济技术开发区福州路１１号。某萤石矿采矿方法优化设计研究张小波１李晓刚２，３（１．烟台东方冶金设计研究院有限公司；２．中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；３．金属矿山安全与健康国家重点实验室）摘要开发利用矿产资源是我国工业建设和发展的重点。在矿山设计中，采矿方法若不能很好地适应矿山实际，可能会导致井下采矿不安全、矿产资源回收率低、资源浪费严重、地表塌陷等问题。某萤石矿区内主要矿体有２条，由Ⅰ号、 Ⅱ号矿体以及零星小矿体组成。矿石资源储量规模较大，品位高、加工技术性能好。但是采用的采矿方法具有回采率低、机械化程度低、资源浪费等缺点。为了解决以上问题，通过将脉内运输巷改为脉外运输巷、人工出矿改为铲运机出矿、改变矿房参数等方式对采矿方法进行了优化设计。经实验采场验证，优化设计后的采矿方法可有效提高资源回收率４．９９％，并且具有采矿工作效率高、作业安全、机械化程度高等特点，十分有利于矿山后期的发展。关键词萤石矿采矿方法优化研究ＤＯＩ１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４  ６０８２．２０１９．１１．０３９ＳｔｕｄｙｏｎＯｐｔｉｍｕｍＤｅｓｉｇｎｏｆＭｉｎｉｎｇＭｅｔｈｏｄｆｏｒａＦｌｕｏｒｉｔｅＭｉｎｅＺｈａｎｇＸｉａｏｂｏ１ＬｉＸｉａｏｇａｎｇ２，３（１．ＹａｎｔａｉＯｒｉｅｎｔＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．；２．ＳｉｎｏｓｔｅｅｌＭａａｎｓｈａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｎｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｏ．，Ｌｔｄ．；３．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳａｆｅｔｙａｎｄＨｅａｌｔｈｆｏｒＭｅｔａｌＭｉｎｅｓ）ＡｂｓｔｒａｃｔＥｘｐｌｏｉｔｉｎｇａｎｄｕｔｉｌｉｚｉｎｇｍｉｎｅｒａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｓｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｏｆＣｈｉｎａ＇ｓｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｏｎｓｔｒｕｃ  ｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｉｎｔｈｅｍｉｎｅｄｅｓｉｇｎ，ｉｆｔｈｅｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｃａｎｎｏｔａｄａｐｔｔｏｔｈｅｒｅａｌｉｔｙ，ｉｔｍａｙｌｅａｄｔｏｕｎｓａｆｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｉｎｉｎｇ，ｌｏｗｒｅｃｏｖｅｒｙｒａｔｅｏｆｍｉｎｅｒａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｓｅｒｉｏｕｓｗａｓｔｅｏｆｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｓｕｒｆａｃｅｓｕｂ  ｓｉｄｅｎｃｅａｎｄｓｏｏｎ．ＴｈｅｒｅａｒｅｔｗｏｍａｉｎｏｒｅｂｏｄｉｅｓｉｎａＭｉｎｅ，ｗｈｉｃｈａｒｅｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆＮｏ．１ａｎｄＮｏ．２ｏｒｅ  ｂｏｄｉｅｓａｎｄｓｐｏｒａｄｉｃｓｍａｌｌｏｒｅｂｏｄｉｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｏｕｒｃｅｒｅｓｅｒｖｅｓａｒｅｏｆｍｅｄｉｕｍｓｃａｌｅ，ａｎｄｔｈｅｏｒｅｇｒａｄｅｉｓｈｉｇｈａｎｄｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｇｏｏｄ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｃｕｒｒｅｎｔｌｙｕｓｅｄａｒｅｌｏｗｒｅｃｏｖｅｒｙｒａｔｅ，ｌｏｗｄｅｇｒｅｅｏｆｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎａｎｄｗａｓｔｅｏｆｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｗｈｉｃｈａｆｆｅｃｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｉｎｅｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅａｂｏｖｅｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｔｈｅｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｉｎｔｒａｖｅｎｏｕｓｔｒａｎｓｐｏｒｔｒｏａｄｗａｙｔｏｔｈｅｅｘｔｒａｖｅｎｏｕｓｔｒａｎｓｐｏｒｔｒｏａｄｗａｙ，ｔｈｅｍａｎｕａｌｍｉｎｉｎｇｔｏｔｈｅｓｃｒａｐｅｒｍｉｎｉｎｇａｎｄｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｐａｒａｍｅ  ｔｅｒｓｏｆｔｈｅｍｉｎｉｎｇｒｏｏｍ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒｙｒａｔｅｏｆｒｅｓｏｕｒｃｅｓｂｙ４．９９％，ａｎｄｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｍｉｎｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｓａｆｅｏｐｅｒａ  ｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｖｅｒｙｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｔｏｔｈｅｌａｔｅｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｍｉｎｅ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＦｌｕｏｒｉｔｅＭｉｎｅ，ＭｉｎｉｎｇＭｅｔｈｏｄｓ，ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＳｔｕｄｙ采矿方法对矿山的生产安全、资源回收率以及工作效率等方面有重大影响。采矿方法选择的合理性对矿山的效益十分重要，甚至关系到矿山的生存与发展［１］。当选择的采矿方法不能很好适应矿山现状时，需要对其分析、优化设计，以更好的服务矿山生产。而采矿方法的优化设计又是一个复杂的系统工程［２］，它涉及到的因素较多，许多因素具有模糊性和不确定性，如矿体厚度、矿体形态、矿体倾角等矿床赋存要素［３］。此外，采矿方法的评价标准［４］也不尽相同。为了解决以上问题，国内外学者引入４３１了许多新理论和方法用于采矿方法的优化［５］。１矿山简介某萤石矿采用竖井开拓，提升竖井分别为１＃竖井和２＃竖井。回采顺序为垂直方向自上而下分中段回采，水平方向由两端向提升竖井方向后退式回采。矿山开采规模为６万ｔ／ａ，主要中段有＋１０５、＋５５、＋５以及－４５ｍ中段。目前＋１０５ｍ、＋５５ｍ中段已经回采结束，＋５ｍ中段开拓工程已经开始回采，－４５ｍ中段仅形成了水泵房、水仓及井底车场。１．１采矿方法现状矿山采用浅孔留矿法，矿房底部为漏斗结构，运输巷道位于矿脉内，采用人工方式出矿。矿房长４０～５０ｍ，采场垂高５０ｍ，漏斗间距５～６ｍ，顶、底柱高５ｍ，间柱宽８ｍ，采矿方法现状见图１。图１采矿方法现状采矿方法主要技术经济指标见表１。表１主要技术经济指标项目矿块生产能力／（ｔ／ｄ）采准切割比／（ｍ／万ｔ）／（ｍ３／万ｔ）矿块回采率／％指标６０３９．４４２１７．４３８１．３１．２存在的问题（１）底部结构占用矿体资源。浅孔留矿法底部漏斗结构具有施工工序复杂、施工难度相对较大、占用矿体资源、出矿效率较低、支护成本高等缺点，目前已经很少被矿山所采用［６］。（２）脉内主运输巷影响工作效率。主运输巷道位于矿脉内，采用人工方式出矿，矿山基建投资相对较小、见矿速度快、短期内矿山经济效益明显。但是，不可避免会产生更多问题，如出矿工作与运输工作相互影响导致出矿效率低等问题，不利于矿井生产及发展。（３）采矿安全性差。矿山矿体大致形态为两翼薄、中部厚大，矿体位于破碎带中。对于中部厚度大于８ｍ的矿体来说，在凿岩过程中，无法避免破碎带内顶部矿体暴露面积大、暴露时间长、难以支护等问题。工作人员长时间位于大面积暴露的破碎矿体下部凿岩，安全性很差，也影响到作业效率。（４）机械化程度低。主运输巷道位于矿脉内，采用人工方式出矿，出矿工作与运输工作同时进行。在狭小的空间内大多数工作都需要依靠人力解决，无法再进一步增加铲运机等设备，导致矿山机械化程度低。２采矿方法优化设计研究针对采矿方法存在的以上问题，提出以下优化措施（１）人工出矿改为铲运机出矿，铲运机型号为ＺＳＺＧ９３０，斗容１ｍ３。为了回收出矿进路间三角矿体，另配置１台斗容１ｍ３遥控铲运机。（２）脉内运输巷改为脉外运输巷，避免矿石运输与出矿工作相互影响。（３）漏斗结构改为平底结构，并在靠近上盘的平底结构内设置混凝土三角柱，尽可能减少矿石资源的损失。（４）顶柱高度修改为３ｍ，间柱宽度为６ｍ，出矿进路间距为８．５ｍ。优化后的采矿方法见图２。图２采矿方法优化３实验采场生产验证３．１实验采场简述（１）实验采场位于＋５ｍ中段，北４＃天井与北５＃天井之间，矿房走向长度６７ｍ，矿体平均厚度５．６ｍ。实验采场位置见图３。（２）实验采场矿量。实验采场位于０勘探线与４勘探线之间，采用垂直平行断面法计算矿量较为合理，计算公式如下。Ｖ＝Ｓ１＋Ｓ２２Ｌ，（１）式中，Ｓ１、Ｓ２分别为相邻２个剖面上的对应面积；Ｌ为相邻２剖面间距或剖面到尖灭点距离。（１）当相邻２个剖面对应面积（下转第１５３页）５３１张小波李晓刚某萤石矿采矿方法优化设计研究２０１９年１１月第１１期［Ｊ］．稀有金属，２０１５，３９（６）５４６  ５５３．［４］ＣＵＲＲＥＬＩＭ，ＧＨＩＡＮＩＭ，ＳＵＲＲＡＣＣＯＧ，ｅｔａｌ．ＢｅｎｅｆｉｃｉａｔｉｏｎｏｆａｇｏｌｄｂｅａｒｉｎｇｅｎａｒｇｉｔｅｏｒｅｂｙｆｌｏｔａｔｉｏｎａｎｄＡｓｌｅａｃｈｉｎｇｗｉｔｈＮａ  ｈｙ  ｐｏｃｈｌｏｒｉｔｅ［Ｊ］．ＭｉｎｅｒａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，１８（８）２５  ２８．［５］许金越，李婷．江西某含碳砷难处理金矿石浮选试验［Ｊ］．金属矿山，２０１５（７）７３  ７６．［６］陈军，卫亚儒．难处理含碳金矿石预处理技术研究现状［Ｊ］．黄金，２０１８，３９（１２）５９  ６２．［７］谭白华．浮选工艺在某含碳微细粒金矿石的研究［Ｊ］．世界有色金属，２０１７（１９）８８  ８９．［８］陈慧杰，张莉，蒋升国，等．某微细粒难选金矿石选矿工艺研究［Ｊ］．金属矿山，２０１８（７）１３１  １３４．［９］李恒，张晓民，祁超，等．高含碳金矿石浮选工艺流程试验研究［Ｊ］．有色金属选矿部分，２０１９（３）１０  １６．［１０］靳建平，韩跃新，雷大士，等．陕西某含碳微细粒金矿石工艺矿物学研究［Ｊ］．金属矿山，２０１８（３）１０６  １１０．［１１］张水旺，黎清林，冯勇．高碳微细粒复杂金矿石选矿工艺研究［Ｊ］．有色金属选矿部分，２０１０（４）２０  ２４．［１２］薛忱，梁泽来．贫硫化物含砷碳微细浸染型金矿石浮选试验研究［Ｊ］．黄金，２０１１，３２（１２）４２  ４６．［１３］于雪．某含碳微细粒金矿石浮选工艺研究［Ｊ］．黄金，２０１１，３２（１１）５２  ５５．（收稿日期２０１９  ０９  ２３责任编辑王亚琴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１３５页）相差＜４０％。图３实验采场位置（２）当相邻２个剖面对应面积相差＞４０％。Ｖ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ１Ｓ槡２３Ｌ，（２）经计算，扣除间柱、顶柱、夹石后，可采矿量为２９３０６ｔ。实验采场矿量计算见表２。表２实验采场矿量计算项目截面积／ｍ２平均面积Ｓ／ｍ２长度Ｌ／ｍ密度／（ｔ／ｍ３）质量／ｔ０勘探线２３０．９７１７５．８０６７２．８４３３４５１４勘探线１２５．９０夹石－１１．７１５２．５４３９３．２实验采场生产验证经实验采场生产验证，矿块生产能力得到有效提高，缩短了矿块的回采时间。矿块回采率由８１  ３％提高到８６．２９％。优化后的采矿方法主要技术经济指标见表３。４结论（１）采矿方法优化工作增加了部分工程和投表３主要技术经济指标（优化后的采矿方法）矿块生产能力／（ｔ／ｄ）万吨采准切割比／（ｍ／万ｔ）／（ｍ３／万ｔ）矿块回采率／％１５０５６．１３３０１．４４８６．２９资，但是回收矿体价值高于投资。（２）优化后的采矿方法具有机械化程度高、工作效率高、更加安全等优点，且更有利于矿山生产后期的发展。（３）优化后的采矿方法具有施工简单，操作方便，安全可靠等优点。（４）经实验采场生产验证，矿石资源回采率提高了４．９９％。与投资比较，每年为矿山带来较为可观的经济效益。（５）优化后的方法技术上可行、经济上合理，为矿山后期的充填采矿法提供基础。参考文献［１］汪亮．龙首矿西部贫矿体采矿方法优选研究［Ｄ］．昆明昆明理工大学，２００８．［２］刘方．金属矿山地下采矿方法选择系统［Ｄ］．武汉武汉理工大学，２０１１．［３］采矿设计手册编委会．采矿设计手册［Ｍ］．北京中国建筑工业出版社，１９８７（１）１０５３  １０５４．［３］田锋，任远．采矿方案选择综合评价方法研究［Ｊ］．矿冶，２００２，１１（３）２  ３．［４］姚香．采矿方法研究与数学优选［Ｊ］．黄金，１９９７（２）１５  ２１．［５］解世俊．金属矿床地下开采［Ｍ］．北京冶金工业出版社，２０１２．（收稿日期２０１９  ０９  ２３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殮殮殮殮）欢迎投稿欢迎订阅３５１李明阳陈泽等辽宁某含碳难选金矿石浮选试验研究２０１９年１１月第１１期