黏土岩覆层条件下缓倾斜铝土矿安全高效采矿方法研究(1).pdf

第７ ２卷 第５期有 色 金 属 矿山部分２ ０ ２ ０年９月 􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊􀪊 􀪊 基金项目 “ 十三五” 国家重点研发计划项目２ ０ １ ７ Y F C ０ ６ ０ ２ ９ ０ ４ 作者简介 余 超 １ ９ ９ １ , 男, 助理工程师, 采矿工程专业, 主要从 事矿山采矿工艺及技术、 安全生产等方面的管理工作. D o i１ ０ 􀆱 ３ ９ ６ ９/j 􀆱 i s s n 􀆱 １ ６ ７ １ Ｇ ４ １ ７ ２ 􀆱 ２ ０ ２ ０ 􀆱 ０ ５ 􀆱 ０ ０ ２ 黏土岩覆层条件下缓倾斜铝土矿 安全高效采矿方法研究 余 超１, 崔 松２ １ 􀆱中国铝业贵州分公司矿业公司, 贵阳５ ５ １ ４ １ ３;２ 􀆱矿冶科技集团有限公司, 北京１ ０ ２ ６ ２ ８ 摘 要 合理的采矿方法直接影响矿山整体安全性和生产技术经济指标.对猫场缓倾斜铝土矿顶板泥岩覆层条件下 的高价值矿体进行安全、 高效采矿方法优化研究, 提出几种适合的采矿方法.通过多项技术经济指标对比分析, 最终优选出 安全程度高、 经济效益显著的两步骤条带式废石胶结充填采矿法, 为国内外类似复杂地质条件的矿山提供更好的借鉴. 关键词 黏土岩覆层; 铝土矿; 两步骤条带式废石胶结充填采矿法 中图分类号T D ８ ５ ３ 􀆱 ３ ４ １; T D ８ ６ ２ 􀆱 ５ 文献标志码A 文章编号１ ６ ７ １ Ｇ ４ １ ７ ２２ ０ ２ ００ ５ Ｇ ０ ０ ０ ６ Ｇ ０ ３ S t u d yo ns a f ea n de f f i c i e n tm i n i n gm e t h o do fg e n t l y i n c l i n e db a u x i t eu n d e r c l a yr o c ko v e r b u r d e n YUC h a o １, C U IS o n g ２ １ 􀆱G u i z h o uM i n i n gC o m p a n y,A l u m i n u mC o r p o r a t i o no fC h i n aL i m i t e d,G u i y a n g５ ５ １ ４ １ ３, C h i n a; ２ 􀆱 B G R I MM T e c h n o l o g yG r o u p,B e i j i n g１ ０ ２ ６ ２ ８,C h i n a A b s t r a c tR e a s o n a b l em i n i n gm e t h o d sd i r e c t l ya f f e c t t h eo v e r a l l s a f e t yo fm i n e sa n dt h ee c o n o m i c i n d i c a t o r so f p r o d u c t i o nt e c h n o l o g y 􀆱 A i m i n ga t t h eh i g hv a l u eo r eb o d yu n d e r t h em u d s t o n eo v e r b u r d e no f t h er o o fo fM a o c h a n g g e n t l y i n c l i n e db a u x i t em i n e,t h i sp a p e rs t u d i e dt h eo p t i m i z a t i o no fs a f ea n de f f i c i e n tm i n i n gm e t h o d,a n dp r o p o s e d s e v e r a l s u i t a b l em i n i n gm e t h o d s 􀆱 T h r o u g ht h ec o m p a r a t i v ea n a l y s i so fm u l t i p l et e c h n i c a l a n de c o n o m i c i n d i c a t o r s,a t w o Ｇ s t e ps t r i pc o n s o l i d a t e d s t o p Ｇ f i l lm i n i n gm e t h o dw i t hh i g h s a f e t y a n d s i g n i f i c a n t e c o n o m i cb e n e f i t sw a s f i n a l l yp r e f e r r e d 􀆱 T h i sp a p e r c a np r o v i d eb e t t e r r e f e r e n c e f o rm i n e sw i t hs i m i l a r c o m p l i c a t e dg e o l o g i c a l c o n d i t i o n s a th o m e a n da b r o a d 􀆱 K e yw o r d sc l a ys t r a t a;b a u x i t eo r e;t w o Ｇ s t e ps t r i pc o n s o l i d a t e ds t o p Ｇ f i l lm i n i n gm e t h o df o rw a s t er o c k 铝土矿资源在我国经济发展过程中起到极其关 键的作用.据了解, 铝土矿资源由于自身地质条件 限制, 主要是房柱法开采.由于铝土矿成矿条件苛 刻, 顶板软弱不稳固、 地压活动显著、 层状矿岩变化 较大、 直接顶板黏土岩与矿体界线不明确、 水文地质 条件复杂等, 揭露后短时间内即出现垮塌, 为保证开 采安全及地表沉降控制, 开采过程中必须预留较厚 的护顶柱、 点柱、 顶底柱等作为支撑体系.导致铝土 矿资源的损失率较高, 损失率一般４ ０ ％５ ０ ％, 造成 大量资源浪费[ １ Ｇ ２].随着高品位铝土矿矿石价格的提 升, 如何提高矿山回收率是目前亟需解决的难题. 合适的采矿方法直接影响采场回采的安全性和 生产作业技术经济指标.郭旺[ ３]针对铜坑矿缓倾斜 薄矿体特征, 提出了以T R I Z理论为指导的综合优 选方法对矿山已用的采矿方法进行优化, 效果良好. 谢火明[ ４]采用液压支柱护顶嗣后充填采矿法在水银 洞金矿得到很好的应用. 康家湾矿[ ５]、 红泥坡铜矿[６]、 巴鲁巴铜矿[７]等缓 倾斜矿体开采过程中, 通过采矿方法优化选择, 均取 得较好效果. 本文对猫场铝矿缓倾斜矿脉开采的安全性和高 效性进行了深入的研究, 在现有采矿法基础上, 优选 出更合理的采矿方法. １ 工程概况 １ 工程地质条件 猫场铝土矿为特大型沉积型铝土矿床, 具明显 二分性, 为含铝岩系、 含铁岩系. 矿体直接顶底板由黏土岩类组成, 直接顶板平 均厚度１ 􀆱 ７ ７m; 直接底板平均厚度３ 􀆱 ２ ２m; 矿体直 接顶底板平均R Q D值１ ２ 􀆱 ５ ０％, 属软质岩石块状结 构不稳定岩体. 第５期 余 超等 黏土岩覆层条件下缓倾斜铝土矿安全高效采矿方法研究 矿床间接顶板为坚硬岩石, 矿床间接底板为坚 硬岩石块状结构稳定岩体. 对于铝土矿层, 土状铝土矿属软质岩石块状结 构不稳定岩体矿体, 致密状铝土矿属硬质岩石、 块状 结构的稳定岩体, 总体属硬质岩石与软质岩石互层 的层状结构不稳定岩体. ２ 水文地质条件 矿体间接顶板富水性中等, 该地区岩溶发育, 含 丰富溶洞暗河, 水文地质条件为中等偏复杂类型. ２ 采矿方法初选 为减少矿柱损失, 提高回采率, 控制地压与岩移, 现 有采矿方法已无法满足以上条件及矿山生产需求.两步 骤条带式废石胶结充填采矿法的技术思路是在预护顶的 基础上, 进行条带开采, 结合废石嗣后充填技术, 不再 留设采场点柱, 大幅提高资源回采率.因此, 针对两种 采矿方法进行对比分析, 以优选出合适的采矿方法. ２ 􀆱 １ 点柱式房柱采矿法 １ 矿块布置及构成要素 矿块沿矿体走向连续布置, 长５ ０m, 控制矿块斜长 ７ ０ ８ ０m, 高为矿体厚度, 留设顶、 底柱, 顶、 底柱宽６m. ２ 采准切割 中段运输平巷布置在矿体下盘, 每个矿块在铲运 机联络平巷与采场上山交汇处布置一条采场溜矿井, 掘进人行通风材料井联通中段运输平巷与铲运机联 络道, 作为采场部分人员及材料的进出通道; 沿矿体 倾斜方向上掘二条采场上山, 至上中段或上分段铲运 机联络道, 形成完整的采场通风风路; 在采场底柱上 方开掘切割平巷, 形成采场最初的回采工作面. ３ 凿岩爆破 回采工作面自采场一端向另一端分梯段向上逐 步推进, 采 用B o o m e r ２ ８ １型 凿 岩 台 车 落 矿; 孔 深 ２ 􀆱 ５３ 􀆱 ０m, 最 小 抵 抗 线１ 􀆱 ０ m左 右, 炮 孔 间 距 １ 􀆱 ０１ 􀆱 ５m.采用装药台车 局部人工辅助 装药, 非电雷管起爆, 矿石块度控制在５ ０ ０mm以内, 个别 大块在采场进行二次破碎. ４ 出矿 采用２m ３ 电动铲运机铲装, 运至采场 溜矿井, 下放后在有轨运输中段振动放矿机装矿, 电 机车牵引中至矿石破碎站主溜井. ５ 采场通风 新鲜风流由中段运输平巷进入采 场, 流经工作面后, 污风回至上中段或上分段铲运机 联道, 经南北回风斜井排出坑外.采场内采用局部 扇风机进行辅助通风. ２ 􀆱 ２ 两步骤条带式废石胶结充填采矿法 １ 矿块布置及构成要素 矿块结构参数 沿矿体走向划分矿房、 矿柱, 一 步骤回采矿房, 通过分条回采, 空区采用废石胶结充 填, 宽３m; 二步骤分条带回采, 宽度５６m, 矿块 长５ ０m, 高为矿体厚度, 倾向长５ ０m, ０ 􀆱 ５ １ 􀆱 ０m的 护顶矿壁 一步骤留１ 􀆱 ０m, 二步骤留０ 􀆱 ５ ０ 􀆱 ８m . ２ 采准切割 矿块采切工程主要为铲运机运输平巷、 分段横 巷及通风平巷. ３ 凿岩爆破 一步骤回采工作面自采场一端向另一端分梯段 向上逐步推进, 采用B o o m e r ２ ８ １型凿岩台车落矿. 孔深２ 􀆱 ５３ 􀆱 ０m, 最小抵抗线１ 􀆱 ０m左右, 炮孔间 距１ 􀆱 ０１ 􀆱 ５m.采用装药台车 局部人工辅助 装 药, 非电雷管起爆, 矿石块度控制在５ ０ ０mm以内, 个别大块在采场进行二次破碎. ４ 出矿 出矿选用２m ３的电动铲运机, 下放后 在有轨运输中段振动放矿机装矿, 电机车牵引中至 矿石破碎站主溜井. ５ 采场通风 新鲜风流主要经主斜坡道、 分段凿 岩巷道进入采场空区, 污风由上中段或上分段铲运 机联道, 经南北回风斜井排出坑外.采场内采用局 部扇风机进行辅助通风, 见图１. 图１ 两步骤条带式废石胶结充填采矿方法 F i g 􀆱 １ At w o Ｇ s t e ps t r i pc o n s o l i d a t e ds t o p Ｇ f i l l m i n i n gm e t h o df o rw a s t er o c k ３ 采矿方法优选 １ 点柱式房柱采矿方法评价 该采矿方法矿石损失率较大, 基本在４ ０％ ５ ０％, 造成大量经济损失, 顶板控制困难, 安全风险 高, 管理难度大. ２ 两步骤条带式废石胶结充填采矿方法评价 废石胶结充填采矿方法[ ８]布置结构较为简单, 采矿过程中顶板预留０ 􀆱 ８１ 􀆱 ０m护顶矿, 支护工 程量少, 管理方便, 在二步骤回采过程中, 在保证安 全的条件下, 二次回采护顶矿, 进一步降低矿石损 失, 工艺技术容易掌握, 凿岩、 爆破、 出矿都是在护顶 ７ 有 色 金 属 矿山部分第７ ２卷 矿壁下完成, 工人不必进入空区.回采完毕后, 一步 骤采用废石胶结充填, 可有效解决废石地表堆存问 题, 满足环保要求, 另外, 充填成本低, 总体来说, 提 高高品位矿石回收率, 降低采切工程量, 有效控制地 压, 废石有效利用, 机械化程度高. 采用点柱式房柱采矿方法与两步骤条带式废石 胶结充填采矿方法综合技术指标见表１. 表１ 开采方案技术经济综合比较 T a b l e１ C o m p a r i s o no f t h e t e c h n i c a l a n de c o n o m i c i n d i c a t o r so fm i n i n gs c h e m e s 序号指标 点柱式房 柱采矿法 两步骤条带 式废石胶结 充填采矿法 １ 采切比/m３􀅱k t－１ ６ ６ 􀆱 １ ４４ ６ 􀆱 ６ ３ ２ 矿石损失率/％ ４ ０４ ５２ ０２ ２ ３ 矿石贫化率/％ ３３ ４ 矿块综合生产能力/ t􀅱d－１ １ ２ ０１ ４ ０ ５ 采矿直接成本/ 元􀅱t－１ ６ ６ 􀆱 ５５ ６ 􀆱 ４ ６ 炸药单耗 / k g 􀅱t－１ ０ 􀆱 ６ ００ 􀆱 ５ ４ 通过各项指标可以得出, 条带式废石充填采矿 法各项指标良好, 尤其是回收率得到大幅提高, 可以 有效多回收大量高价值矿石, 同时有效提高矿山服 务年限[ ９].图２为条带式回采具体回采步骤分解. 图２ 条带式回采具体回采步骤分解 F i g 􀆱 ２ T h e s p e c i f i c s t o p i n g s t e p so f s t r i ps t o p i n g ４ 结论 根据矿体赋存变化条件, 对矿山现有采矿方法 进行全面剖析, 有针对性地进行了对比优化, 具体结 论如下 １ 建议采用留护顶矿壁两步骤分条回采嗣后充 填采矿方法, 在保证回采安全的前提下, 结合废石充 填工艺, 可以解决猫场铝矿安全、 高效采矿、 地压控 制、 废石充填等技术难题. ２ 提高了矿山整体 尤其是高品位铝土矿 回采 率, 由６ ０％左右提高至８ ０％, 延长了矿山服务年限, 促进了矿山良好发展. ３ 废石不出坑, 同时可以有效解决地表废石场 地有限的难题, 有效控制地表沉降等目标. 参考文献 [１] 严祥波, 王贻明, 徐恒, 等．某倾斜中厚矿体的留矿全面采矿 法[J]．金属矿山, ２ ０ １ ６９ ３ ５ Ｇ ３ ９． Y A NX i a n g b o,W A N G Y i m i n g,X U H e n g,e t a l ．A p p l i c a t i o no f f u l l s h r i n k a g es t o p i n gi ni n c l i n e dm e d i u mt h i c k n e s so r e Ｇ b o d y[J]． M e t a lM i n e,２ ０ １ ６９ ３ ５ Ｇ ３ ９． [２] 姜关照, 吴爱祥, 刘超, 等．缓倾斜薄矿体机械化上向水平高分 层分区充填采矿法[J]．金属矿山, ２ ０ １ １７ ８ Ｇ １ １． J I A N G G u a n z h a o,WU A i x i a n g,L I U C h a o,e t a l ．M e c h a n i z e d u p w a r dh o r i z o n t a l h i g hh i e r a r c h i c a l p a r t i t i o nf i l l i n gm e t h o df o r t h e g e n t l y i n c l i n e d t h i no r e b o d y[J]．M e t a lM i n e,２ ０ １ １７ ８ Ｇ １ １ ． [３] 郭旺．缓倾斜薄矿 体采矿方法创 新设计 与 采 动 损 伤 过 程 模 拟[D]．长沙 中南大学, ２ ０ １ ２． G U O W a n g ． I n n o v a t i v ed e s i g no fg e n t l yi n c l i n e dt h i no r em i n i n g m e t h o d sa n d s i m u l a t i o n o f m i n i n g d a m a g e p r o c e s s[D]． C h a n g s h aC e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y,２ ０ １ ２． [４] 谢火明．长壁式液压支柱护顶全面回采嗣后充填采矿法在缓 倾斜薄矿脉金属矿山应用[J]．现代矿业, ２ ０ １ ９,３ ５２ ７ ７ Ｇ ８ ３． X I E H u o m i n g ．A p p l i c a t i o no ff u l ls t o p i n gb a c k f i l l i n g m i n i n g m e t h o db y l o n gw a l l h y d r a u l i cp r o p c a n o p yg u a r d i nm e t a lm i n e w i t hg e n t l yi n c l i n e do r ev e i n s[J]．M o d e r n M i n i n g,２ ０ １ ９, ３ ５２ ７ ７ Ｇ ８ ３． [５] 梁宗霍, 彭联合, 朱志华．康家湾矿缓倾斜难采薄矿体采矿方 法研究[J]．中国有色冶金, ２ ０ １ ６,４ ５６ １ ３ Ｇ １ ５． L I AN GZ o n g h u o,P E N G L i a n h e,Z HU Z h i h u a ．S t u d yo nt h e m i n i n gm e t h o do fs l o w l yi n c l i n e dr e f r a c t o r yt h i no r eb o d yi n K a n g j i a w a n m i n e[J]．C h i n a N o n f e r r o u s M e t a l l u r g y,２ ０ １ ６, ４ ５６ １ ３ Ｇ １ ５． [６] 赵永峰．红泥坡铜矿缓倾斜薄矿体采矿方法的选择[J]．采矿技 术,２ ０ １ ３, １ ３１ １ Ｇ ３． Z HA O Y o n g f e n g ．S e l e c t i o n o f m i n i n g m e t h o d o f g e n t l y i n c l i n e dt h i no r eb o d y i nr e dm u ds l o p e c o p p e rm i n e[J]． M i n i n g T e c h n o l o g y,２ ０ １ ３,１ ３１ １ Ｇ ３． [７] 李占炎．缓倾斜薄矿脉底板破碎矿体采矿方法研究[J]．有色金 属 矿山部分 ,２ ０ １ ４,６ ６５ １ ０ Ｇ １ ３． L IZ h a n y a n ． S t u d yo nm i n i n gm e t h o df o rg e n t l yi n c l i n e dt h i n o r e b o d yw i t hc r u s h e df o o t w a l l[J]． N o n f e r r o u sM e t a l sM i n i n g S e c t i o n ,２ ０ １ ４,６ ６５ １ ０ Ｇ １ ３． [８] 王来军, 薛田喜, 陈涛, 等．缓倾斜薄矿体采矿方法的研究[J]． 黄金科学技术,２ ０ ０ ３,１ １３ ４ ４ Ｇ ４ ７． WAN G L a i j u n,XU E T i a n x i,C HE N T a o,e ta l ．S t u d y o n m i n i n g m e t h o d o fg e n t l yi n c l i n e dt h i n o r e b o d y[J]．G o l d S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,２ ０ ０ ３,１ １３ ４ ４ Ｇ ４ ７． ８