冬瓜山铜矿采矿方法探讨.pdf

≮3 一L ／ t 一 ＼ ㈡ 气 ／ 冬瓜 山铜矿采矿方法探讨 ／ 北京有色冶金设计研究总院朱维根 【 摘要】在 熟 悉国 内 外近 年 来大 直径 深 孔和中 深 孔凿 岩、 装药 爆 破等 技术基础 上 分折，确定了冬瓜山铜矿大孔采矿和中深孔采矿的适用范匿。 关键词 大孔采矿中深孔采矿采矿成本 ／ 通过技 术经挤 S TUDY ON NⅡNI NG M哐TH0D oF DONGGUA SH_．4 U CoPP ER MⅡ NE Be i j i I 1 g Ce n t r a l En g i n e e ri n g＆ Re s e a r c h I n s t i t u t e f o r No nf e r r o u s M e t a l l u r g i c a l I n d u s t r y Z h u We i g e n 【 A B S T R A C T 】B a s e d o n t h e r e c e n t t e c h n o lo g y o f d ri l l i n g ， c h a r g in g a n d b l a s t i n g f o r la r g ed i a me t e r h o l e mi n i n g a n d me d i u m l e n g t h h o l e mi ni n g a t h o me an d a b r o a d， t h e a p p l i c a t i o n r an g e o f l a r g e h o l e mi ni n g an d m edi u m l e n g t h h o l e mi n i n g i n Do n g g u a s h a n C o p p e r M i n e i s d e t e r mi n e d t h r o u g h t e c h n o l o g y an d e o o n o mi c a n a l y s i s ． KEY W ORDSLa r g e h a l e mi n i n g M ed i u m 一 1 e n g t h h o l e mi n i n g M i n i n g C a s t s 冬瓜山矿床埋藏深、地压大、岩温高、 矿石有结块和 自燃可能 ，岩石脆硬具有岩爆 倾向。综合考虑冬瓜山矿床的诸多特点 ，设 计推荐大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法 以下简称大孔法和上向扇形中深孔阶段 空场嗣后充填采矿法 以下简称中深孔法 ， 大孔法和中深孔法的适用范围主要根据矿体 厚度不同进行选择。两种采矿方法究竟以多 厚的矿体作为分界标准是一个值得研究的问 题 ，它不仅取决于当前的凿岩、装药 、爆破 等技术水平 ，而且还直接影响到矿山经济效 益。例如 3 0 m厚的矿体，既可用大孔法回 采 ，也可用中深孔法回采 ，但大孔法回采每 吨矿石 本比中深孔回采高1 ． 3 元左右，对 一 个生产规模为 3 3 0万 t ／ a 的特大型矿山， 由此而产生 的经济效益是相 当可观的。因 此 ，必须从技术和经济方面加 以分析研究， 以确定合理的分界标准。 1 开采技术条件 冬瓜山矿 床 1 主 矿 体 占 总 储 量 9 8 ． 8 ％位于青山背斜的轴部 ，赋存于石炭 系黄龙组、船山组层位中，呈似层状产出， 属层控矽卡岩型铜矿床。矿体产状与围岩一 致 ，其形态呈鞍状与背斜形态相吻和。矿体 中部倾角较缓，一般均小于 1 0 。 ；两翼分别 向北西、南东倾斜 ，倾角一般 2 0 。 左右 ，最 大达 3 0 --3 5 。 。矿体 赋存于 一6 9 0 ～ 一l O 0 7 m 标 高 之 间，平 均 厚 3 4 ． 1 6 m ，最 大 厚 1 0 6 ． 7 m。矿体直接顶板主要为大理岩；底 板主要为粉砂岩和石英闪长岩 ；矿体主要为 含铜磁铁矿、含铜蛇纹石和含铜矽卡岩。矿 石完整稳 固 。原岩应力 在方向和量级上受地 质构造控制 ，最大主应力方向与矿体走向大 体一致 ，量值 3 0 ～3 8 MP a 。矿体中含铜磁 铁矿、顶板矽卡岩和底板粉砂岩、石英闪长 岩在高应力条件下均有岩爆倾向。矿石平均 冬瓜山铜矿采矿方法探讨朱维根 1t f l 1 0 0 0 3 8 维普资讯 含硫1 6 ． 7 ％，开采过程中有氧化结块和 自然 发火的可能 。地表有大量 的工业设 施 、民用 建筑、公用管线和道路。地表不允许崩落。 2采矿 方 法概 述 冬瓜山矿床的一个最大特点是矿体呈近 似平板状产 出。 回采 时不 留顶 柱和底柱 ，一 次将矿体全厚采完，矿体厚度即采场高度， 采场顶板就矿体顶盘 ，采场底板就是矿体底 盘。大孔法采切工程主要 由出矿、凿岩和充 填三层相对独立的巷道网组成 。中深孔法采 切 工程 主要 由凿岩 出矿和充填 两层相对独立 的巷道网组成。矿体划分为盘区，每个盘区 由2 O个采场 组成。大孔法 回采凿岩选用 S i mb a 2 6 1 高风压潜孔钻机钻凿下向深孔， 孔径 1 6 5 mm，采用 VC R法 掏槽 ，倒 梯段侧 向崩矿 。中深孔法 回采凿岩 选用中深孔液压 凿岩 机 钻 凿 上 向 扇 形 中深 孔 ．孔 径 7 6～ 8 9 mm，采 用 装 药 车 装 药 ．侧 向 崩 矿 。用 6 铲运机出矿。采场出矿完毕后，用块石 尾砂胶结充填 。 3 采矿 成 本 分析 在回采、掘进、充填、提升运输、通风 和排水等作业成本中，大孔法和中深孔法的 充填、提升运输、通风和排水作业成本是相 同的，两种采矿方法的采矿成本差别主要体 现在回采作业和掘进作业上。 3 ． 1 掘进作业成本 分析 在回采、掘进、充填、提升运输、通风 和排水六个作业工序 中，充填作业成本最 高，约占采矿作业成本 的 3 7 ％；掘进作业 成本次之 ，约 占采矿作业成本的 1 4 ％；回 采作业成本约 占采矿作业成本的 1 3 ％。因 此 ，确定采矿方法时 ，采切比是一个不可忽 视的因素。大孔法采切工程主要由出矿、凿 岩和充填三层巷道组成，三层巷道的工程量 基本是固定不变的，不随矿体厚度变化而变 化 ，所以万 吨采切 比随矿体厚度增大呈反 比 例关系减小。中深孔法采切工程主要由凿岩 出矿和充填两层巷道以及切割槽组成，万吨 采切 比也随矿体厚度增大呈反 比例关 系减 小。两种采 矿方法 的采切成 本与矿体厚度关 系见图 1 。图 1表明 1 采切成 本 随矿本 厚度增大而递减 ，大孔法递减速度比中深孔 快 ； 2 同样厚度 的矿本 ，大 孔法采切成本 比中深孔高 ，且两种采矿方法的采切成本差 距随矿体厚度增大而减小。仅从采切成本 看 ，中深孔开采最经济 ，但 中深孔凿岩设备 的钻孔深度和精度有限。 0 罄 B 氍 囤 1 采切成本与矿体厚度关 系 l 一大孔 2 一中深孔 3 ． 2 凿岩成本分析 大 孔 孔 径 1 6 5 mm，中深 孔 孔 径 7 6～ 8 9 m m。大孔凿 岩具 有钻凿 深度大 、精 度 高、凿岩成本低等特点。两种采矿方法的凿 岩成本与矿体厚度关系见图 2 。从 图 2 可 以 看出 1 在一定范围内，随着矿体厚度增 大，大孔法凿岩成本逐渐降低 ，中深孔凿岩 成本逐渐增大； 2 同样厚度的矿体 ，大孔 法凿岩成本 比中深孔低 ，且大孔和 中深孔凿 岩成本差距随矿体厚度增大而增大。 3 ． 3 爆破成本 分析 两种采矿方法的爆破成本与矿体厚度关 系见图 3 。图 3 表明 1 爆破成本随矿体 有色矿山1 9 9 9 2 维普资讯 拍 。 亟 甚 耄 2 ,a 一 置一蛆 矿体厚度／ - 圈 2 凿 岩 成本与 矿体 厚度关 系 1 一大孔 ； 2 一中探孔 厚度增大而缓慢升高； 2 同样厚度的矿 体 ，大孔法爆破成本 比中深孔略高。大孔法 炸药单耗 比中深孔低 ，而爆破成本却比中深 孔略高 ，主要有两个原因 1 大孔法采用 倒梯段侧向崩矿，从采场底部到采场顶部分 多层多次爆破 ，爆破每一分层起爆器材必须 从孔 13敷设 到起爆位置，起爆器材消耗 量 大； 2 大孔法装药工艺复杂、效率低。 一 幡 毯 馏 臻 矿体厚度 ， m 围 3 爆 破成 本 与矿体 厚 度 关系 1 一大孔 ；2 一中探孔 3 ． 4可 比成本分析 对冬瓜山的矿体形态而言，同一厚度的 矿体 ，大孔落矿和中深孔落矿矿石损失贫化 无明显差别 ，两种采矿方法经济上差异主要 体现在采切和凿岩爆破成本上。丽种采矿方 法的可 比成本 采切 、凿岩、爆破成本 之 和与矿体 厚度关 系见 图 4 。图 4表 明 1 可比成本随矿体厚度增大而降低 ； 2 随着矿体厚度增大，大孔法可比成本降低的 幅度比中深孔大 ； 3 矿体厚度 4 0 m是两 种采矿方法 的采矿 成本平衡 点。即矿体厚度 小于 4 0 m时，大孔法可比成本比中深孔高， 且矿体厚度越小 ，两种采矿方法的可比成本 差距越 大 ；矿体 厚 度 大于 4 0 m 时 ，大 孔法 的可 比成本 比中深孔低 ，且可 比成本差距 随 着矿体厚度增大而增大 。从采矿成本 看 ，矿 体厚度 4 0 m是大孔法和中深孔法的最佳分 界 。 1 I 且 1 彻 墨∞∞∞帕 矿悻 厚度， I 圈 4 可 比成 本 与矿体 厚 度关 系 1 一 大孔 ；2 一中深孔 4 技 术 分析 近年来 ，随着采矿新技术、新工艺、新 设备的不断发展和应用 ，国内外一些矿 山纷 纷变革采矿方法和采场结构参数。瑞典基律 纳铁矿分段崩落法的分段高度 由 8 0年代的 1 2 m提高到 目前的2 8 ． 5 m ，晟大上 向孔深 达 5 5 m；西石门铁矿分段崩落法的分段高度 已由 l o re 提高到 2 4 m，最 大 上 向孔深达 3 5 m。采场结构参数的变化 ，大大降低了生 产成本 ，提高了企业经济效益。这些成就都 是得益于当代凿岩、装药、爆破 、出矿等技 术的发展。瑞典阿特拉斯公司生产的 S i m b a 系列中深孔凿岩机 ，4 0 m孔深在经济上和钻 孔精度上都是合理 的。在 目前 的技术条件 下 ，4 0 m以内中深孔 ，无论是凿岩技术还是 装药爆破技术都 已成熟。因此 ，矿体 厚度 4 0 m作为大孔和中深孔的分界技术上是可行 的。 5结语 根据 以上技术经济分析 ，大孔法和深中 孔法的最佳分界应为 4 0 m。鉴于冬瓜山矿体 厚度变化大，同一盘区内的不同采场以及同 下转第 1 1 页 冬甩山铜矿采矿方法探讨朱维根 邮编 1 0 0 0 3 8 】 ～ 幡镬茁 维普资讯 ■ 凿岩机所 占面 积 为 岩石 坚 固性 系数 f 1 0 时 ，为1 ． O ～1 5 m 2 。若登碴 打眼与装岩平行作业时 ，考虑操作困难及相 互干扰，以井筒宽0 ． 5 --0 ． 7 m设置一台较为 合适。 根据井筒围岩及断面情况 。选择适当眼 深对提高爆破效率和循环进尺有重要意义。 下石节二采区风井与利民三号风井相 比。各 工序作业时间相近 ，但其岩石较软 ，断面稍 大 ，眼深从 1 ． 4 ～1 ． 5 m 加深 至 2 ． 5 --3 ． O m ， 增加了 8 o ％，这不仅使爆破效果、循 环进 尺得到提高 ，且使装提运生产率提高了2 0 4 倍 ，故成井速度增长了 9 4 ％。 当 f 4时 ，可用 电钻打眼，其纯钻眼 生产率 比风动凿岩机可提高 2 ～2 ， 5倍。 2 断面不大的斜井施工 ，装提运机械 化作业线可考虑用斗容0 ． 3 耙斗装岩机、 2 无卸载轮前卸式 箕斗、1 0 m3 矸石 仓、 v型矿车运输 ，根据花萼里主斜井施工经 验 。在 8 1 m2 小断 面施工 中用此作业 线， 装、提、运生产 率达 l 3 ／ h ，具 有 2 7 0 m 以上 的装 、提 、运 能力 。 断面较大的斜井施工 。采用大容积装提 运机械化作业线是提高快速成井的有效措 施。如阳泉贵石沟主斜井断面为1 9 ． O 3 m 2 ， 实验施工用 2台 P Y一9 O型耙斗式装岩机 ， 其斗容达0 ． 9 m s ，用 6 m3 的无卸载轮前卸式 箕斗 2辆，双钩提升，绳速3 ． 8 7 m／ s，地面 矸石仓容积 2 4 ，该井用料石砌碹，占用 了 4 0 个小班 ，使掘进仅为1 6 ． 7天，月成井 达1 5 0 ． 7 m 。装提运生产率为2 3 7 ／ h，单 位面积仅为1 ． 2 m 3 ／ h。据此分析，若将支护 工作与掘进平行作业，可成井 2 7 5 m／ 月；若 采用喷射砼作为永久支护 ，掘支作业配合 好，对比下石节斜井施工条件与技术水平 ， 贵石沟主斜井装提运生产率潜力很大，具有 7 0 O m以上 的施工设备配套能力。 斜井断面较宽时 。考虑装岩方便，可布 置两台耙斗机装岩，两辆箕斗 。双钩或采用 两套单钩提升，以充分发挥双轨提升 的能 力 。并可兼作支护提升，这是提高成井速度 有力办法。 3 斜井采用锚喷 作为 临时和永久支 护 ， 施工简便、快速 。并 便于掘支平 行作 业 ，为快速成井创造了条件。 对浇灌砼支护，使用砼输料泵也可达到 远距离输料 。对斜井倾角较大者更为适宜。 喷射砼厚度可根据经验选取 坚硬稳定 岩层 ，可不支护或喷射 2 o ～3 0 mm厚砂浆 ， 或喷射 5 0 m m厚砼 ；中稳岩层 ，可 喷射 5 O -- l O O mm 厚 砼 或加 锚 杆 ；不 稳岩 层 ，可 喷 射 l o 0 ～1 5 0 ram厚砼或加锚杆 、金属 网。 总之，斜井施工的重要工序设备之配套 选择、科学地组织管理 ，是斜井快速施工的 关键 ，只要抓住这一主要矛盾 ，我国的快速 成井将会有新的突破。 上接第 7 页 一 采场的不同部位矿体厚度是不 同的；钻孔 深度超过 4 0 m后 ，中深孔凿岩设备的效率和 钻孔精度不够理想。因此，在 目前的技术条 件下，笔者认为经济合理、技术可行 的分界 标准为矿体平均厚度以 3 5 m为界 ，最大厚 度以4 0 m为界。即矿体平均厚度小于 3 5 m且 最大厚度不超过 4 0 m 的部分采 用中深孔 回 来 。矿体平均厚度大于 3 5 m的矿体采用大孔 法 回采 。 开采冬瓜山这样特大规模的深埋矿床过 程中存在着地压、岩爆、自燃发火 、通风降 温等技术难题。为解决这些技术难题 ， 千米 深井 3 0 0万 t 级矿山强化开采综合技术研究 已列为 “ 九五 ”国家 重点科 技攻关 项 目。许 多技术难题将会得到解决 。诸如大孔采矿和 中深孔采矿的合理适用范围等问题也会得到 进一步验证。 斜井快速施工主要工序的分析唐瑞等 邮编 0 6 3 0 0 9 维普资讯