点柱式机械化分层充填采矿方法的应用.pdf

一 ， 2p Se rie s No． 2 91 S e p t e mh e r 2 0 0 0 金 属 矿 山 M E r AL M I NE 总 第2 9 1 期 2 0 0 1 1 年第 9期 点柱 式机械化 分层 充填 采矿方 法的应用 耿茂兴 山东黄金集 有踊三山岛垒矿 了 摘要介绍了点柱式机械化分层充填采矿方法在三山岛金矿的应用 ， 浚采矿方法机械化程度高， 采场分层 生产能力大， 两率指标较低 ， 适用于低品位矿床的大规模开采 关 键 词丝 塑 些 墨 兰 坌 墨查 堡 叠 疗 7 ／ ， ／ Appl i c a t i o n o f Po i nt e d Pr o p M e c h a n i c al Sl i c e S t o pi n g a n d Ba c kf i l l i ng M i ni n g M e t ho d r M a o x i n g S a n s h a n d ． o G o L dMi n e ， S h a n d o n gG Gr o u p0 ． L t d J Ab s t r a c t Th e a p p l i c a t i o n o f p o i n t e d p r o p me c h a n i c M s l i c e s t o p i n g a n d b a c k t d l i n g mi r i n g i n S a n s h a n d m Go l d Mi n e i s p r e s e n t e d h i s c h a r a c t e r i s e d b y h i g h me c h a n i z a t i o n d e g r ， t c a p a c i t y o f s l i e e s t o p i n g a n d t o w mi n i n g t o s s r a t e a n d o r e d i l l u t i o n r a 地 As a r e s u l t ， i t i s s u i t a b l e f o r t h e L a r g e - ． L e r m[ 】 1 n g o f l o w g r a d e d e vx s i t Ke y w r d s P o i n t e d p r o p， M e e h a n i fi o n ． Ni c e s t o p i n g ， F i l l i n g 1 概述 三山岛金矿矿床位于沂沐断裂东侧次一级断裂 即三山岛断裂带内的蚀变花岗岩中， 矿床类型属典 型的破碎蚀变岩型岩浆热液矿床。矿床品位低、 储 量大 矿床走向北东 3 4 。 ， 倾向南东， 倾角4 0 。 ， 沿走 向长 9 0 0 m， 矿化连续 ， 中部厚大 ， 最 大水平厚度达 5 0 r f l ， 两翼变小 ， 尖灭 ， 厚度变化大 由于受 到后期 地质构造活动的南东至北西向之侧压力作用， 致使 产生了规模大小不等的压扭性断层 和挤压破碎带。 位于矿体上盘的 F ． 断层， 是控矿构造， 主裂面位于 矿体上盘 0 ～ 1 0 n l 处， 平行于矿体走向， 呈波状伸 展 ， 有连续的黑色断层泥 ， 厚 5 - 2 0 c m， 在主裂面两 侧存在 1 ～ 1 0 r f l 厚 的破碎蚀变岩带 。F t 断层是直 接影响采场顶板和上盘岩体稳定的主要断层 三山 岛金矿全套 引进先进 的无轨采掘设备 ， 主 要采用点柱式机械化分层充填采矿方法， 简称点柱 法 。采场 的回采 和充填 ， 自下 向上水 平分层进行。 考虑到生产规模大 ， 矿区三面环海 ， 开采技术条件复 杂 ， 在我国第一次采用点柱式机械化分层充填采矿 法， 在技术上有较大的难度 ， 1 9 9 1年 ， 北京有色冶金 设计研究总院与三山岛金矿合作进行了采矿方法试 验研究。在试验研究成果的基础上 ， 经多年的应用 ， 点柱式机械化分层充填采矿方法在三山岛金矿井下 得到了完善， 取得了良好的经济效益。 2 采场主要结构和技术参数 三山岛金矿采用主竖井 ， 辅助斜坡道开拓方式 ， 竖井和斜坡道均布置在矿体的下盘。一期工程 中， 一 2 5 0 i n为有轨运输水平 ， 一2 4 0 m 以上为无轨开 采范围 ， 从 一2 4 0 m和 一1 5 0 r f l 两个 中段同时分 分 段向 上回采 ， 中段高 度为 9 0 m， 矿石从采场运到脉 外溜 蚌， 卸至 一2 5 0 r t l 有轨运输水平 每一个 中段划分为 6个分段， 分段高度为 1 5 r t l ， 分段巷道沿脉布置在矿体下盘的岩体中， 规格为 4 ． 0 n ／ 3 ． 2 r t l 。分 段巷道是 采场 与溜 井和斜坡 道 之间的通道， 担负着 5 个采场分层的回采， 分段巷道 一 般距矿体4 0 -- 6 0 I l l 。无轨凿岩设备、 铲运机、 坑 内卡车 、 辅助设备等可以从地表过斜 坡道到分段 巷 道内、 然后， 经采场联络道， 直接进入采场作业。 采场沿矿体走向布置， 采场与下盘分段巷道经 采场联络道连通 ， 采场联络道一般布置在采场中间 位置， 规格为 4 0 m3 ． 2 m， 其最大坡度为 2 ％。 两采场之间留有间柱 ， 采场通风泄水井布置在 间柱内， 规格为 2 ． 0 m2 ． 0 r f t ， 由通风泄水小巷连 接采场和通风 泄水井 ， 通 风泄 水小巷规格为 1 ． 5 I l l 2 ． 0m 耿茂 ． 山东黄金集团有限公司三山岛金矿生产处， 工程师． 2 6 1 4 4 2 山东省莱 州市 。 维普资讯 总第 2 9 1 期 金 属 矿 山 2 0 0 0年第 9 期 中段采准结束后， 开始进行采场拉底切割 ， 切割 巷道规格为 4 ． 0 m4 ． 0 m或 4 ． 0 m3 ． 5 m， 切割 层高度为 4 0 m或 3 ． 5 m 拉底切割完成并进行充 填后 ， 即可依次向上分层 回采。 采场长度为 1 0 0 m， 其中矿 房 9 4 m， 阃柱 6 m， 采场宽即为矿体的宽度。在采 场 内设有规则 的点 柱， 点柱尺寸为 6 m6 m， 点柱沿矿体走向中心间 距为 2 0 m， 沿垂直矿体走 向中心间距为 1 8 m。采场 分层回采高度和分层充填高度均为 3 ． 0 m， 空顶高 度为 4 ． 5 m， 其中 ， 1 ． 5 m高为爆破补偿空阃 采矿方法示意见图 1 。 图 1 采矿 方法示意 图 1 一脉外溜井； 卜 分段巷道； 卜 采场联络道； 4 一闻柱； 5 一点拄； 6 一通风泄农小巷； 7 通风泄水井； 8 护顶矿 柱 ； 9 一 断层； 1 0 一回风巷道 1 l 一风井联络道； l 卜 底 柱 ； l 3 一溜井联络道； 1 4 一分层采空区； 1 5 斜坡道联培 巷 3 主要采矿工艺 点柱式机械化分层充填采矿方法适用于矿体厚 大 、 矿岩稳固的采场。主要采矿工艺有凿岩爆破 、 采 场通风 、 检撬浮石 、 顶板 支护 、 洒水出矿和分区充填 等。 1 凿岩爆破 。在采场内 ， 用进 口凿岩台车凿 岩， 用 2 岩石硝铵炸药药卷和乳化油炸药药卷人工 装药 ， 导爆管起爆。多年来 ， 在采场内 ， 我矿做 了大 量的爆破试验 ， 通过多种 布孔方式的对 比和爆破参 数的优化， 确定了“ ” 起爆落矿方案和采场顶板 光 面爆破方案 ， 根据节理 、 裂隙等不连续界面的发育程 度不同， 适当诵整布孔方式和爆破参数 ， 都能取得比 较理想的爆破效果。爆破好， 爆堆集中松散， 大块率 基本上控制在 1 0 ％以下 ， 便于铲运机 出矿 ； 采场顶 板岩面平整 ， 破坏程度小， 有利于保护采场顶板的稳 定。 2 采场通风。新鲜风流经斜坡道 、 斜坡道联 、 1 0 、 络道 、 分段巷道和采场联络道进人采场， 清洗作业面 后， 污风由采场两翼的通风泄水小巷进 人采场两翼 通风泄水井 ， 流至上部回风巷 ， 经南北两风井抽出式 排 出。只要保持采场两翼的风井畅通无 阻， 采场的 通风环境就能保持良好。一般说来 ， 采场内爆破后 ， 3 0 mi n左右就可将炮烟基本排净。 3 检撬浮石。炮烟排净之后 ， 撬毛工进人采 场掌子面， 借助于剪式升降台车进行检撬浮石， 主要 检撬爆破作业面区域顶板和两帮的小块浮石 ， 对于 无法用撬棍撬掉 的大块浮石 ， 采用凿岩 台车的凿岩 机进行冲击 ， 冲击不下来的 ， 进行凿岩爆破处理。 4 顶板支护。在采场内 ， 用进 口锚杆台车打 锚杆 ， 锚杆为胀壳式锚杆 ， 杆体 为 4 1 6 g 1 ] l l 圆钢 ， 长 1 ． 8 m。锚杆 交错 布置 ， 支护 网度一般为 1 ． 5 m 1 5 m， 对于采场顶板节理 、 裂隙等不连续界面 比较 发育 的 区域， 锚 杆支 护要 适 当加 密 ， 一 般加 密 到 1 0 m1 0 I l l 锚杆支护一般保持距作业面 3～ 6 m， 作业面 区域采场顶板节理 、 裂隙非常发 育时 ， 锚 杆支护要紧跟作业面 对于采场顶板节理、 裂隙等 不连续界面十分发育， 矿岩不稳定的区域 ， 还要进行 长锚索支护， 长锚索长 1 2 ～ 1 5 m， 交错布置， 支护 网度一般为 3 ． 0 m3 0 m 5 洒水出矿 。在采场 内， 用进 口铲 运机和进 1 3 坑 内卡车出矿 。出矿前 ， 爆堆要先洒好水 ， 并为铲 运机和卡车清理 好道路。对于运距较短 的采场 ， 可 单独使用铲运机出矿； 对于运距较长的采场， 用铲运 机配卡车出矿。由于我矿多数采场距离溜井较远 ， 因此 ， 比较普遍采用铲运机配卡车出矿 ， 一般用一台 3． 5立码 2 、 7 I I l 3 铲运机配两台载重量为 1 1 ． 8 t 的 坑 内卡车进行出矿。 6 分区充填 。采场分层 回采完毕后 ， 进行充 填。井下充填法为尾砂水力充填和尾砂胶结充填。 充填料从地面充填料制备站输进至钻孔， 到服务井， 到分段巷 ， 到采场联络道 1 3 。在采场 内， 用增强聚乙 烯软管分区充填 ， 一般用废石构筑分区充填坝。分 区充填有利于避免在胶结充填过程中产生离析 ， 从 而 ， 提高了胶结充填体的强度 采场分层充填高度 为 3 ． 0 m， 底部 2 、 6 m采用废石和尾砂充填 ， 即先用 井下开拓和采准的废石充填至 2 、 0 m高左右， 再用 尾砂充填 ， 并扒平 。表层 0 ． 4 m厚用灰砂 比为 l 4 的胶结充填 ， 充填后形成采场下一分层 的作业底板。 4 采场的两率指标 采场的两率指标是指采场的矿石贫化率和采矿 维普资讯 耿 茂兴 点柱式机械化分层充填采矿方法的应用 2 0 0 0年 第9期 损失率。采用点柱式机械化分层充填采矿法采场的 两率指标较高， 原因是问柱、 点柱及上盘护顶矿柱的 矿量损失较大 ， 上 下盘围岩 的混入量及底板尾砂 的 混入量较大等。我矿生产初期， 点柱法采场的采矿 损失率高达 2 4 ％， 矿石贫化率高达 1 3 ％ 为了降低 采场的两率指标， 我矿分析了各种影响采场两率指 标的因素 ， 采取 了多种有效的措施。 1 在能保证采场作业的前提下， 适当减小点柱、 间柱及上盘护顶矿柱的尺寸， 甚至除消部分点柱、 问柱 及上盘护顶矿柱， 从而大大减少了矿石的损失。 2 采场顶板采用光面爆破 ， 并且 ， 在采场 内矿 岩不稳定的区域 ， 尤其是上盘区域， 采用短锚杆和长 锚索联合支护， 这样 ， 减少了冒落， 减少了冒落围岩 的混入。 3 在采场分层设计和施工中， 改上下盘 9 0 。 圆 采角 为上下盘 6 0 。 回采角 ， 减少 了上下盘矿石的损 失和上下盘围岩的混入 。 4 通过采取分区充填 、 加强充填泄水等措施 ， 提高了采场底板的胶结充填底板 的强度， 减轻 了铲 运机对采场底板的破坏 ， 从而减少了尾砂的混入量 ， 降低 了矿石的二次贫化 。 5 加强采场施工质量的管理， 加大采场两率 指标的考核力度， 实行采场全过程全员质量管理， 对 降低采场的两率指标起到了很大的作用。 多年来， 我矿通过采取以上各种有效的措施， 使 点柱法采场的两率指标逐年降低， 并且降低的幅度 较大 笔者对三山岛金矿最近 3 年主要点柱法采场 的两率指标进行了统计， 见表 1 。 从表 1中可以看出， 最近 3 年 ， 我矿主要点柱法 采场的采矿损失率平均为 l 5 ． 1 8 ％， 平均矿石贫化 率为 8 ． 3 6 ％， 与生产初期相比， 采矿损失率和矿石 贫化率都降低了三分之一有余。但是， 与其它采矿 方法相比， 点柱式机械化分层充填采矿方法的两率 指标仍然较高 表 1 点柱法 采场 两率 指标统计 年份 地质矿量损失矿量贫化量 矿岩总量 采矿损粹矿石贫化宰 鱼一 t_／ 【 垒 l__ 些 1 9 9 5 2 3 5 1 l 7 3 5 1 3 8 2 1 5 6 8 2 2 1 5 4 7 1 4 9 4 9 7 4 1 9 9 6 2 1 6 5 6 9 3 2 61 2 1 8 8 6 3 2 0 2 82 I 1 5 ． 0 6 9 3 1 l 9 9 7 2 0 5 6 7 1 3 2 01 7 1 I 4 1 1 1 8 4 0 6 5 1 5 5 7 5 6 6 合计6 5 7 3 5 7 9 9 7 6 7 5 0 8 4 2 6 0 8 4 3 2 1 5 1 8 8 3 6 s采场分层的生产能力 在点柱式机械化分层充填采矿方法采场内， 采 用进口 凿岩台车凿岩， 采用进 口铲运机和进口坑内 卡车 出矿 ， 因此， 采场生产能力大。我矿生产初期 ， 回采面积较大的点柱法采场分层的生产能力为 2 0 0 ～ 3 0 0 t ／ d 。为了进 一步发掘采场固有 的生产能力 潜能， 我矿又采取 了如下措施 1 加强采场顶板的锚杆支护和长锚索支护， 合理布置点柱和采用光面爆破技术， 改善了采场的 安全作业条件。 2 采用“ ” 型起爆的微差爆破落矿方案， 并 优化爆破参数， 提高了爆破效果， 使爆堆集中松散， 大块少， 便于铲运机出矿。 3 采用全 断面和全断面梯式 回采顺 序， 增加 了一次凿岩爆破量。 4 在采 场施工组织 中， 采用 固定作业面的劳 动组织形式 ， 即凿岩机组有固定的采场 ， 且凿岩机组 内部三班作业固定作业面的劳动组织形式 ， 大大调 动了凿岩工的工作积极性 ， 增强了他们 的责任心。 5 加强采场施工进度的管理 ， 实行强采强 出， 投入最多的凿岩和出矿台班数 ， 加速采场收尾 ， 缩短 了采场分层的回采周期。 通过采取以上各种有效措施 ， 我矿点柱法 采场 分层 的生产能力有 了较大幅度的提高。以典型的点 柱法采场为例， 笔者对 7 、 8 采场 一1 8 0 1 2 1 分段 5 个分层的生产能力进行了统计， 见表 2 。 表 2 7 、 8 采场分 层生产 能力统计 从表 2可以看出， 通过采取多种有效措施 ， 采场 分层的生产能力会不断提高。目前 ， 我矿回采面积 较大的采 场， 采场分 层的生产能力高达 3 0 0～ 5 0 0 t ／ d ， 比生产初期提高了约 1 0 0 t ／ d 。 6 结论 点柱式机械分层充填采矿方法在我矿井下得到 了广泛的应用 ， 成为我矿最主要的采矿方法 。点柱 式机械化分层充填采矿方法 的机械化 程度高 ， 生产 能力大， 两率指标较高， 适用于低品位矿床的大规模 下转第 2 0页 维普资讯 总第 2 9 1 期 空 属 矿 山 2 0 0 0年第 9期 3 ． 3 紊流强度对浮选的影响 按图2流程， 取矿样 3 k g ， 在 l 2 L机械搅拌式 浮选机中进行试验 。通过调整浮选机皮带轮转速来 控制浮选槽矿浆紊 流强度 d 。反浮选泡沫精 选段紊流强度对浮选的影响试验结果见图 3 。 围 3 浮选机叶轮■诺数 R e d 对浮选的影响 1 一 铁回收宰； 2 一萤石品位； 3 一铁品位； 4 一产率； 5 一 萤石回收率 从图3可知， 反浮选泡沫在叶轮搅拌雷诺数 0 ． 3 21 0 6 时 ， 浮选指标最好 。此时萤石产率和回收 率最高 ， 萤石 中铁品位不高； 再增 大叶轮搅 拌雷诺 数， 浮选指标下降， 不利于脱除磁选铁精矿中的氟。 3 ． 4 反浮选泡沫精矿粒度分布 对反浮选精矿泡沫进行粒度筛析， 0 ． 0 3 r lq l n 粒级用筛子进行筛分， 一 0 ． 0 3 n M 粒级用虹吸法测 量 。 表 2 反浮选精选 泡沫 各粒级含■ ／ ％ 0 7 0 l 4 5 8 0 5 21 0 6 7．00 0掘 l 0 6 8 3 6 0 3 5l 0 6 8 ． 6 5 0 3 2 l 0 6 9 ． 2 5 0 2 6 l 9 6 5 0 2 2 1 0 1 1 1 9 0 8 3 0 9 6 5 1 1 4 0 1 4 0 1 3 6 8 1 3 5 0 1 3 5 0 1 8 0 5 1 7． 4 5 1 6 6 9 1 6 6 2 I 6 6 2 1 6 6 0 1 6 5 8 23 8 0 4 5． 0 2 3 2 o 4 2 7 2 3 6 5 4 0． 2 2 3 8 7 3 8 5 2 5 3 5 3 5 7 2 6 9 5 3 3 3 2 9 0 2 3 0 0 由表 2 可见， 在一定范围内， 随紊流强度 R e d 增大 ， 泡沫中粗颗级含量减少 ， 细粒级含量增加 ， 紊 流强度大对粗粒级矿粒浮选不利。 3 ． 5 紊流强度对最大浮选粒度的影响 用舒尔茨推导的最大浮选稳定尺寸计算公式 1 2 ， 计算 1 2 L浮选机槽中不同紊流强度下最大浮 选粒度， 结果见表 3 。其中， 萤石接触角 04 3 ， 液 气表面张力 5 0 xl O N／ c m， P p 3 ． 6 7t ， ，m ， P l 。_1 ． 0 t ／ m3 ； 0-3 2 5 P a 。 S ； f 9 1 ， 3 5t ／ m3 。 表 3 不 同紊流强度 m d 下量大浮选粒度 ／ m m 叶轮搅拌雷诺数 最大粒度 O 1 6 l 06 0 1 9 1 0 a 0 2 2 1 0 a 0 3 2 1 0 0 3 5x 1 0 0 3 8 1 0 6 0 4 8l 0 6 0 5 2l 0 6 3 l 0 6 0 7 0 1 0 6 O l 3 4 0 1 3 1 0 1 0 9 0 0 7 3 0 07 2 0 07 0 0 06 7 0 06 5 0 0 6 3 0 0 6 0 由表 3可见 ， 随紊流强度增大 ， 最大浮选粒度急 剧下降， 与前面萤石泡沫的筛析结果的趋向规律基 本吻合。 从舒尔茨公式计算和实际矿石试验可知， 萤石 矿物在低紊流强度下即可产生牯附。萤石矿化不良 的原因是高紊流强度下， 萤石最大浮选粒度下降， 造 成脱附概率增大， 影响了捕收概率。 4 结论 包头 白云鄂博磁选铁精矿反浮选脱氟 ， 萤石泡 沫精选过程 ， 出现了萤石泡沫矿化不 良的现象。我 们从矿粒与气泡碰撞、 牯附和脱附过程进行分析研 究， 发现浮选机槽内矿浆紊流强度是影响浮选的主 要因素。紊流强度高， 萤石最大浮选粒度下降， 脱附 概率增大， 是造成萤石矿化不良的根本原因， 降低紊 流强度有利于磁选精矿反浮选脱除萤石。 参考文献 1 丁维淮 等著液体搅拌 ． 北京 化学工业出版社， 1 9 8 3 2 邱冠周 等著 ． 颗粒间相互作用与细粒浮选长沙 中南工业大 学出版社． 1 9 9 3 3 卢寿慈， 翁选著 ． 界面分选原理厦应用 ． 北京 冶金工业出版 社 ． 1 9 9 2 4 晷宏新译浮选与浓缩北京 机械工业出版社， 1 9 8 0 牧稿 日期 2 ∞O ． 0 4 2 8 上接第 l 1页 开采。多年来， 我矿从设计、 施工到管理 ， 采取了许 多有效措施， 对点柱式机械化分层充填采矿方法进 行了完善， 大幅度地降低了采场的两率指标， 大幅度 地提高了采场的生产能力， 为我矿保持 1 5 0 0 t ／ d的 采选综合生产能力， 并取得良好的经济效益提供了 有力的保证 。 收稿 日期 1 9 9 9 0 6 2 5 维普资讯