关于缓倾斜厚大矿体采矿方法的探讨.pdf

l i e s No 2 9 8 Ap r i } 2 0 0 1 金 属 矿 山 M E 1 A L M I NE 总 弟 2 9 8 期 2 0 0 1 年第 4期 关于缓倾斜 厚大矿 体采矿方 法的探讨 潘常甲 新桥硫铁矿 摘要以新桥硫铁矿 I 矿体西翼缓倾斜厚太矿体的开采为实例， 对生产中应用的水平分层充填采矿法和 分段空场嗣后一次充填采矿法进行分析比较， 提出采矿方法的优化建议 ， 探讨缓倾斜厚大矿体台适的采矿方法和 采矿工 艺技 术参数 。 关键词鹱倾斜厚 太旷 体采矿方 法问题探讨 On t h e M i n i n g Me t h o d o f S l o wl y I n c l i n e d I a r 窖 e a n d T h i c k Or e B o d y P a n C h a n g j i a Xi n q ／ a oP y r i r e , Mi n e Ab s t r a c t W i t h t h e mi n i n g o f No ． 1 0 f e b o d y wh i c h i s s o l wl y i n c l i n e d， a n d t h i c k t h e we s t fl a n k o f m n q i a o Py I i t e Mi n e a s t h e e x a mp l e ， a n a l y t i c c p a r i s io n i s ma d e b e t we e n f la t b a c k C U t a n d f i t [ s i x p i ng and s u b l e v e l o p e n s t o p i ng wi t h o n e t i me d da y ed f i l l i ng ． Th e s u g g e s t i o no nt h eo p t imi z a t i o n o ft h emi n i ng an dt h e d i s c u s d o n o n a p p r o p r a i t emi n i ng me t h o d a n d t h e t e c h n i c a l p a r am e t e r s o f mi n i n g t e c h n o l o gy f o r s l o wly i n cli n ed l a r g e a n d t hic k o r e b o d y a r e a l s o e ． Ke y wo r d s S lo wly i n cl i n ed l a r g e a n d t hic k o r e b o d y ， Mi n i ng me t h o d ， Pr o b l e m， Dis c u s s i o n 1 前言 采矿工作的对象是种类繁多的矿床。国内绝大 多数矿山一般按 回采时的地压管理方式将采矿方法 归纳为空场法 、 崩落法 、 充填法 3大类。不同赋存条 件下矿床的开采应按这 3类方法进行优化组合， 合 理设置采矿工艺参数， 选用技术上先进、 经济上合理 的采运设备， 使矿山生产效率不断提高， 采矿成本逐 渐下降。笔者将以新桥硫铁矿西翼坑采矿段为工程 实例， 对其生产中应用的房柱上向水平分层充填采 矿法和分段空场嗣后一次充填采矿法进行 比较 ， 对 暴露出的问题进行分析， 并结合深部延伸矿段采矿 方法的优化 ， 探讨缓倾斜厚大矿体的开采方法。 2 矿床地质及开采技术条件 新桥硫铁矿为高温热液交代矿床， 以硫铁矿为 主并伴生金 、 银 、 铜 、 铁 、 铅 、 锌等多金属元素的大型 综合矿山， 已探明地质储量 1 ． 7 亿 t ， 其中铜硫矿体 为 8 9 0 7 ． 6 万 t 。矿区有大小矿体 舳 个， 其中以 I 号矿体为主， 其矿石量占总矿量的8 7 ％， 矿体平均 含硫 3 1 ． 2 ％， 属高硫矿床， 有自燃的可能性。 I 号 矿体产于黄龙和船山灰岩中， 矿体呈似层状， 产状与 地 层 产 状 一 致。 在 l 7～ 2 7线 之 间 一 3 0 0～ 一 4 0 0 r r冰 平地段， 含矿层被闪长岩体侵人， 使矿体 东西不相连。东翼 2 9线以东 走 向 NE， 倾向 NW， 倾角上部为 4 5 。 ， 下部约 2 0 。 ； 西翼 2 9以西 走 向受 背斜倾伏端影响， 转向 N W， 倾向 N E， 倾角约 1 2 。 。 矿体走向长2 5 6 0 m， 倾向延伸 1 8 1 0 m， 最大厚度 7 0 m， 平均厚度2 1 m， 赋存标高 1 4 0 -- 一 6 8 0 m。整 个矿床采取分期建设的方针， 一期坑下开采为 I 号 矿体西翼 即 2 9线 以西 ， Ⅱ号辅助剖 面以北的 一l 8 0 ～一 2 3 0m 中段 ， 规模为 6 0万 t ／ a ， 一期坑下开采延 伸工程为 2 l 线以西一 2 3 0 ～ 一3 3 0 m之间矿体， 目 前正准备开工建设 ， 投产后稳定 6 0万 t ／ a 生产能力 不变； 东翼矿体6 ～ 1 3 线和 1 8 ～ 1 9 线之间铜硫矿 体先实行小境界 、 小规模露天开采， 露天二期扩建工 程已于 1 9 9 7年 l O月正式 开工 建设 ， 设计 规模 为 9 O万 t ／ a 。 矿床上部风化强烈， 矿岩疏松， 稳定性差， 矿床 深部矿岩均较坚硬、 稳定， 但其直接底板高骊山砂质 页岩稳固性差。西翼矿体 一1 8 0 m水平以下均为原 生矿石， 多呈块状， 较坚硬 ， 顶板 岩石主要为大理岩 化灰岩 ， 少部分为栖 霞灰 岩 ， 岩溶不发育 ， 较稳定， f7～ 8 ， 局部地段 有 1 ～ 3 m不等 的角砾破碎 潘常甲， 铜化集团新桥硫铁矿， 工程师， 2 4 4 0 0 0安蕾省钢度市。 1 9 维普资讯 总第 2 9 8期 金 属 矿 山 2 o 0 1 年 第4期 带 ； 底板岩石为高骊 山砂质 页岩 、 石英砂岩 ， 一般较 稳定 ． f5 ～ l 2 3 采矿方法的沿革 针对新桥硫铁矿这种缓倾斜厚大多金属矿体 ， 一 期工程初步设计推荐一步回采的房柱上向水平分 层充填采矿法 。经基建施工 的坑探和采场部分采切 [ 程的揭露， 矿体顶板赋存有一层 1 ～ 3 m厚的角 砾破碎带 ， 且沿走 向有 7组 以上断层将矿体分割成 几个块段 ， 导致大暴露面积下作业不安全、 采场 内作 业频繁、 采场通风 困难 ； 基建坑道揭露的矿石地质品 位有较大幅度的提 高， 而顶板破碎造成的贫化难 以 控制 因此， 为提高回采率和确保采场工作面作业 人员的安全 ， 1 9 8 9年 6月新桥矿组织科技人员进行 技术攻关， 并请 中南大学做 了充填模拟试验 ， 在井下 开拓布置方式和局部采切工程初步形成的条件下 ， 将原水平分层充填采矿方法变更为分段空场嗣后一 次充填两步 回采采矿方法 。几年来的生产实践证 明 这种采矿方法基本上适合缓倾斜厚大矿体这类 赋存条件下矿床的开采， 但也暴露出一些问题 底部结构复杂、 电耙出矿效率低、 采切比大、 充填成 本高等 针对这些 问题 ， 必需对 一期坑采延伸矿段 矿床开采方法及工艺参数进行优化。 3 、 1 上向水平分层充填采矿法 新桥硫铁矿上向水平分层充填采矿法采取一步 回采 ， 回采与充填交替进行 。采场沿矿体走向布置， 长度 3 4 m 其中矿房 3 0 r n ， 矿柱 4 r n ， 宽为矿体水 平厚度， 高为矿体垂直厚度。留顶、 底柱， 在矿房回 采完毕后 ， 接着回采顶柱和上 中段底柱 ， 最后留 2 r n 底柱与 4 m宽间柱 和一排不连续点柱 4 m4 m 作为永久性矿柱， 点间距 2 0 m。此采矿方法采准切 割相对简单 ， 沿矿体顶 、 底板分别开凿 1 条顶盘上山 和底盘上山， 在穿脉一侧开凿短联络道， 再在联络道 两侧分别垂直向上开凿人行泄水井和溜矿井 ， 沿矿 体走 向开凿主副切割巷道 ， 扩帮后形成切割层 ， 再 自 上而下分层爆破， 分层高度 3 m， 利用 3 0 k w 电耙出 矿 。 3 ． 2 分段空场嗣后一次充填采矿法 1 矿块布置。分段空场法分两步回采， 即先 矿柱、 后矿房， 其采场布置是在一2 3 0 m中段已有穿 脉巷道情况下进行的 ， 矿房 2 2 m 、 矿柱 1 1 m 以 垂直布置为主， 沿走向相邻矿柱 间距 3 3 ～ 3 4 m , l l 『 脉间距 ， 矿房上、 下部为沿走向水平矿柱， 其间距 4 0 m， 这样构成 4周为矿柱 ， 中间为矿房的布置结构 2 0 - 见图 1 ， 矿柱为江砂水泥胶结充填 ， 矿房采用江砂 水力充填。 圈 1 矿块结构布置 2 采场结构和参数。沿穿脉巷道每隔 4 0 r n 布置一人行井和溜矿井作 为人行 、 溜矿 、 通风通道； 在矿体下盘周边距底板 5 ～ 7 m处布置电耙道作为 出矿 、 运输材料、 人员上下的通道 ； 每 8 ～ 1 0 m高度 掘进 1条凿岩巷道； 在 ～1 8 0 m 中段 施工 1条充填 回风平巷， 同时每隔一定距离掘进平巷联通矿房的 充填天井 兼作 回风井 ； 一般 在电耙道两侧每隔 5 ～ 6 m交错 布置漏斗 ， 扩溜后担负放矿面 积 2 5 ～ 3 0 r n 2 。 每分层设 1 条切割横巷 ， 并布置 2个切割天井 ， 以切割天井为 自由面 ， 在切割横巷钻凿上向平行 中 深孔， 爆破后形成切割槽， 其余炮孔平行切割槽布 置， 分次爆破。其结构见图2 。 圈 2 采场结构示意 一 底盘运输巷； 2 一 穿脉巷； 3 一墙矿井； 4 底部结构 5 胶结充填体 ； 6 一 充填回风道； 7 、 9 一 充填回风道； 8 一切割天井 充填 ； l 1 一中探孔 ； 1 1 一切割横巷； l 2 凿岩巷道 从切割槽 向采场另一侧进行回采。在分层凿岩 巷道中采用 Y G一9 0型凿岩机钻凿上向垂直扇形中 深孔， 炮眼直径 帖5 r fl l 2 1 ， 排距 1 ． 0～ 1 ． 2 r n ， 孔底距 1 ． 5 ～ 1 - 8 m， 根据出矿能力确定每次爆破排数。 出矿采用 3 0 k W 电耙， 将矿石耙运至溜矿井， 维普资讯 潘常甲 关于缓倾斜厚大矿体采矿方法的探讨 2 0 0 1年第 4期 由振动放矿机 向矿车放矿。 3 ． 3 两种采矿方法比较 技术参数 比较见表 1 表 1 两种 采矿 方法技术参数 比较 4 分段空场嗣后充填采矿法的问题及 改进 4 、 1 矿块综合技术经济指标 以新桥硫铁矿2 3 0 m中段 3 1 1 、 4 1 1 、 3 0 4 、 3 4 1 4 个具有代表的采场 见图 3 为例， 根据生产实际数 据统计其综合技术经济指标见表 2 。 表 2 矿块 综合 技术经 济指标 名称 采 场 台计 3】 】4I 1 3 o 4 3 41 栗准切割／ m 5 9 5 8 8 6 1 2 3 1 5 2 1 1 3 可采矿量 4 6 2 5 5 4 2 0 4 3 5 1 3 5 4 1 3 6 8 8 1 5 3 3 4 0 出矿量， t 4 4 8 6 2 4 o 4 3 l 4 8 8 3 6 1 3 0 7 4 1 4 7 2 o 9 损失率／ ％ 9 8 9 7 1 0 8 1 0 6 1 0 2 3 贫化率／ ％ 7 6 1 6 2 6 4 6 2 3 中槔孔／ m 8 9 2 9 8 7 8 1 7 8 9 l 0 6 9 3 2 6 7 6 7 3 0 4 7 8 5 炸药单耗 ／ t 0 2 4 3 0 2 6 7 0 2 7 9 0 2 4 2 0 2 6 2 炸药消耗总量 嘻 1 0 9 1 7 8 1 0 8 2 2 ． 8 1 3 6 5 8 8 3 1 7 0 4 25 6 9 8 每米崩矿量／ t m 5 0 2 5 1 4 4 5 6 4 8 9 4 8 3 装药系数0 8 1 5 0 8 8 0 8 5 6 0 ． 7 9 0 8 4 3 万 t 采切 比／ m 】 3 3 1 4 5 】 2 5 2 4 1 1 4 3 7 电耙台班效率 1 0 0 ～l 5 0 中深孔台班效率／ m 3 0 4 ． 2 存在的问题及改进意见 从表 2 可以看出， 矿石回收率有很大提高， 但采 切工程量较大， 万吨采切 比较高 ， 在大规模实际生产 过程中逐渐暴露出这种采矿方法的不少问题 ， 它们 都或多或少地影响着这种采矿方法的应用效果。 1 分段高度问题。生产中曾一度遇到爆破后 采场留顶 、 大块多 、 实际装药量与计算装药 量差别较 大等问题。其原因主要是 ①分段高度大 1 2 ～ l 5 m 导致中深 L 深度过大 ， 孔底直径 比孔口小 ， 装药 不到位； ②中深 L 超前凿岩时间过长， 孔 深过大 ， 部 分中深孔变形； ③中深孔深部残存碎石难以清理， 导 致装药达不到设计要求； ④矿体边界圈定不准确， 导 致中深孔钻凿深度不够。如适当降低分层高度， 合 理安排中深 L 钻凿进度 ， 加强生产勘探 ， 则可避免这 些 问题。但分层高度过小 ， 会大大增加采切工程量， 因为分层高度每降低 2 m， 采切比将增大约 1 0 ％。 根据笔者多年的经验认为分层 高度 8 ～ 1 0 m 比较 合适 2 爆破参数问题。中深 L 布 L 参数的选取直 接影响爆破效 果 根 据 一2 3 0 m 中段矿石 赋存特 征 ， 不 同采场其矿石特性 、 坚硬程度 、 致密状 况均有 所不同， 故布 L 参数也不 同， 一般分 2种情况确定 ， 具体布孔参数见表 3 。 表 3 不 同岩性 的布孔 参数 2种布 L 参数 ， 只要保持孔网面积和单 位炸药 消耗量基本不变， 适 当增大 L 底距 ， 减小排距 ， 就可 以相对减少大块产出率 ， 从 而提高出矿效率。 中深孔爆破采用 S D非 电导爆管和毫秒雷管进 行微差爆破 ， 一般采取 2组并联的双路起爆形式， 并 附加传爆导爆索 ， 提高 1 次爆破成功的可能性 ， 但雷 管有时可能出现跳段现象 ， 最好是隔段编排。同段 雷管爆破排数一般不宜超 过 3排 ， 1次爆破总排数 应视出矿能力确定 ， 以使出矿 时间控制在发火周期 内 3 高溜并放矿问题 。缓倾斜厚大矿体 高中段 5 0 m 开拓布 置使上部 采场 高溜 并放矿经常导致 矿石压死 、 结块、 堵塞和漏斗底板易损坏等一系列问 题 ， 处理困难 ， 解决这些问题的有效途径除优化爆破 参数 减少 矿石 大块外 ， 应适 当降 低 中段高度 3 0 m 或设置副中段， 改变中段底盘运输方式 。 4 底部结构问题。分段空场法电耙道底部结 构存在着下列问题 ①结构复杂 ， 工程量大， 约 占采 切工程量的 3 O％， 且施工难度大 ， 作业效率低 ； ②遇 围岩破碎易跨蹋， 需浇注混凝土支护， 加大成本； ③ 电耙 出矿效率偏低； ④电耙道 斗穿 边角 、 漏斗脊背 处残 留矿石难以回收 ； ⑤交错布置 的漏斗导致采场 一 分层 中深孔凿岩、 装药爆破等作业环境差 ； ⑥采空 区充填封闭工程量大 ， 且泄露点多， 易枵染。解决这 些问题只有改变底 部结构形式 ， 如果采取堑沟底部 结构， 不但可以增大采场生产能力 ， 降低采切 比， 而 且施工难度小， 成本低 。 5 充填 工艺 问题。 新桥硫铁 矿 自投产以来 ， 下转第 2 4页 维普资讯 总 第 2 9 8期 金 属 矿 山 2 0 0 1年 第 4期 3 使用效果 3 1 缩短矿房准备时间 1 中深孔矿房法分段高度一般为 1 4 m， 高分 段采矿法分段高度达 2 0 ～ 2 6 m， 从而有效地减少 了分段的数目。以 2 4 9区为例， 出矿水平布置在 1 8 3m7 1 平 ， 分段高度 2 6 m， 回风水平为1 5 5 m 水平。掘进工程 量 3 1 4 r I j n如按 中深孔矿 房法 设 计 ， 除出矿、 回风水平不变外 ， 需在此之间加一分段 1 6 9 m水平， 还需施工 2 条放炮退路， 掘进工程量 4 6 6 m。按平均掘进量 3 0 m／ 月计算 ， 分别为 1 0个 月 、 l 6个月， 前者比后者节省 6个月的时间， 2 由于高分段采矿法应用新的爆破参数， 加 大了排距和孔底距 ， 同一个采 区施工的凿岩 米数 比 中深 孔 矿房 法要 少。如 2 4 9区 共施 工凿 岩量 为 7 3 8 4m， 若按 中深孔 矿房法需 施工 1 2 0 3 2 m， 按 l 2 0 0 m／ 月计算， 2 4 9区凿岩时间分别为6个月、 1 0 个 月， 二者之间差 4个月。 3 以 2 4 9区为例， 高分段采矿法准备完毕需 用 l 6 个月， 中深孔矿房法准备完毕需用 2 6 个月， 共 节省 1 0个月的时间 ， 为尽快出矿作好准备。 3 ． 2 降低出矿成本 高分段采矿法降低出矿成本主要有 2 个途径 1 降低万 t 采掘比 2 4 9区应用高分段采矿 法， 掘进工程量 3 1 4m， 回采矿量 7 4 2 5 6 t ， 万 t 采掘 比为 4 2 m， 而应用中深孔采矿法掘进工程量 4 6 6 m， 回采 矿 量不 变， 万 t采 掘 比 为 6 3 m。降低 额 为 2 1 m历t 。 按承包价格 l 8 0 0元 ／ m计算 ， 吨矿掘进 费用降低额 c 1 为 C 1 l 8 0 0 2 1 ／ 1 0 0 0 0 3 7 8 元 ／ t 2 提高每米崩矿量。2种采矿方法在 2 4 9区 的凿岩米数分别为 7 3 8 4 m、 1 2 0 3 2 m， 按回采矿量 7 4 2 4 6 t 计算， 每米崩矿量分别为 l 0 ． 0 5 t ／ r il 、 6 1 7 t ／ r i l 。每米崩矿量提高 3 ． 8 8 t 。运用表 2的数据， 计 算吨矿凿岩成本降低额c 2 为 C 2 1 坞． 8 8 ／ 6 ． 1 7 ～ 12 0 4 5 ／ 1 0． 0 51 ． 0 3元 ／ t 3 吨矿成本。高分段采矿法降低采掘比和提 高崩矿量， 使吨矿成本大幅降低， C C 】 C 2 3 7 8 1 ． 0 3 4 ． 8 1 元 ／ T 。 4 按年出矿量 2 0 万 t 计算， 则年刨经济效益 P 4 8 1 2 0 9 6 2 万 元 3 ． 3 爆破效果 从已经爆破完毕的2 2 0 m 2 5 4区来 看， 一次 炸药单耗为 I 】4 8 7 k g ／ t ， 比 1 9 9 9年放完的中深孔矿 房 2 4 3 区的炸药单耗 0 ． 4 9 4 k g ／ t 略有降低， 二次单 耗基本持平为 0 ． 1 k g ／ t 。块度适 中， 利于铲运机挖 矿 。由于每次爆破矿量较多 ， 减少 了爆破次数 ， 相应 地铲运机有效工作时间增多， 提高了铲效。采用孔 底起爆方式， 减轻了对巷道顶板及眉线的破坏程度 ， 为下次装药创造了条件。 4结论 1 高分段采矿法使用的潜孔钻机钻凿的孔径 大 ， 深度深， 凿岩成本低 ， 凿岩效率高， 作业环境好。 使用配套的矿房爆破参数， 减少凿岩米数， 减少分段 数 目， 加快矿房采准速度 ， 从 而缩短 了矿房准备时 间。提高爆破效率 ， 减少爆破危害次数 ， 提高了铲运 机效率 。 2 由于高分段采矿法万 t 采掘 比降低 2 1 m， 每米崩矿量提高 3 8 8 t ， 使得吨矿成本下降 4 8 l 元 ， 每年为分矿区节约出矿成本 9 6 ． 2万元。 3 高分段采矿法在侯庄矿区的应用 ， 工艺技 术都已达到熟练程度， 使分矿的采矿技术水平上了 一 个新台阶。 收稿 日期 2 0 】 】 一 1 l 一 2 8 上接第 2 l 页 对井下充填工艺的改进进行 了不懈努力与尝试 ， 先 后建立了江砂 尾砂 胶结充填系统、 江砂水力充填 系统和高水材料充填系统。胶结系统充填料重量浓 度可达 7 0 ％～ 8 0 ％， 采用 1 0 0 i n n l 管道经充填钻 孔进入充填工作面进行一步回采的胶结充填， 由于 水淬渣充填料来源不能保证， 二步回采充填仍由江 砂充填系统进行， 但不添加水泥， 充填系统的制备能 力可达 6 0 ／ h 。这 2套充填 系统均存在采空区封 闭工程大 、 泄露点多、 滤水 时间长等滤水 问题 ； 因采 空区顶板不规则和充填体沉降导致充填体接顶不到 位问题 ； 水泥砂浆离析、 滤水不彻底导致充填体强度 不够问题 ； 充填成本过 高等问题。高水材料替代水 泥充填工艺还不成熟。笔者认 为在不断尝试新的充 填工艺的同时， 应着重挖潜改造， 注重摸索合适的水 灰比和砂浆输送浓度， 同时大力推广块石 掘进废 石 充填， 降低充填成本 收稿 日期 2 0 0 0 1 2 一 坞 维普资讯