河台金矿中深部采矿方法研究.pdf

第5 8 卷 第3 期 有 色 金属 矿山 部分 2 0 0 6 年5 月 河台金矿中深部采矿方法研究 陈友 东 河台金矿 摘要 通过对河台金矿高村、 云西矿区浅部采矿方法的实践分析， 并结合开展的一些采矿方法综合试验研 究， 对中深部开采面临的问题， 经过深入的探索、 研究， 提出解决的办法和途径。 关键词 中深部采矿河台金矿空区与地压 1 引言 河台金矿有两个主要金矿床一高村矿床、 云西 矿床， 均为蚀变糜棱岩型金矿床， 主矿体的编号分为 高村的 1 1 矿体与云西的 9 矿体。两矿床走向北 东 ， 倾向北西 ， 倾角为 6 5 。 一8 9 。 ， 平均厚度为 0 ． 5 5 2 ． 5 9 m 。矿体呈透镜体状分布， 整体连续性差， 局部 有分支复合现象， 以不规则脉状产出为主， 矿岩稳 固， 其 f 值为 1 0 1 4之间， 但个别地段因断裂构造 而节理发育， 矿体下盘伴随着一条与之平行的滑动 构造带。 自1 9 8 9 年投产以来， 一直采用的采矿方法为浅 孔留矿法， 在开采过程中也试验过干式充填采矿法、 小分段 中深孔空场采矿法和中深孔一次崩落回收矿 柱的采矿法 ， 效果均不理 想 ， 采空 区基本上没有处 理， 造成采矿及出矿过程贫化率和损失率增大， 空区 塌陷严重 ， 已有几处塌陷联通地表 ， 下部中段 已有部 分地段出现地压显现现象。 2 采矿 方法的试验 白2 0 0 0 年以来， 通过对两矿床进行采矿方法的 试验 ， 取得了较好 的效果 ， 也积累了不少的经验和技 术参数 ， 开展的试验项 目有矿段 回采的规划设计 、 干 式充填采矿法 、 人工假底浅孔留矿法 、 人工矿柱空场 回采嗣后素混凝土充填置换等采矿方法的试验， 并 总结经验 ， 找出规律 ， 测试相关 的应力参数 等， 试验 项目 矿段回采低贫损类框架式留矿采矿法研究 经中国黄金协会组织专家审查鉴定获得二等奖， 受 到专家的肯定和好评。通过对矿段回采的合理规 划， 采用类框架式构筑对采矿、 采空区及地压的管理 和控制 ， 不但有效地降低了贫化率损失率 ， 而且对空 陈友东高级工程 师广东高要5 2 6 1 2 7 区进行预处理 ， 控制 了地压 ， 为下部 中段的回采提供 更好的条件。通过试验， 也找出了存在的不足， 如人 工假底的构筑参数、 设计强度， 有些假底因抗冲击强 度不够 ， 部分塌落等 ； 干式充填采矿方法设计规划过 大、 周期长 、 效率低 ， 月平均采矿能力不到 l O 0 0 t ， 回 采周期2 3 a ， 不利于总体规划的生产和管理； 矿柱 素混凝土置换成本过高、 强度偏低、 养护周期长等。 3 中深部开采条件的变化 十多年来的开采一直都是在浅部开采， 两矿床 地面的标高为3 0 0 m左右， 现高村开拓至 一 2 3 0 m， 生 产中段到 一 9 01 4 0 m， 总深度为 5 0 0 m以上。云西 矿床已开拓至 一1 4 0 m中段， 总高度也有 4 0 0 m左 右 ， 根据本矿勘探队对深部开展的一些勘探工程及 与相关的高等院校、 科研院所合作的勘查项 目资料 显示， 中深部资源蕴藏量很有前景。因此， 两矿区的 中深部开拓 、 采矿工作也 随着深部勘探的工作而开 展。目前， 高村矿床中深部开拓工程已完成了初步 设计阶段工作 ， 开拓深度初步定为 ⋯ 2 3 0 6 3 0 m， 这样总的深度为 9 0 0 m以上。按常规划分 7 0 0 m以 上的矿井为深部开采， l O 0 0 m以上为超深部开采， 河 台金矿以后的采矿深度都是在 4 0 0 8 0 0 m之间的 范 围内， 因此称之为中深部采矿。 中深部岩体的状态与地表大不相同， 地表附近 岩体的一般破坏形式为脆性断裂， 而中深部的是粘 塑性破坏。也就是地表附近岩体是由于丧失凝聚力 而破坏， 破坏形式是裂隙的扩张， 是突发性的， 而中 深部岩体的破坏则是某种程度的流动变形， 岩体的 初始应力也不相同， 浅部岩体的垂直应力与水平应 力一般很明显， 而深部则不显著。 中深部矿体比上部矿体的赋存状态更加复杂， 矿体较不连续， 透镜体状产出更加明显， 普遍存在分 支复合， 膨大狭缩， 尖灭再现现象。由于上部采空区 维普资讯 8 有 色 金 属 矿 山 部 分 第5 8 卷 没有及时处理或没有处理， 采空区的容积不断增大， 使地应力不断积累到下部中段， 目前高村矿床西部 一 9 0 m中段 的平巷和采场 已开始 出现地压显 现现 象， 并随着开采深度的不断增加， 地压条件恶化， 破 碎岩体增多 ， 地应力增大 ， 涌水量加大 ， 地温升高 ， 造 成了提升能力、 作业面条件恶化， 通风降温和生产成 本增大等一系列问题 ， 抑制了生产能力和矿产资源 的充分回收。因此 ， 应结合矿山的实际情况 ， 总结十 多年来上部开采的经验教训 ， 不断探索 、 研究 ， 以更 好地解决中深部的开采问题。 4 中深部采矿方法综合研究 经过对上部矿体采矿方法 的探索研究 ， 特别是 从 2 0 0 0年 以来开展的采矿方法试验研究工作 ， 取得 了较好的效果， 也积累了不少的经验、 资料和参数， 结合生产管理和中深部矿床的采矿实际， 对中深部 采矿方法及工艺等进行深化的研究探讨。 4 ． 1 浅孔留矿法 河台金矿一直以来采用的采矿方法都是以浅孔 留矿法为主， 浅孔留矿法的主要优点就是采矿效率 高， 平均矿房采矿能力为 2 5 0 0 t／ m一 3 0 0 0 t ／ m， 可以 有效地保证矿山的产量效益， 但是此方法采矿结束 后形成的采空 区如不 及时处理 ， 将 造成严重后果。 为保证矿山的正常生产能力 ， 还是应 以浅孔 留矿法 为主， 但 比重应下降。 4 ． 2 浅孔留矿法加采空区嗣后充填采矿法一浅孔 留矿法的变形方案 该方法的主要特点是底柱采用施工人工假底先 置换回收 ， 两边矿柱在上采 过程 中根据品位变化情 况， 品位较低的留成永久矿岩柱， 品位较高的先采矿 柱， 再砌隔墙， 使矿房回采结束后， 底柱与间柱一起 回收 ， 顶柱根据矿块设计也可以一起 回采 ， 然后加强 出矿 ， 在最短时间内出空 ， 再进行废碴充填 ， 充填高 度应超过 1 ／ 3以上 ， 废碴充填时最好是充满接顶 ， 此 方法既保留浅孔 留矿法的优点 ， 同时又回收了矿柱 ， 充填了空区。达到了采矿 、 空区处理 、 地压控制的 目 的， 也解决了废石不出窿， 降低提升费用的目的， 中 深部采矿方法应 以此方法为主， 因此 ， 应大力推广使 用 。 4 ． 3 干式充填采矿法 此方法为在 1 9 9 2 年与长沙矿山研究院合作开 展的试验方法 ， 一直有少量的应用 ， 目前两矿区各有 几个矿块使用了该方法， 但不是很理想， 主要原因 是 采矿能力低 ， 平均月采矿能力低于 l O 0 0 t ， 工艺复 杂 ， 难于控制管理 ， 尤其是充填完毕在充填体上覆盖 一 层 l 0 2 0 c m厚 的砂浆浇面层 以隔离矿石与充填 体 ， 但在出矿过程 中经常受破坏 ， 回采周期长， 平均 超过2 3 a ， 制约了相邻矿块及上下中段矿块的回 采。如大量推广使用， 保证不了矿区的供矿能力。 其优点是， 矿块 回采一次完成 ， 空 区处理彻底 ， 贫化 损失率低， 并对相邻矿块的回采创造有利条件。可 以应用在连续性好 、 品位高的矿段中间部位 、 分支复 合多 、 支矿脉的回采 以及应力集 中或需隔离 阻止地 应力流变转移的破碎或极破碎的矿脉矿段 回采。其 参数通过多年的试验研究， 应进一步改进， 如砂浆浇 面隔离层改为混凝土隔离层 ， 提高强度 ， 改进砌墙强 度 ， 形成两边出矿顺路 溜井 ； 尽可能缩小矿块长度 ， 根据矿体 的变化情 况 ， 一 般矿块 长度应 在 1 5 m左 右， 既能提高工效， 又能加快作业循环， 减少回采周 期， 提高工效， 也能有效地支撑空区， 为相邻矿块的 回采创造有利条件 。 4 ． 4 统筹安排， 合理布置矿块及回采顺序 加快开拓 、 探矿工作 ， 对 回采 中段以下中段的矿 体赋存状态、 产状等进一步探清， 然后做好矿段回采 规划设计， 结合已试验的类框架式的采矿方法和技 术 ， 对 以下 2 3个 中段进行规划 。根据矿体的产状 变化 ， 划分矿块长度 尽可能采用脉外天井探矿 、 高度等参数， 并在连续性好、 厚大、 品位较高区段安 排布置充填矿块或嗣后 充填浅孔 留矿法矿块 ， 使矿 段在回采结束后留下的空区得到有效的隔离， 充填 处理。按规划的要求， 对下 2 3个中段须采取充填 等措施的矿块优先回采， 然后再按正常顺序安排其 他矿块的回采 ， 这样 中段矿块的回采周期 同步 ， 空区 达到预处理 ， 地压得到了控制 ， 防止地压的流变 、 转 移 、 叠加等。 4 ． 5 尾砂及高水充填采矿法 结合我矿的实际情况， 开采深度到了深部， 在采 用废碴充填及类框架式嗣后充填满足不了时， 由于 地压不断增大， 有可能采用 的采矿技术工艺为全尾 砂胶结充填和高水固结尾砂充填。2 0世纪 8 0年 代， 全尾砂胶结充填技术首先在德国、 南非取得成 功， 随后得到各国的广泛应用， 全尾砂高浓度胶结充 填系统包括脱水系统、 搅拌系统、 测试系统和管路输 送系统。全尾砂充填提高了尾砂的利用率， 降低了 充填料的水灰比， 从而大大改善了充填体特性， 充填 强度提高， 充填料沉缩率低等， 这些对于充分发挥充 填体的承载作用， 满足特定生产条件下的采矿要求 以及提高矿石的回收率都有重要作用。 维普资讯 第 3期 陈友东 河台金矿中深部采矿方法研究 9 高水固结充填采矿新工艺是金属矿山胶结充填 采矿工艺的一项重大技术革新。在使用尾砂充填工 艺中， 不用水泥而使用高水速凝 固化材料作胶凝材 料， 使用矿山尾砂作充填骨料， 按一定配比混合后， 形成高水固结充填料浆 ， 一段料浆浓度可在 3 0 ％ 一 7 0 ％。高水固结充填料充入采场后不用脱水便可以 凝结为充填体， 高水固结充填具有充填体粘结力强、 抗压强度高 ， 可充分利用尾砂 ， 而且无需分级 ， 凝结 时间短、 适应强， 充填回采工艺较简单， 有一定的安 全、 经济性。但由于此技术的料浆制备、 输送、 设备 等方面还存在一些问题， 有待于该技术的不断完善 提高。 4 ． 6采空区的处理及地压监测 大量采用浅孔 留矿法采矿而没有及时对采空 区 进行处理， 使开采空区长期存在并不断扩大， 往往会 酿成大规模地压显现， 危及矿山的生产安全。因此， 在采用空场法采矿时， 必须在回采结束之后对采空 区作及时妥善处理。处理的原则是 对空区围岩的 变形与破坏因势利导， 使其以不危及生产与安全的 方式发展， 尽可能使其有利于待采地段的生产。空 区处理的办法， 根据矿山实际情况对矿山边缘分散 或孤立的小采区， 可以采用封闭的办法； 对于一些独 立的采空区， 可以采用崩顶的办法， 因为矿体产状为 急倾斜， 上部崩落的岩石可以作为缓冲垫层， 也可充 填空区， 缓解地压 ； 对 于较连续的空区， 特别是到 了 中深部， 应该采用充填的办法， 可结合类框架式的采 矿技术工艺， 使空区得到处理， 地压得到缓解。 地压的现场观测及监控工作主要包括 选择正 确的观测方案 ， 并对观测数据进行科学分析 ， 寻求和 总结地压显现规律。主要的 内容是 岩体应力一应 变状态、 应力一应变系统、 变形和位移、 岩体特征参 上接第6 页 参 考 文 献 1 姚香 ． 岩金地下开采技术进步与展望 J ．黄金， 2 0 0 0 2 1 1 l 6～2 2 2 刘华生， 姚香 ． 岩金充填采矿技术现状与发展方向 J ． 黄金， 2 0 0 0 2 1 1 2 3 2 9 3 王群． 浅眼留矿法采矿设计若干原则的探讨 J ． 黄金科学技 术， 2 0 0 4 1 2 1 2 9～3 3 数 、 矿柱与支架载荷等。采用的办法有机械法 、 电测 法 、 光测法 、 声测法等 ， 河台金 矿进入 中深部采矿以 后 ， 生产环境及地应力也发生了较大变化 ， 地压管理 工作有待进一步加强。 4 ． 7 技术经济合理 矿山的资源开发取决于资源的储量价值、 品位 高低及开采成本等， 进入中深部采矿以后， 生产成本 及辅助费用也相对提高， 如提升、 运输、 通风、 排水、 供电、 供水、 充填， 辅助工程、 空区处理等费用， 还有 工作环境恶化、 工作效率低、 管理效率低等。因此， 在衡量矿块回采方案的技术经济指标时， 由于投入 的成本费用高了， 在保证一定规模产量的前提下， 至 少要求产出大于投入。在具体进行矿段规划及矿块 设计时 ， 应采用投入产出理论进行论证 比较 ， 不仅要 保证技术方案的可行性和安全性， 也要保证方案的 经济合理性。 5 结语 河台金矿采矿方法在进 入 中深部 中段 生产 以 后， 应开展更深入的研究试验工作 ， 结合矿山多年的 生产经验和矿体的赋存变化规律， 中深部地压的变 化状况等， 综合研究， 不断总结， 探索出一套适合河 台金矿中深部开采的新方法、 新工艺、 新思路， 才能 保证矿山的持续、 快速、 健康发展。 参 考 文 献 1 解世俊． 金属矿床地下开采． 北京 冶金工业出版社， 1 9 9 2 2 高磊． 矿山岩石力学 ． 北京 机械工业出版社 。 1 9 8 7 3 陈友东． 应用多种技术的采矿方法综合试验研究． 黄金 增刊 2 0 0 3 ， 1 2 5 9 6 2 口 4 唐有德． 普通与新型采空区处理的技术， 要领与特点初探 J ． 黄 金科学技术 ， 2 0 0 4 1 2 l 2 4 2 8 5 周崇仁． 矿柱 回采与空 区处理 M ． 北 京 冶金工业 出版社 ， 1 9 8 9 ． 1 0 5～l 2 O 6 李建甘， 姚香． 河台金矿高村矿区二次贫化原因分析及降低方 法实践 J ． 黄金 ， 2 0 0 3 2 3 7 2 7～ 3 O 7 龚清平． 云西矿区矿柱回采工艺的改进与实践 J ． 黄金， 2 0 0 3 2 4 l 2 增 刊 6 3～ 6 5 口 维普资讯