金川三矿采矿方法探讨.pdf

第 3卷 第 3期 V0 1 ． 3 No ． 3 采矿技术 Mi n i n g T e c h no l o g y 2 0 0 3年9月 s e p ．2 0 0 3 金川三矿采矿方法探讨 孙旭 兰州有色冶金设计研究院矿 山分院 ， 兰州7 3 0 0 0 0 摘要 金川三矿区赋存 了大量的贫矿 ， 由于矿石品位相对较低 ， 因此 ， 该矿能否尽早得 以 开发利 用， 选择 适合 于矿体赋存条件、 成本低、 效 率高的采矿方法是关键。从 采矿方法选 择 的角度 ， 探讨 了金 川三矿 区贫矿 开发利 用的合理途径。 关键词 采矿方 法选择 ； 贫矿 开采 ； 自然崩落法； 无底柱分段崩落法； 低 贫化放矿技术 1 地质概况 1 ． 1 矿 区地质概况 金川铜镍 矿区大地构造位属阿拉善 台块西南部 边缘隆起 区， 北部为台块 内部 区， 南部为北祁连山加 里东地槽边缘拗陷带； 矿床赋存于阿拉善台块西南 缘龙首山隆起 的超镁铁侵人岩中。 Ⅲ矿区位于金川公 司 目前已发现的 4个矿区的 最西端 ， 受 F 断层 的影响 ， 相对 I矿 区向西南推 移 了 8 0 0余 m。 1 1 I 矿 区地 层 由前震 旦系 和第 四 系组 成。前震旦系地层 为 白家咀子组 中深 变质岩 ， 主要 岩性为均质混合岩、 片麻岩和大理岩透镜体； 其中第 一 段 A n Z ’ 片麻 岩 和大理 岩 为超基性 岩 含矿 岩 体 的直接 围岩。第 四系在 区 内广泛 分布 ， 主要 由 下更 新 统 Q， 的砂 砾 岩 、 沙 质 泥 岩 ， 中上更 新 统 Q 一 的洪坡积物、 黄土和全新统 Q 的现代河床 冲积层构成 ， 在矿床分布地段覆盖层厚达 4 O～ 6 0 m。 1 ． 2 矿区地质构造 矿区内构造发育， 区域主体构造为龙首山复式 向斜 ， 走 向北西西 。规模较大的断裂构造有 F 。 、 F F 3 、 F 等， F 。 断层位于矿体下盘的戈壁滩中， 距矿体 较远 ； F 。 断层位于矿 区南 部 2～6行 之间 ， 倾 角 8 O 。 ～ 8 5 。 ， 延长 5 ． 3 k m， 使 I、 Ⅲ矿 区的矿体错断 8 0 0 m， 其断裂破碎带宽为 1 5～ 3 2 m， 两侧 7 4 m范围内 为挤压破碎带； F 3 断层位于矿区西部， 1号矿体上 盘 距 1 号矿体约 4 0 0～ 4 5 0 I l l ， 倾角 5 8 。～ 7 O 。 ， 破碎 带宽度大于4 0 m， F 断层位于矿区南部， 南倾， 倾角 为6 1 。 ～ 7 3 。 ， 距矿体水平距离约 3 O～ 5 0 r n ， 在矿区 西南角与 F 断层合二为一。在含矿超基性岩体和 围岩中还发育有小型断裂错动和节理裂隙。 矿区内节理裂隙也较发育 ， 主要有三组 第一组 为2 9 8 。 ～ 3 2 7 。 方位， 第二组方位为 l 5 。 一 5 5 。 ， 第三 组 6 O 。 ， 以第一组最为发育。基岩中以构造裂隙为 主 ， 分布很深 ， 节理面光滑陡立 ， 并有绿泥石、 滑石等 次生矿物充填 。 1 ． 3 开 采技术条件 金川1 1I 矿区范围内探明的矿体共 6 9 条， 设计的 开采对象为 l号 、 l 2号 、 l 8号 、 4 0号 、 4 l号 、 5 l号、 5 5 号、 5 8 号、 6 0号等共 9条矿体 ， 其中 l 号矿体为 主要矿体， 其储量 占设计储量的9 2 ． 4 2 ％， 主要矿体 的赋存 特征及 开采 技术条 件见 表 l 。因 ■矿 区 与 I 、 Ⅱ 矿区属于同一大型矿床内的矿体， 因此 ， 与 I、 Ⅱ矿区一样估计地应力也会很大。 中外许多单位和专家就 I 、 Ⅱ矿区的地应力进 行过试验和测量 ， 总结出如下规律， 可为Ⅲ矿区开采 所利用。 1 矿区最大主应力轴接近水平 ， 表明矿区的 地应力 以水平应力为主导。 2 应力值随深度增加而增大， 在 2 0 0～ 5 O 0 m 深度最大主应力值 为 2 0～3 0 ll P a ， 最高可达 5 o M P a ； 且随着深度增加 ， 水平最大主应力与最小主应 力的差值有增大的趋势； 在一定深度蓖圉内水平应 力大于垂直应力， 且平均水平应力比垂直应力随深 度增加 的梯度要大。 3 不同深度和构造部位应力值的大小和方向 均有一定的变化。 从断裂构造的分布位置上看， 对Ⅲ矿区井巷工 程有影响的是 F 。 和 F 8 断层 。 矿体及顶底板围岩的稳固性 l 号主矿体赋存 于超基性岩体中下部 ， 稳固性相对较好 ， 其直接顶板 一 般为超基性岩体， 厚度在 l 5 8 0 m， 该岩体与 l 号矿体形态基本相 同 ， 5～ 7行厚度为 1 3 0～2 6 0 m， 维普资讯 第3卷第 3期 孙旭 金川三矿采矿方法探讨 1 3 在 4 6行 l号矿体的直接底板 围岩多为大理岩、 混 合岩、 片麻岩及片岩， 岩性软硬不匀， 且相互穿插， 空 间分布也很不稳定， 节理发育， 为不稳固岩层。 超基性岩体稳固性与矿体基本相同， 在岩体的 表 1 主要矿体及围岩特征 边缘与围岩接触带上分布有边缘绿 泥石 片岩软弱搓 碎带 ， 厚度不等 ， 为不稳 固岩带 ， 岩体顶底板 围岩均 为前震旦 系均质 混合 岩夹角砾状混合 岩 ， 其稳 固性 仅次于岩体和矿体 ， 为中稳 ～不稳岩体。 2 采矿 方 法 的选 择 金川1 1 I 矿区的矿石品位总体上不 高 基本属 贫 矿 ， 矿体倾角陡， 厚度大， 地表允许陷落的条件， 宜 采用崩落法进行回采， 对无底柱分段崩落， 分层崩落 和下 向进路胶结充填 3种采矿方法进行了技术经济 比较 ， 因下向进路胶结充填采矿法矿石成本高 、 充填 系统投资大， 分层崩落法采切 比高、 生产能力低而不 宜选用。无底柱分段崩落法具有矿块生产能力高， 采切比低， 生产成本低， 生产工艺简单 ， 经济效益最 好等优点。因此， 推荐采用无底柱分段崩落法。 崩落采矿方法的种类很多， 其中效率高、 成本低 的自然崩落和分段崩落两种方法相 比， 前者的成本 要低一些。但因其设有底部结构， 矿石的稳固性高 低直接影响着底部结构的强度， 即在矿区应力大、 矿 石稳固性差的条件下， 矿石底部结构的强度是否能 满足放矿要求是该方 法能否采用 的关 键 因素之一 。 经分析， 认为该矿不宜选用自然崩落法 ， 其理由是 1 金川三矿 区地应 力大 、 水平应力大 于垂 直 应力 ， 矿岩破碎 ； 2 金川三矿区在 4 6线和 l Ol 2线 间矿体 分支、 夹石很多， 矿体厚度小于 3 5 m， 据有关研究的 结论 金川矿区贫矿的可崩性属中等可崩， 当拉底宽 度达到 4 5 m时， 贫矿 出现初 次崩落， 崩落高度为 9 m， 崩落角为 4 0 。 。如果采用割帮使平衡拱支撑点 向前移动， 则拉底要推进到 8 0 m， 崩落高度才可达 4 2 m， 此时崩落角为 5 8 。 上述结论可知， 从稳定性角度看， 金川三矿区贫 矿采用 自然崩落法回采时， 宜用于矿体厚度大于 8 0 m的地段 ， 而三矿 区 的矿 体厚度 除 57 线 大于 8 0 m外 ， 其余地段 均小于 5 0 m。另外 ， 因矿石稳 固 性差， 底部结构的稳固性不能满足要求。因此， 金川 三矿区贫矿不宜选用 自 然崩落法回采。 3 回采工艺和设备选型 3 ． 1 矿块与采切工程布置 无底柱分段崩落法矿块采用垂直矿体走 向布 置， 并将每个回采分段以1 0 0 m划分成盘区， 每个盘 区内设矿石溜井、 通风管缆井。盘区内回采进路间 距 1 0 m， 分段高度 1 0 m， 每个分段水平设下盘沿脉 联络平巷。 阶段运输采用下盘脉外和脉内沿脉每隅 1 0 0 m 设穿脉的环形布置 ， 采场溜井 和风井布置在下 盘穿 脉巷道 内， 斜坡道布置在下盘脉外。 采准切割工作包括 每个分段水平与斜坡道沟 通， 自下盘脉外联络道垂直于矿体掘进回采进路， 于 上盘矿体边界处沿走向掘切割平巷并向上掘切割天 井 ， 拉开形成切割槽。 维普资讯 1 4 采矿技术 2 O O 3年 9月 3 ． 2 回 采工 作 回采由上盘向下盘方向推进， 为提高生产能力， 设计考虑两个分段 同时作业 ， 即 当上分段水平 回采 距离大于 2 0 m时 ， 下分段水平也开始进行 回采 。凿 岩设计选用 C T C 1 4 ． 2双机凿 岩台车 ， 向上打扇形 中 深孔 ， 炮孔直径 5 1～ 6 5 mm， 若生产中出现因矿石节 理发育， 松散而导致的炮孔堵塞、 错动变形等问题， 可改 为大孔扇形 布置 ， 炮孔 直径 加大 到 9 0 m m。炮 孔采用装药车进行装药 ， 每次爆破 2～ 3 排炮孔。出 矿选用金川公司 自己生产 的 J C C T一 4铲运机 ， 铲 斗 容积为 4 m 。 3 ． 3放矿贫化控制 无底柱分段 崩落法 因具有机械化程度高 ， 生产 强度大 ， 开采成本低等优点 ， 但存在损失率和贫化率 偏高的缺点。因此， 国内外一些矿山根据无底柱分 段崩落的放矿理论 ， 采 用截止 品位放矿来控 制矿石 贫化率 ， 获得了较好 的效果。白银深部铜矿 、 云台山 硫铁矿、 镜铁山铁矿等矿 山的贫化率控制在 1 0 ％ ～ 1 5 ％ 。近几年来 ， 随着 “ 低 贫化放矿 技术 ” 的应 用 ， 矿石损失 、 贫化指标发生了质的飞跃 ， 突破 了传统意 义上 的概念 ， 达到了与空场法相近的水平 。 所谓低贫化放矿技术就是不使放矿过程产生贫 化 ， 即当矿 岩界 面正 常到达 放矿 口时便 停止 放矿 。 与截止品位放矿相 比， 该放矿方式放出的是纯矿石 ， 因而在矿石回收率不降低的情况下， 可使矿石贫化 率下降到 7 ％ ～1 3 ％。这一 理论 出现后 ， 立 即引起 了许多矿山的重视， 并纷纷进行试验。白银深部铜 矿 、 镜铁 山铁矿 、 马钢桃 冲铁矿等矿均进行了试验研 究并获得了很好的效果 ， 尤其在镜铁 山矿 ， 其贫化率 降到了 7 ． 8 5 ％ ～ 9 ． 7 1 ％ 。 金J l I 1 1 1 矿 1号矿体 的直接顶板为超基 性岩体 ， 含 N i 品位为 0 ． 2 6 ％ ， 铜 品位为 0 ． 1 7 ％ ， 岩层厚度 为 l 5～ 8 0 m 。无底柱分段崩落法的上部覆盖层 ， 设计 考虑采用崩落 1 0 m高的矿石作为保护层 ， 这一层矿 石的矿量约 6 0～ 8 5 万 t ， 在回采过程中始终不出， 等 全矿回采结束后最终放出。这样做的优点在于一方 面能保证实现低贫化放矿， 另一方面对 1 0 m以上的 覆盖层可以任其 自然崩落来形成 ， 实际生产中要实 现这一点， 关键在于严格控制每次放炮后的出矿量 ， 即采多少出多少， 不能多出或少出， 使得覆盖层下部 始终保持 1 0 m厚的矿石层 ， 并在全矿床的回采中保 持水平下降。 3 ． 4 回采装备 1 9 9 3 年 ， 金J l I公司Ⅱ矿区曾对机械化下向充填 和普通设备电耙出矿两种装备水平的生产指标进行 了比较， 结果机械化高效设备的平均全员生产能力 是普通设备的 5倍 以上 ， 而成本却低约 4 0 ％。因 此 ， 本次设计考虑在回采工艺中的凿岩、 装药、 出矿， 包括无轨巷道 的掘进 ， 全部采用无轨设备 ， 并设计专 用斜坡道以方便运输、 联络及维修。 4 结 语 探讨金J l I 三矿区的采矿方法是该矿能否尽早开 发利用 的关键 ， 根据该 矿矿岩 的赋存条件 和稳定性 特点 ， 从技术上可行、 经济上合理 的原则 出发 ， 经过 分析、 探讨， 提出了一种可行、 可靠的采矿方法， 供 有关部 门参考。 参考文献 [ 1 ] 兰州有色冶金设计研究院． 金川三矿可行性研究【 R ] ． 2 o o 2 ． [ 2 ] 董卫军， 孙忠铭， 王家臣， 陈忠辉． 矿体 自然崩落相似材料模拟 试 验研究 『 J ] ． 采矿技术 ， 2 0 0 1 3 ． 收稿 日期 2 0 0 3 0 61 2 作者简介 孙旭 ， 男， 高级工程师， 主要从事矿山设计。 化 工 矿 物 与 加 工 征 订 启 事 Ue x - 矿物与加工系国家科委批准国内外公开发行的国家级刊物， 为全 国中文核心期刊和 中国期刊罔全文收录期 刊． 且被美国 C A化学文摘收录。国内统一刊号 C N 3 21 4 9 2 ／ T Q； 国际标准刊号 I S S N 1 0 0 87 5 2 4 。 ． 主要报道我 国化工矿行业和相关非金属矿行业产业政策、 行业发展和动态、 矿产开发与利用、 加工技术与设备、 矿产 资源、 采矿、 选矿 、 超细粉碎 、 矿粉在化工生产 中的应用、 环境保护与评价、 管理科 学、 市场信息与动态等。 本刊发行覆盖面广 ， 主要读者对象为C ． ． x - 矿、 非金属矿及相关化工、 肥料、 粉体加工等生产企业、 科研设计院所、 设备 生产厂家、 管理部 门、 大专院校的科研人员、 工程技术人员及管理人员等。本刊为月刊， 大 1 6开本， 每期定价 5元， 全年 定价 6 O元。国内邮发代号 2 8 5 ， 订户可通过当地邮局订阅， 也可直接向本刊编辑部订阅。本刊 同时经营广告业务， 欢 迎刊登 广告 。 刊址 江苏省连云港市朝阳西路 5 1号； 邮 编 2 2 2 0 0 4 ； 开户行 江苏省连云港市交通银行朝阳路分理处； 户名 化工部 连云港设计研 窥噻； 帐号 - 0 1 4 9 ； 联吞 牡 履 虫透 传县_ ； Q 点 i l g 鲤 ． 1 维普资讯