机械化盘区上向分层充填采矿方法试验.pdf

2 0 ． 黄 GOL 金 D 7 199第9 辜 期3 月 ’ 24 。 』 年 月 机械化盘区上向分层充填采矿方法试验 崔 金三型婆 4 永会王立君 山东黄金集 团有限公 司新城金矿 【 摘要】 文 中时新城空矿所进行的机械化盘区上向分层充填采矿法试验作 了详细介 绍 ， 并 时该 试验成果进行 了评述 。 I ． 蝴 TD 8 5 3． 一 3 4TD8 5 3 3 4 敝 孟 一 区 ,gh f i 中 图 分 类 号 I n 1 f ，青 毫谎 柽 孔 ” ＼ 1 矿床地质概 况 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯⋯ ⋯⋯、 新城金 矿为典 型的破 碎带蚀 变岩型金矿 床 焦 家大断层是 矿 区的主 要控 矿构 造 ， 矿 体 产于 大 断层 下盘 ， 或 与 大 断 层 接 触 ， 或 相 距 很 近 。矿 体 走 向 N E 3 0 4 0 o ， 倾 角 2 9 4 3 o 。断层 面有 53 0 c m厚 的 塑性 断层 泥 ． 不 透 承 ， 粘 着力 小 ， 暴 露后 很快 塌 落 。 断层上盘 有 1 0 4 0 m厚 的碎 裂岩 。 硬 度系 数 f 4 t 一 6 ， 软弱破碎 ； 下盘矿岩稳 固性较好 ． 硬度系数 f 8 1 2 ， 但 局部破碎 。 矿 区内有 I号 、 V号 2条主矿体 ， 目前开采 为 I 号主 矿 体。 矿 体 平 均 长 度 3 2 0 m． 倾 斜 延 深 大 于 l O 0 0 m， 平 均 倾 角 2 9 。 ， 平 均 厚 度 7 ． 7 2 m， 平 均 品 位 7 ． 9 2 g ／ t 。矿床水文 地 质条 件简 单 ， 主要 为基 岩裂 隙 水 ， 涌水量 不大 。 2 试验矿段 开采技术条件 本试 验对 象是 大于 2 0 m的 中厚 矿体 ， 研究 地点 选择 在 一2 0 5 m 中段至 一1 7 5 m 中段 ， 1 7 5 勘 探 线 以 北 3 m至 1 7 9 勘探线 以北 8 m的 矿段 内。它 具有 代 表性 矿体直接 顶板为焦 家大断层 。 其上 盘的绢英 质 碎裂岩和绢英岩化花岗质碎裂岩， 不仅破碎， 裂隙问 且有 泥质充填物 ， 整体性差 ， 容易 冒落。矿体赋存 于 黄铁绢英 岩 、 黄铁 绢 英岩 质碎 裂岩 及黄 铁 绢英岩 化 花 岗质碎裂岩 中， 矿体坚 硬致 密 ， 属很坚 固岩石 。矿 体下盘 为绢英岩 化花 岗 闪长岩 或花 岗闪 长岩 。 稳 固 性好 。 试验 矿段矿体 厚度变化较大 ， 在 i 5 5 0 m之问 ， 平 均 3 3 ， 5 m 。平均品位 l 2 ， 5 6 g ／ t ， 矿 石密度 2 ． 8 t ／ m 3 ， 松散 系数 i ． 6 ， 岩石密度 2 ． 6 t ／ m 3 。 3 试验研究方案 收 稿 日期1 9 9 8 0 9一 ∞ 崔 亡 山采省苹州市新城盒矿2 6 l 如8 塌 落 ， 只能采 用充填采矿 法。可供选择 的方 法有 盘 区上 向分层 充填采矿 法 、 点柱上 向分层 充填 法 、 盘区 上向垂直进 路充填法 。 经 过三 种 方案 技术 经济 分析 及综 合 比较 ， 最 后 确定采用盘 区上向分层 充填 采矿法 3 ． 2 盘区构成要 素 开采 盘 区沿矿 体走 向布 置 ， 盘 区内的 采场 垂直 矿 体走 向布 置 ， 高度 勾 段 高 3 0 m． 长为矿 体水 平厚 度 ， 平 均 3 3 ． 5 m。根据矿 山多 年 生产 实践 ． 在 锚杆 金 属网支 护 条件 下 ． 上 盘 断 层 泥 的 暴 露 面 积 控 制 在 5 0 m 以内 为宜 ． 最大 不超 过 8 0 r I 1 2 分 层开 采 时 ， 一 般 控顶 距 5 m， 即 上盘 断 层面 的最 大斜 长 达 l O m． 所 以， 确定一步采 场宽 8 m， 二 步采 场宽度 7 m。 盘 区内有 8个采场 ， 一步采 和二 步采各 4个 ， 它 们在平 面上交 错 布 置 ， 盘 区总 长 6 5 m 。 分段 高 度 为 l O m， 每 分段 开 采 3层 ． 分层 高度为 3 ． 3 3 ． 4 m 3 3 采矿方 法特 点 1 采用先进 的 自行无轨设备 采矿 2 采用脉外下盘 采准系统把 各采场连接 起来 ， 便于设 备 自由进 出工 作面 。 3 一步 采场用水 泥尾 砂胶结充 填 ； 二步采 场用 分级尾砂 充填 。 4 每步 骤回采过程 中 ， 盘 区内同时进行 回采作 业 采场数 为 4个 或 4个 以上 。 5 采用立式 砂仓管道 自流输送充 填料 4 采切工程 4 ． 1 采准 系统 矿 山采 用主 竖井 与辅助 斜坡 道联 合 开拓方 式 ， 试 验矿段采 用下盘脉外无 轨采准 巷道 与脉 内通 风充 填 井的采准方式 ， 其布 置见 图 1 在 矿体 下 盘 与矿 体 边 界 水 平 距 离2 0 m布 置 分 维普资讯 第 2 0卷1 9 9 9 年第 3期 2 5 z ／ - z V．4 √＼ ＼ ， L 目 一 r_ 拄 1 ； r ≠ 乒．尊一 ／ 4 巨 越砸 且 崖 也 。 ． e e． 一 I ’r 1 l I ● J _ ． - j - _ ∥ j L j L 儿 ～ _ ’’ c 图 1 机械化盘区上向分层充填法试验盘区布置图 卜一 舟段平巷卜 采筠舟展联络道 一 一 o 5 申置平巷4 一切采展联蟹道5 一壳填目风玉井 采墙髓木并7 一下盘假巷 B 一锅箭{ 昆 甚土强底 一 锚扦盘届网 】 上盘夺但巷 I ] 一上中段回风平巷i 2 一上中殷回风横巷i 卜 上中殷平巷 l 4 一盘区临时穗井 l 5 一僧井联培追i 6 一舒段平巷世水井 段平巷 1 ； 各分段平巷通过分段联络道与直通地表 的总斜坡道相通； 由分层联络道 2与采场相连； 通过 溜井联 络道 1 5与 中段 集 中溜 井相 联 。每 两个 采场 共用一条充 填 回风 天井 5 ， 它位 于二 步采 场 内 ， 与切 采层联络道 4相通． 其上口与 一1 7 5 m中段上中段回 风横巷 1 2相 接 。为了 便于采 场泄 永 ， 在 中段平 巷 3 适 当位置 上掘 一条 脉外 天井 与上分段平巷 连通 。在 一 1 7 5 m 中段 ， 在每 对一步 采 二 步采场 边界处 ， 从上 中段回风平巷 1 1向充填 回风 天井 5掘 进上 中段 回 风横巷 l 2 。在 用进路 法 回采 顶柱 时 ， 则先从 上 中段 平 巷 l 3向顶 柱掘 进一 条顶 柱联 络 道 。 然 后 ， 才 能进 行 顶柱沿脉 回采 。 4 ． 2 采准工程参数优化 此种 采 矿方 法最大 缺 点是 脉外 采准 工程量 大 。 因此， 在中段高度确定条件下， 如何优化分段高度或 每分 段 回采层 数 ， 是 减 少 采 准 工 程量 的重 要 途 径 。 经 过各种参 数确定及公 式推导 ， 并经 计算后 ， 得 出如 下结论 当中段高度 5 0 m时， 以分层回采高度 4 m， 每 分段 回果 2个分 层 ， 即分段 高度 8 m为最 佳方 案 ； 当 中段高度3 0 m时， 则以分层回采高度 3 ． 3 3 m， 每分段 回采 3个分层， 即分段高度 l O m为最优方案。 4． 3采准 工程 分段 平巷 由主斜坡道在矿 体下盘 开凿 ， 经计算 ， 各种无轨设备进出采场的坡度需要离矿体下盘最小 距离为 2 0 m， 由每分 段 平巷 向每 个采 场 掘进 采 场联 络道 ， 它沿 采场 中心线 布 置。采 场 联络 道髓 回采 分 层而异， 先负坡 、 平坡再到上坡 其距离也随 回采高 度而变 化 ， 先 长后 短至 最短 。采 场 内的 通 风充填 井 布置在二步 采场矿体 的下 盘 ， 且靠 近一步 采场 边帮 ， 倾 角 3 O 。 ， 用 7 6 5 5手持 凿岩 机 掘进 、 电耙 出矿 ， 直通 上 中段 回风横巷 。 4 ． 4 采场 切割 采场 回采时 ， 从 一2 0 5 m中段水平 开 始。首 先施 工切 割 工程， 按设计 要求 。 切 割 层高 度 ti m， 先 按 3 ． 3 mx 2 ． 8 m从 下 盘 向上 盘 推 进 ， 扩 帮 至 采场 边 界 7 m或 8 m。 然后 压 顶 2 ． 7 m。采 场切 割 工 程 完 毕 后 ， 需要构筑一系列钢筋混凝土工程， 其 中包括 0 ． 5 m 厚钢筋 混凝土 人工 假底 、 下 中段 采 场 回风假 巷及 二 维普资讯 2 6 黄金 步采场泄水 假巷等 。 上述工 程完毕 之后 ， 进行 采场切割 层充填作业 一 步采场充 填 l l 0水 泥尾砂 胶结 料 ； 二 步采 场充填 分级 尾砂 。 5 回 采 5 ． 1 回采顺 序和方 法 整个 盘区分三 步 回采 。首 先用 上向水平分层胶 结充 填法 自 下雨 上同时回 采 ， 一步采 4个采场 ， 当上 采至 3～ 4个 分层 ， 即采 高 1 0～1 5 m之后 ， 接着 用分 级尾砂 充填法 自下而 上 回采 二 步采 4个 采 场 ． 并 同 时实行一 步采 、 二步 采 在不 同 段高 上 同时 作业 。一 步采 、 二 步采至最 后 一个 分层 ， 并充 填接 顶 后 ， 最 后 在垂直 矿体走 向 ， 采一 隔一 布置进 路 ， 用进 路充填 法 回收整个盘区的矿体顶住。先采进路用胶结充填 ， 后采进路 用尾 砂充 填 ， 但 充 填 均需 接 顶。盘 区 内各 采场 的分层 回采 参数见表 1 。 5． 2回采 工艺 5． 2 ． I 凿岩爆 破 采 场落矿采 用水平炮 眼 ， 从下盘 开始逐 步向上 表 I 盘 区内采场各分 层回采工艺 参数 盘推 进。凿岩 采 用从 法 国进 口的 M E R U R Y ． 1 4液压 凿岩 单 臂 台车 。该 机 使 用 3 2 m m 钻杆 ， 每 根 长度 4 3 m， 使用 ～ 4 3 m m 柱齿 硬 质台 金 钻头 ， 连 接套 长度 为 1 8 0 mm。 采场爆 破 使用普通 2 硝铵岩石卷 状炸药 ， 人 工 借助凿岩 台车 装药 。装药 方法 普 通 落矿 跟连 续 装 药 ， 装药密 度 0 ． 6 2 k 异 ／ 1 111 ， 每 眼 装药 2个 同 段起 爆 雷 管 ； 帮眼分两段 装药 ， 间距 0 ． 8 m， 装药密度 0 ． 4 k 异 ／ 1 111 ， 每个药 段 装 同段 1个 雷 管 ； 顶 眼分 3段 装药 ， 问距 0 ． 7 m， 装药 密度 0 ． 3 5 k m， 每 个药 段 装 同段 1个雷 管 。采用 非 电导 爆 管 毫秒 或 半 秒 差 雷 管 ， 脚 线 长 6 m， 束把联接 ， 每束 l 5 ～2 O 根 ， 其上绑上 2 个即发雷 管， 再将每束起爆雷管连台在一起， 绑上 2个火雷 管 ， 一次 点火爆破 。 5 ． 2 ． 2 铲装 出矿 采场 出矿采用 从芬 兰进 口的 T O R O ． 2 5 0 B D型柴 油铲 运机 。铲运 机与从美 国进 12 M T ． 4 1 3 型 、 额定载 重量 l 1 ． 8 t 的坑 内 自卸 卡 车运 输 矿 岩。 当运 距 6 5 0 ～ 7 0 0 m 时 ． 一 台铲 运 机配 一 台卡车 ， 理论 台时 生产 能力 达 3 6 t 。但在实 际生产中 。 由于受 到各种 因素 的 影响， 特别是受斜井提升能力的制约 ， 每班纯作业时 间仅 占总时 间的 3 5 ％ ～4 5 ％， 采场每炮 落矿 量为 2 4 0 t 7 m宽采场 一3 4 0 t 1 0 m宽采场 ， 铲运机和卡 车一般需要 2 3个工作班才能出完。 5 ． 2 ． 3采场通 风 采场通 风利用 矿山通风系统 所形成 的压 力差来 实现 新 鲜风流 从 中毁或 分段 平 巷 进入 采 场 ， 冲洗 工作面后 由充填 回风 井 进入 上 中段 回风巷 道 ， 然 后 进入 回风井排 出地 表 。 5 ． 3 顶板 管理 采 场顶 板 管理分 两个部 分 即采场 直接 顶板 与 上盘凿岩 顶板 。采 场直接顶 板由于采 场回采落 矿 时 采用控 制爆 破技术 ， 一 般帮壁 比较平 整 ． 当硬度 系数 f 1 1时 ， 爆 破 后 半 边 眼 痕 率 达 4 O ％ ， 一般 比较 安 全 。雨硬 度系数 f 9时 ， 一般 矿岩 及个 别裂 隙发 育 地段 ， 采用从法 国进 口的 P C U T C N ． 1 7锚 杆 台 车和 管 缝 式锚杆 支护 ， 锚 杆长度 1 ． 8 m， 网度 l ml m。 对 于 采 场 上盘 断 层 暴露 后 的维 护是 比较 复 杂 的 ， 无论一 步 采或 二步 采 ， 一 般 需 采 用 以下 3个 措 施 ①在 断层面下 部留三角矿 柱不予 回采 ， 上部 留 临 时保护矿层 ， 使 暴 露 高度 及 面 积 减 少 5 O ％； ② 回采 凿岩时 ， 炮 眼不许 穿过 断层 ， 减 少爆破 对上盘断层 面 的震动 ③ 暴露后 的上盘立 即用 锚杆加 金属 网支 护 ， 锚 杆网度 为 0 ． 8 m0 ． 8 m， 金属 网用 衄 ． 8 m m铁丝编 织 ， 网度 1 0 c m1 0 c m。 6 充填方法 6 ． 1 充填系统 二期工程新建的充填 系统 ， 2个砂仓容 积分别 为 1 0 0 0 ms ，水泥仓容量 为 2 5 0 t 。采 用 手动和 自动操 作两 套控翩 系统 ， 搅 拌简直 径为 2 ． 0 m， 高 2 ． 0 m， 电动机 功 率 3 7 k W， 小斜 井 管 道 自流输 送 ， 利用 高 压 风 造浆 技 维普资讯 第 加 卷 ‘1 9 9 9年第 3期 2 7 术 ． 使 充 填 料 浓 度 由过 去 不 足 6 5 ％ 提 高 到 7 2 ％ 一 7 3 ％， 最高可达 7 7 ％， 充填管道直径 2 0 0 m m， 由小斜井 通至 各 中段 上盘 回风 巷道 ， 然后 由回风横巷 进入 采 场。 6 ． 2 充填材料及配 比 充填骨料 为含 泥量 粒径 小于 3 7目 小 于 l 5 ％ 的分级尾 砂 ， 胶结料 为 3 2 5 的普通 硅 酸盐或 火 山灰 散装 水泥 。 试 验盘 区设计材料 配 比为 一 步采 包 括顶柱 回 采先采进 路 灰 砂 比为 1 1 0 ； 二步 采用 纯分 级尾 砂 ； 一 步 采 、 二步 采场的 浇面层灰 砂 比达 1 4 ， 使其 强度 达 1 ． 5 M P a 。但 由于试验 期间新 系统 未投 人使 用 ， 旧 充填 系统不完 善等原 因 ， 故未完全 达到上述要 求。 6 ． 3 充填准备 1 在充填通 风 井与 一步 采 场 连通 一侧 构筑 隔 离墙 ， 高 度应高 出充填 面 0 ． 2 0 ． 3 m． 用 1 2 c m1 2 c m 方 木作立 柱 ， 钉上 4 c m厚木板 ， 木板 间隙 4～5 c m， 并 钉 上两层 麻布作采 场泄水井 。 2 在采场两 帮喷 射 0 ． 4 m厚混 凝 土 ， 高度 与 充 填 高度 相等 ， 灰砂 比 1 3 ． 并 加人 水泥 用量 5 ％的 速 凝 剂 。其 目的是在充 填料 浓 度不超 过 6 5 ％， 充 填体 强度仅 0 ． 1 0 ． 2 M P a ， 稳 定性 差 时 ， 减 少 尾 砂 的 混 入 ， 同时保证安 全生产 3 在采 场切 割层 与 第一 、 第二 分层 充 填前 ． 在 采场 靠上盘适 当位置安 置泄水笼 ， 加速脱水 。 4 在平 坡 、 上 坡采 场联 络道 口架设 木 质档 墙 ． 挡墙上 喷射 0 ． 5 m厚海 沙混凝 土。 6 4 充填 作业 充填 准备结 束后 ， 进 行正 式 充填 。采 场充 填 均 采 取多次充 填 、 多点下 料的 充填 方 法， 反 复充 填 4 5次左右 ， 最后 充填 浇面 。浇 面层要求充 填料 按 1 4 配 比， 充 填 0 ． 5 m厚 ， 便于无轨 设备 的行走 。 7 技 术经济指标及经济效益 7 ． 1 采矿 主要技 术指标 1 盘 区 生 产 能 力 试 验 盘 区 实 测 统 计 达 2 0 0 ． 1 1 t ／ d ， 在生产应 用 中统计 为 2 3 2 ． 3 7 t ／ d 。 2 采 矿 工 人 劳 动 生 产 率 包 括 卡 车 运 矿 为 1 4 ． 3 t ／ I班 ； 不计 卡车运矿 为 2 0 t ／ T 班。 3 采 矿 损 失 率 一 步 采 3 ． 9 6 ％； 二 步 采 1 O． 0 5％ 。 4采 矿 贫 化 率 一 步 采 4 ． 6 6 ％； 二 步 采 6． 6 7 ％ 。 5 采 切 比 4 ． 0 4 m ／ k t ； 合计 6 7 ． 9 3 ／ k t 。 7 ． 2 采充直接成 本 采矿直 接 成 本 包括 凿 岩 台 车 成本 1 8 ． 7 2元／ t ． 铲运机 8 ． 1 8 元／ t ， 卡车 l 0 ． 2 5元／ t ， 爆 破 4 ． 2 5元／ t 及 支护 3 ． 9 4元／ t ， 合 计 4 5 ． 3 4元／ t 。充填 成本 为 l 5 ． 4 3 元／ t 。 两 者共计 6 0 ． 7 7元／ t 。 7 ． 3 经济效 益 7 ． 3． 1 试 验效益 试验工作始 于 1 9 9 2年 7月 。 统计 至 1 9 9 6年 1 0 月 ， 盘 区 内共 采 出 矿 石 量 1 2 6 7 0 0 t ， 平 均 地 质 品 位 1 2 ． 5 6 8 ／ t ， 平均贫化率 5 ． 6 5 ％。 每 吨矿石综 合成本 4 9 2 元。按 9 3 ％选冶回收率 ， 9 2 ． 4 0元／ 黄金售价 ， 总产值 1 2 9 0 9万 元 ， 总 成本 6 2 3 4万元 ， 总 盈 利 6 6 7 5 万 元， 年均创利 1 5 4 0万元 。 7 ． 3 ． 2 推广效 益 根据 初 步 试 验 结 果 ， 矿 山于 1 9 9 5年 初 ， 先 在 一 2 0 5 m中段 ， 下半 年又在 一 3 3 0 m中段相继 推广 应用 此技术 ， 加 上试验 盘区共采 出矿 石量 8 ． 6 5万 t ， 占当 年采矿量 1 ／ 3 ； 1 9 9 6年继 续应 用 加试 验 盘 区 共 采 出 矿石量 1 5万 t 。 占 当年 产 量 6 1 ％。从 1 9 9 5年 初至 1 9 9 6年末 ． 推广 应用 已为矿 山 刨利 为 1 9 3 8万 元 。 与 普通采矿法相比， 多创利 5 2 2万元 此种采矿方法 将 成为新城金 矿主要 的采 矿方法 。 8 结语 机 械化盘 区上向分层充填采 矿方法试 验研究 项 目， 经 历 5年的试 验研 究 与实 际应用 ， 于 1 9 9 7年 1 1 月 在北 京通 过 由原 冶金工业部科 技司委 托黄金 管理 局主持 的专 家鉴定 通 过资料介 绍 、 录相 放映 、 技 术 查新 ， 评委们 一致认 为该 采 矿科 研项 目在 回采 工艺 及设备 配套 方面 达到国际先进 水平 。 编辑 崔岱 Ex p e r i m e n t o fm e c h a n i z e d p a n e lm i n i n g b y u pwa r d c u t a n d f il lme t h o d Cu iI mn e t a 1 ． Xi n - C h e r ． g G o l dM／ r e ， S h a n d o n g GO／ d C o ． d Ab s t r a c t ht t h i s p a p e r t h e e x p e r i me n t o f me c h an i z e d p a n e l mi n i n g b y u p wa r d c u t - a n d Ⅱme t h o d c a n i e d o u t i n Xi n - Ch e n g Co l d Mi n e i n t r o dn c e d m d e t a il a a d t h e e x p er i me n t ’ s a c l fi e v e me n t e v Mu a t e d Ke ywo r d s Md d e pe ,i t ； t r a e k t e e qu i p me n t me c h a n i z e d p r c du ． t l o r t ； p a r e [r mn l n g g c u t - a tx d - 1 1 a t e t l-a d ． 维普资讯