空场法在稳固性较差矿体中的应用.pdf

2 0 0 3年 4月 第 3 2卷第 2期 有色 矿 山 No n f e r r o u s M i n e s Ap r ． ． 2 00 3 Vo 1 ． 3 2 No． 2 空场法在稳 固性较差矿体中的应用 吴新荣， 李六云 水 12 I 山矿务局柏坊铜矿 ， 湖南 衡阳 4 2 1 5 2 1 [ 关键词]采矿方法；空场法； 房柱法 ； 无底柱矿房留矿法 [ 摘要]柏坊铜矿刘家湾矿段 5 3 矿体为该矿深部小矿体。由于该矿体赋存情况特殊， 矿体稳固性较差， 按 常规 不适 宜用空场法 回采 。经过技术 经济分 析， 利 用矿体 顶板 围岩 稳固性 较 好且 呈特殊 的穹 窿状 构造 的有 利条 件， 设计提出了两种空场法方案， 即房柱法和无底柱矿房留矿法， 取得了较好的技术经济效果。实践证明， 在一定 的地质条件下稳固性较差的矿体仍可用空场法回采。 [ 中图分类号]T D 8 5 3 ． 3 2 [ 文献标识码]B [ 文章编号]1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 3 0 2 0 0 1 5 ． 0 3 App l i c a t i o n o f o pe n - s t o p e me t ho d i n r e l a t i v e l y u ns t a b l e o r e b o dy W U Xi n r o ng ．LI Li u y u n B o f a n g C o p p e r Mi n e ，S h u i k o u s h a n Mi n e r a l B u r e a u ，He n g y a n g 4 2 1 5 2 1 ，C h i n a Ke y wo r d s mi n i n g me t h o d；o p e n s t o p e me t h o d ；r o o m a n d p i l l a r me t h o d；s h r i n k a g e me t h o d wi t h o u t s i l l p i l l a r Ab s t r a c t No． 5 3 o r e b o d y o f B o f a n g Co p p e r Mi n e i s a d e e p s ma l l b o d y ．Be c a u s e t h e o r e bo d y Wa S e n d o we d wi t h b a d s t a b i l i t y，o p e n s t o p e me t ho d c a n n ot b e u s e d f or mi n i ng u s u a l l y．Thr o u g h t e c hn i c a l a n d e c on o mi c a l a n a l y z - i n g ，a n d c o n s i d e r i n g r e l a t i v e l y u n s t a b l e u p p e r r o c k wi t h d o me s h a r p ， we h a v e d e s i g n e d t wo k i n d s o f s t o p e me t h o d ，t h a t a r e r o o m a n d p i l l a r me t h o d a n d s h r i n k a g e me t h o d wi t h o u t s i l l p i l l a r ．Th e t wo k i n d s o f s t o p e me t h od h a v e b e e n u s e d we l l ，a n d b e t t e r t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c al r e s u l t s h a v e b e e n g o t ．Th e p r a c t i c e p r o v e d t h a t s t o p e me t ho d c a n b e u sed i n r e l a t i v e l y u ns t a b l e o r e b o dy u n d e r s a me c o nd i t i o n． 1 前言 水 口山有色金属集团有限责任公司柏坊铜矿是 5 0年代末建矿的老矿山， 7 0年代前采用的采矿方法 主要为分层崩落法， 但 由于该方法存在工效低、 劳动 强度大、 坑木 消耗量大 、 采矿成本高等问题 ， 至 7 0年 代后逐渐被淘汰。现行采矿方法主要为胶结充填采 矿方法， 分为上向式水平分层胶结充填法和下向倾 斜进路式胶结充填法。前者应用于矿岩稳 固性一般 或较差的矿体， 后者主要用于矿岩稳固性差的矿体。 在一些特别难 回采 的残 富矿体 中仍使 用分 层崩落 法， 原因是 由于这些残富矿体矿岩稳固性 差而 无法 形成充填系统， 或原有充填系统垮塌无法修复。随 着主要矿体的陆续 回采完毕， 资源枯竭成为困扰矿 山生存和发展的重要难题 。根据矿山资源枯竭 的实 际情况， 上世纪 9 0年代， 通过组织技术经济论证， 决 定采用盲斜井开拓方式进行刘家湾矿段深部开发和 详探 ， 相继开拓出十中段 、 十一中段和十二中段。详 探结果证实， 刘家湾矿段 由一些规模小且分散的小 矿体组成。由于这些小矿体赋存条件各异， 矿岩稳 固性差， 且又远离现用充填系统， 给采矿方法的选择 带来了一定的困难。近年来围绕这些小矿体的采矿 方法 问题进行了一些艰难而有益的探索， 最后突破 传统模式和空场法不适宜于矿岩稳固较差矿体的禁 区， 设计提出了一些特殊的空场法方案。本文以刘 家湾 5 3 矿体 为例 ， 对该类采矿方法及其具体 回采 工艺进行简单的介绍。 [ 收稿 日期]2 0 0 3 0 2 2 6 [ 修 订日 期 ] 2 0 0 3 0 3 1 7 2 地质概况及采矿技术条件 [ 作者简介] 吴新荣 1 9 5 6 一 ， 男， 湖南常宁人， 工程师， 刘家湾 5 3 矿体呈不规则状产于构造破碎角砾 水 12 I 山矿务 局柏 坊铜 矿副矿长 。 维普资讯 1 6 有色矿山 2 0 0 3年 第 3 2卷 岩中， 走 向 NE， 在 十二 中段 平 面 走 向长 4 8 m， 宽 2 3 m， 面积 1 1 5 0 m 2 ， 上延至十二中段平面以上 1 5 m 尖灭， 下延至十二中段以下 2 m， 平均厚度约 4 m。矿 体总体 向 S W 倾斜， 倾 角 5 0 。 ～7 0 。 。矿石有用矿物 以辉铜矿为主， 并伴有微量铀、 银矿物 ， 脉石矿物 主 要 为方解石、 白云石等。矿体上盘 围岩为稳 固性较 好的壶天群完整灰岩， f6 ～7 ； 下盘为疏松的角砾 岩或斗岭组砂岩， f3 ～4 。矿体本身稳 固性较差， 厂 4 ～5 。矿石铜品位 6 ． 6 8 ％， 伴 生银 品位 6 8 g ／ t ， 为高品位富矿。 由于矿体上盘围岩为稳固性较好的壶天群完整 灰岩， 且离上部作业区域 九中段 距离较远， 即使 日 后采空区上覆岩层移动或塌陷， 也不会对上部作业 区域和地表造成任何影响。 3 采矿方法选 择 柏坊铜矿传统的采矿方法为胶结充填法和分层 崩落法 ， 其中， 应用最普遍的是胶结充填法 。分层崩 落法虽然在 7 0年代后就基本停止使用， 但在一些特 殊的矿体特别是残富矿 中仍在使用。这两种采矿方 法 比较适应矿山的矿岩特性 ， 且技术成熟 ， 工人也都 熟练掌握全部的 回采工艺， 但都有 着成本高 、 工效 低、 工艺复杂等缺点， 在经济上不合算。在选择采矿 方法前， 主要综合考虑了以下因素。 1 矿体下盘 围岩及矿体 本身稳固性 较差， 但 矿体上盘 围岩稳 固性较好， 并呈特 殊 的穹 窿构造。 在矿体回采至顶板 围岩时， 由于顶板稳固性较好， 只 要采取一定措施， 在敞空区下作业仍可保证安全。 2 矿体形态复杂， 矿化不均匀， 既有矿石富集 地段。 又有夹石和贫矿地段 。因此要 求采矿方法既 有灵活性， 又能边采边探， 以适应矿体变化情况 。 3 矿体规模小且品位高， 为减少矿石损失， 最 大限度回收矿产资源， 不宜再留底柱做底部结构。 4 尽量利用矿 山目前现有的设备条件。 综合考虑上述各点， 决定采用两种空场法采矿 方法， 即在矿体距 十二 中段 4 m 以 内的西南部矿段 采用类似房柱法的采矿方 法， 矿体铅垂 高度距十二 中段 4 m 以 上的矿段 采用一 种特 殊的空 场法方 案 无底柱矿房 留矿法。 4 采矿方法及 回采工 艺 4 ． 1 房柱法 刘家湾 5 3 矿体十二 中段西 南部矿 体厚 度小 4 m 以内 ， 在呈穹窿构造 稳固性 较好 的顶板 围岩 下， 采场的安全有保障， 因此确定在此矿段选用房柱 法回采。此方法工艺简单 ， 在此只作简单介绍。 首先修复利用原探矿巷道 1 2 0 4 、 1 2 0 6 、 1 2 0 8平 巷 作为运输和出矿巷道。然后， 在 1 2 0 6穿脉巷道 中， 沿矿体掘进切割平巷至矿体边界， 再在切割巷两 邦扩开， 形成约 5 m宽的切割层， 最后从里到外后退 式压顶采矿至矿体上盘顶板完整灰岩， 遇贫矿或夹 石则 留下作为不规则矿柱。利用 1 5 k W 电耙扒矿至 出矿平巷， 然后用装岩机装车 出矿。凿岩爆破方式 与矿房 留矿法相同。利用两 台局扇进行压入一抽出 式 通 风 。 4 ． 2 无底柱矿房留矿法 在矿体铅垂高度大于 4 m 的东北部矿段， 设计 提出了一种特殊 的采矿方法无底 柱矿房 留矿 法 。这是一种类似 于留矿法 的采矿方法， 是留矿法 的一种变形， 是根据 5 3 矿体 的特殊地质条件而提 出来的。现对该方法及其主要 回采工艺进行简介。 1 采场布置与构成要素 根据矿体的特点， 将 东北部矿体划分为两部分分段 回段 ， 即 7 m 以上 为 上部采场， 7 m 以下为下部采场。下部采场分为两个 矿房一个矿柱， 先采矿房， 再视情况 回采矿柱。矿柱 只部分 回采， 以保证安全和丢贫采 富为原则。采场 均沿矿体长轴方 向布置， 长度即矿 体长约 3 0 m， 矿房 宽 4 ～5 m， 矿柱宽 3 m， 先对矿房实行分层回采， 再视 安全情况部分回收矿柱 见图 1 。 圈 1 采矿方法及采场布置示意圈 1 一运输平巷 ； 2 一房 柱法 采场； 3 一 穿脉平巷 ； 4 一永 久矿柱 ； 5 一临 时矿柱 ； 6 一上部 采场 采准天 井； 7 一无底 柱 矿房 留矿法 采场 ； 8 一 不规则矿柱 ； 9 一 夹石 ； 1 0 一 贫矿 2 首先在穿脉平巷中沿矿体掘一拉底平巷， 拉底平巷掘至无矿后， 再沿拉底平 巷左右邦后退式 扩矿， 形成宽 4 ～5 m、 高 2 m的切割层。 维普资讯 第 2期 吴新荣等 空场法在稳 固性较差矿体中的应用 1 7 3 切割层形成后， 进行后退式分层压顶采矿 。 分层高度 即每次 回采高度 为 1 ． 8 m。每次爆破崩 矿后， 矿石只部分出窿， 留下部分矿石于采场 中， 以 便于下分层采矿作业 。回采时要注意尽可能保持矿 房顶板成一平滑 自然拱形， 并逐步形成里高外低的 倾斜顶板。每次 回采结束后， 需将矿房 中留下的矿 堆扒平并处理好 采场顶板 ， 形成 1 ． 8 m高 的空顶高 度， 为下分层采矿创造安全的作业条件。 4 采用电耙扒矿和装岩机装矿 的联合出矿方 式。先用电耙将矿石扒 至沿脉 出矿平巷， 再用装岩 机装车 出矿 。 5 采用浅孔凿岩爆破的方式， 炮孔倾角 6 0 。 ～ 7 0 。 ， 排距 0 ． 8 ～0 ． 9 m， 间距 1 ． 0 ～1 ． 1 m， 孔深 1 ． 8 ～ 2 m， 采用硝铵炸药导爆管微差爆破火雷管引爆 ， 一 般每次爆破 4排炮孔， 一次崩矿量约 7 0 t 。 6 采场通风方式与上述房柱法相同。 技术经济指标见表 1 。 表 1 采矿技术经济指标 刘家湾 5 3 矿体 虽然矿体及下盘 围岩稳 固性较 差， 但 由于在 回采作业 时， 空顶 高度控 制在 2 m 以 内， 因而能及时处理顶板 松石。而在采场回采结束 大量出矿时， 采场顶板 已是稳固性较好的完整灰岩， 且形成了光整平滑的 自然拱形。而作业人员除挂尾 轮时需进入采空区， 其余时间一般不进入采空区， 因 此可保证安全。虽然采场 邦部矿岩稳 固性较差， 但 发生大面积片邦的可能性并不大。 空场采矿法在经济上 明显优于胶结充填法和分 层崩落法。胶结 充填 要掘进大 量的 充填巷和 充填 井， 消耗大量的充填料， 同时增 加了一道 充填工艺 ； 分层崩落法不仅要消耗大 量的木材 ， 而且 回采工艺 复杂， 工效低， 生产能力小。而空场采矿法 回采工艺 简单， 掘进工作量小， 生产能力大 ， 采空 区又无需特 别处理， 采矿成本低。实践证明， 刘家湾 5 3 矿体采 用空场法 回采， 技术经济合理， 安全 有保证， 实现了 安全 、 经济、 高效的 目标。 5 结语 1 刘家湾 5 3 矿体十二 中段 自 2 0 0 0年 4月 进行实验性开采至 2 0 0 2年 9月底止， 累计 已用空场 法回收矿石量 1 ． 2 7万 t ， 其 中铜金属量 8 4 8 ． 3 6 t ， 银 金属量 8 6 3 ． 6 k g ， 矿石损失率 9 ． 8 ％， 贫化率 8 ． 6 ％。 2 刘家湾 5 3 矿体十二中段 4 m 高 以上矿段 运用无底柱矿房 留矿法之所以取得成功 ， 主要有两 个有利条件， 一是矿体顶板围岩稳固性较好， 且呈特 殊的穹窿状构造， 因此， 能在敞空采空区中进行出矿 作业 ； 二是矿体规模小。因此， 无底柱矿房 留矿法可 谨慎地应用于类似小矿体特别是小残矿体的 回采。 3 最上一分层 回采至顶板完整 灰岩时， 必须 采用敲邦问顶等方式处理好顶板松石， 以确保不发 生冒顶及顶板松石伤人事故， 必要时可采 用锚杆支 护等护顶措施。 4 无底柱矿房留矿法采场高 度不宜过 高， 一 般不能超过 7 m。 5 如矿柱稳 固性较差而 又不再 回收时， 则最 好采用喷射混凝土或其它联合支护方式对矿柱进行 加强支护， 以防片邦等事故发生。 武 山铜矿成 为全国大型井下铜开采矿山 江铜集团武山铜矿 2 0 0 2年全年完成采出矿量 、 处理量 1 0 0 ． 2 6万 t ， 成为全国大型井下铜开采矿山。 该矿加大科技 攻关 力 度， 通过 调 整选 矿 流 程、 采 用新 型药 剂等 手段 ， 使选 铜 回收率 提 高到 现在 的 8 6 ． 7 5 ％， 铜 精 矿 品位 为 2 2 ． 5 2 ％。吨矿 单位 成 本、 铜 金属 单 位成 本、 标 硫 单位 成 本 分别 为 1 0 8 ． 5 6元、 1 0 6 6 7 ． 5元 、 6 5 ． 9 6元 。 维普资讯