武山铜矿扩大采矿能力探讨.pdf

2 0 0 3年 2月 第 3 2卷第 1 期 有色矿山 No n f e r r o u s M i ne s F e b． ， 2 0 0 3 V0 1 ． 3 2 No． 1 武 山铜矿扩大采矿能力探讨 余 磊 武山铜矿， 江西 瑞昌 3 3 2 2 0 4 【 关■调】采矿能力； 采矿方法； 探讨 【 摘要】分析了武山铜矿现用采矿、 充填工艺存在的主要问题及扩大采矿生产能力的可行性， 针对存在的问 题及矿山深部工程地质变化趋势， 从现有工艺优化及采矿方法变更两方面探讨了采矿能力提高的途径及措施。 【 中囝分类号】 1 1 8 5 9 【 文献标识码】B 【 文章组号】1 0 0 2 - 8 9 5 1 2 0 0 3 0 1 - 0 0 1 8 - 0 4 Di s c u s s i o n o n i mpr o v i ng mi n i ng c a pa c i t y i n W u s h a n Co p p e r M i n e YU Le i Wu s h a n C o p p e r Mi n e ，R u i c h a n g 3 3 2 2 0 4 ，C h i n a Ke y wo r d s mi n i n g c a p a c i t y；mi nin g me t h o d ；d i s c u s s i o n Ab l I t 喇Th e ma i n p r o b l e ms o f mi nin g a n d f i l l i n g ，and t h e p o s s i b i l i t y o f i mp r o v i n g mi nin g cap a c i t y i n W u s h a n Co p p e r M i n e a r e a n a l s e d ．I n vie w o f t h e p rob l e ms an d t h e d e e p g e o l o g i c a l v a r y - t e n d e n c y ，t h e wa y an d me n - s u r e s t o i mp rov e mi nin g cap a c i t y a r e d i s c u s s e d f rom d e v e l o p i n g t e c h n o l og y a n d mi nin g me t h od 1 概述 武山铜矿为一大型铜硫坑 内开采矿 山， 地下蕴 藏有丰富的矿产资源。 截止 2 0 0 0年底矿山保有矿石 储量 1 02 3 0万 t ， 铜金属量 1 1 0万 t ， 硫储量 1 5 0 0万 t 。矿区分为南北两个矿带， 矿 山 自投产以来， 曾先 后在北矿带使用过分段崩落采矿法、 分层崩落法 、 下 向分层充填采矿法。 9 0 年代完成南矿带建设、 北矿 带改造后 。 确定并全面采用了上 向及下 向分 层进路 式充填两种采矿方 法。 分别用于南矿带稳固岩层及 南北矿带不稳固的岩层开采。经过几年 的实践， 矿 山生产 能力稳步 上升。日生产能 力 由过去 的不 足 1 4 O O L E 升到了目前的3 0 0 0 t 。 达到了设计规模。按 该生产规模， 企业可稳产上百年。为充分发挥矿产 资源优势。 提高企业经济效益和在铜市场的竞争能 力， 武山铜矿提 出了扩大矿 山开采规模的设 想。而 矿山现用的两种主要采矿方法趋于成熟。 在现有工 艺状况下探求节能降耗、 提高生产效率的途径， 优化 现有工艺是主要途径。 【 收稿日期】 2 0 0 2 ． 1 1 - 0 4 【 f r e 4 t N介】 余磊 1 9 6 8一 。 男。 江西进贤县人。 工程 师， 从事矿山生产技术管理工作。 ● 2 现用采矿工艺及存在的主要问题 2 ． 1 现用采矿及充填工艺简介 1 采矿工艺 矿 山现用的两种主要采矿方法为 上向分层进路式充填采矿法 简称上向法 及下向分 层进路式充填采矿法 简称下 向法 。回采作业顺序 为 从盘区中央沿矿体走 向向两靖拉切割进路到采 矿边界后， 垂直矿体走向布置 回采进路， 从两翼向中 央逐分条后退 回采。 随 回采进度及时采取水砂充填 控制采空区地压。上向采矿法的回采作业在充填体 上进行， 出矿设备为 WJ D一1 ． 5型电动铲运机 ； 下向 采矿在钢筋混凝土假顶掩护下进行。 随作业面推进 及时采用圆木支架护顶。 支护间距为 切割进路 0 ． 6 m， 回采进路 0 ． 8 m， 支架间用横撑连接为一体， 回采分 条到 位 后， 清理 干 净底 板， 在底 板 上铺 设 3 0 0 mm厚的混凝土假底， 作为下部开采的假顶。 出 矿设备为 WJ D一0 ． 7 5型电动铲运机或 T 2 G。上 向 采矿主要作业工序为 凿岩一爆破一通风一松石处 理一 出矿一充填； 下向采矿主要作业工序为 凿岩一 爆破一通风一出矿一支护一铺底一充填。每循环各 工序作业时间见表 1 。采用 YT一2 7或 7 6 5 5气腿式 凿岩机凿岩， 2 岩石硝铵炸药爆破。回采进路断面 规格 上 向采矿 3 ． 3 m3 ． 3 m。 下向采矿 3 m3 m。 维普资讯 第 1 期 余磊 武山铜矿扩大采矿能力探讨 1 9 2 充填工艺 地表建有三座永久性充填站 北 矿带一座、 南矿带两座 ， 采用江砂 、 分级尾砂、 磨砂 作充填料， 充填料通过管路输送到各采场充填。 2 ． 2 存在的主要问题 1 采矿工艺 下向采矿法工序多、 工艺复杂， 例 如仅用于采场地压控制的工序就有钢筋混凝土假底 铺设、 支柱架设、 充填等。假底铺设的混凝土料在地 表干式搅拌后， 经小型机动车送到采场加水拌匀， 再 经手推车或 T 2 G转载到作业面铺设。 由于采场分 散， 点多面广， 农用车运量小且间断作业， 中间转载 及作业环节又多， 致使铺底占用时间长 ； 同时受多方 因素的影响混凝土假底质量难于保障， 使得假顶下 开采作业时地压频繁显现， 由此增加木支护量， 人力 物力消耗极大。上向采矿法在柔性充填体上部进行 回采作业， 由于充填体始终无法 完全接顶及充填体 早期承压能力低 ， 往往导致采场矿体大面积脱落， 增 大凿岩、 爆破、 出矿作业难度， 使安全状况恶化。另 外， 采用 YT一2 7或 7 6 5 5气腿式凿岩机进行作业面 顶眼施工时， 由于操作人员高度不够， 钻孔无法水平 布置， 向上倾斜的顶眼使顶板凹凸不平， 采场顶板有 大量的浮石， 为保安全， 不得不投入大量的时间进行 松石处理。 2 充填工艺 充填料在充填站人工混合， 充填 给料量、 供水量也是 由人工控制。 难于 实现均匀给 料， 给料过快造成 充填管堵塞， 给料过缓造成料浆浓 度低， 充填 时 间长、 效 率 低。 目前 充填 浓 度 只有 3 O ％左右， 严重影响盘区生产能力 ； 同时低浓度的充 填料浆泄水过程 中带出大量细颗粒尾砂淤积在运输 巷道中， 引起水沟堵塞、 巷道淹没， 影 响中段运输 能 力。 3 扩大采矿生产规模的可能性 如前所述， 矿区蕴藏丰富的矿产资源， 为采矿规 模的扩大提供了物质保障。 根据现有揭露 的深部 工程及矿 山地 质资料表 明 南矿带不 良工程地质体主要在 一4 0 m标高以上， 以下逐步转为半坚 固岩组及坚 固岩组， 北矿带矿层 顶板不良工程地质体至 一3 5 0 m标高， 以下也逐渐过 渡至半坚 固或坚固岩组 ； 从矿岩稳固的总趋势来看， 随着矿体埋深的增加， 矿岩均从不稳 固过渡到稳 固 状态。 这一趋势将使在武 山铜 矿推行高效低耗 的采 矿方法成为可能。 由于现用采矿方法 的生产能力未得到 充分发 挥， 从试验研究报告 中可以看到， 下向进路充填采矿 法盘 区综合生产能力为 2 4 0 t ／ d ， 上 向进路 充填采矿 法盘区综合生产能力为． 2 3 5 t ／ d ， 而 目前实际的综合 生产能力 为下 向法 8 O t ／ d左右、 上 向法 1 2 0 t ／ d左 右， 生产能力与试验指标相差甚远， 说 明采矿能力尚 存较大的发展空间。 4 扩大生产规模的途径与措施 综合前面的分析， 扩大生产规模的途径有两条 一 是在不改变采矿方法 ， 对现有采充工艺进行改进 、 优化 ； 二是变更采矿方法， 采用效率更高的采矿法来 实现生产能力的提高。这两条途径可同时进行。由 于南北矿带地质条件不同， 南矿带 目前在局部矿段 已具备变更采矿方法的可能性， 而北矿带在 一3 5 0 m 以下地质条件才能改变， 这样在较长一段时间内， 北 矿带将沿用下向进路充填采矿法， 而南矿带 由于各 矿段地质条件的差异， 现用的两种采矿方法将保留， 形成新旧采矿方法共存。 4 ． 1 现有采充工艺的改进途径与措施 4 ． 1 ． 1综 合措施 国内采用下向进路充填采矿法开采的矿山大多 都是采取胶结充填， 在胶结充填体下部直接进行凿 岩 、 爆破及出矿作业， 故省略了铺设人工假顶及支护 工序， 劳动强度小， 且有利于实现机械化作业。但其 充填费用昂贵， 每立方米充填费用普遣在 1 0 0元左 右， 这种充填方法必须要求矿石品位高。 而武山铜矿 矿石综合品位铜 1 9 6 左右、 硫 1 5 9 6 左右， 不能用胶结 充填。针对现有工艺存在的问题， 可通过采取 以下 措施实现生产能力的提高 ①针对矿山凿岩一次性 钻孔进尺量小、 钻孔质量不高、 凿岩效率 低， 一次崩 矿量小的问题， 推广应用小型凿岩台车 ； ②对采场混 凝土假底的铺设， 在井下设置混凝土搅拌站 采用混 凝土泵将混凝土输送到采场作业面， 以提高假底质 量及铺设效率 ； ③在上向采矿法柔性 充填体表面， 进 行二次胶结充填， 保障充填体上部强度及充填接顶， 维普资讯 2 0 有色矿山 2 0 0 3年 第 3 2卷 从而防止矿体脱落， 改善采场作业条件 ； ④对充填站 设施进行改造 ， 实现充填料供给、 料浆制作、 浓度检 测的 自动控制， 以提高充填料浆浓度及充填效率， 减 少巷道淤积物的排放量， 改善中段运输条件。 4 ． 1 ． 2 拱 型柱 理 论 分析 及 下 向进 路 充 填 采矿 法 的 工艺改进 探讨 下 向进路充填采矿法因工艺复杂、 工序繁多， 采 矿能力受到制约 而采用胶结充填经济上又不合理， 以下利用岩石力学拱柱型理论对假顶受力及采场压 力进行分析， 探讨采场压力维护的工艺优化方案及 措施。 岩石在开挖后 ， 岩石的重力荷载会呈抛物线型 分布横 向转 移到 开挖巷道 两侧的支撑压力带 “ 桥墩” 上， 而不是垂直于巷道上方。1 9 8 2年国外 比 尔和米克先生将拱柱理论开发用在了井下开采的人 工假顶上， 确定了人工假顶可 以被认为如同一个会 最终产生自重稳定性的拱型来看待 拱型柱 ， 稳定 拱柱上方的物料都有应力， 对 横向支撑带来 自我支 撑的拱型， 而低于拱柱下面的物料都有张力， 需要辅 助支撑。按该理论的公式计算及分析结果， 3 0 0 ram 厚 C 1 5标号的紊混凝土假顶开采跨 度为 4 ． 5 m 时， 拱柱正好稳定。考虑到假顶质量 因素， 取安全系数 为 1 ． 6 ， 算得开采跨度为 4 m， 此时拱柱 下面低于张 力下的充填料压力 为 9 3 5 k g ／ m2 ， 该压力垂 直向下， 矿山目前解决该压力的 办法是 采用木支架 支撑假 顶。根据拱柱理论， 从拱柱以上的应力区用钢筋垂 直吊挂假顶， 同样可以起到辅助支撑上部垂直压力 的作用。试验表明， 一根长 1 ． 8 m、 直径 2 0 mm的钢 筋在上端“ 带帽” 伸入拱柱以上的应力区时抗拉阻力 超过了 4 t ， 照此推算 ， 在 3 0 0 mm厚 C 1 5标号 的紊混 凝土假顶基础上， 采用长 1 ． 8 m、 直径 2 0 mm 的钢筋 垂直吊挂假顶， 即可取消假顶下的木支护。 拱柱型理论的分析及计算结果说明， 矿山现混 凝土底板 中的 1 4 mm 螺纹钢筋及假顶下的木支护 在增设垂直吊挂筋 竖筋 后可以取 消， 竖筋两端焊 接或螺栓连接 1 5 0 mm1 5 0 mm 的方形钢板， 下端 埋入混凝土假底下部， 上端充分延伸到拱型柱上方 的充填料 ， 直至应力覆盖 区内。另外为确保钢筋的 抗拉磨擦阻力， 应在现充填料 内掺入少量 的胶结成 份 掺入 3 ％的水泥 。 改进后充填料中增加的水泥成本同假顶下减少 的坑木成本相互抵消， 但钢筋用量减少了一半 ， 经济 合理， 同时由于坑木支护工序的取消， 改进后的工艺 采矿能力将大大提高。 4 ． 2 采矿方法探讨 根据矿 山所用采矿方法的实践， 并综合分析 国 内外类似采矿方法的使用情况， 可以看出现南北矿 带所用的采矿方法技术上是可行的、 经济上也是合 理的。但为适应矿山深部矿岩趋于稳固的变化趋 势， 为提高采矿生产能力， 更加高效低耗的采矿方法 在矿山应逐步推广应用。 从现有的开拓工程布局来看， 矿 山采用斜坡道 及竖井联合工拓， 斜坡道通过分段铲运道与南北各 采场连通， 为大型设备 出入矿井及采场推行机械化 作业创造了条件。 南矿带为大型矽卡岩矿床， 大小矿体有数十个， 主矿体为 8 及 9 矿体 ， 约占矿体 总量的 9 0 ％。矿 体平均厚度 1 3 m、 倾角 6 5 。 左右， 围岩主要为大理岩 及花岗闪长斑岩， 从 目前生产工程揭露情况来看， 大 理岩稳 固， 花岗闪长斑岩不稳定 ； 8 矿体段风化严 重， 易片落， 9 矿体段一般稳固。8 矿体介于不稳 固到中等稳固之间； 9 矿体 总体稳固。北矿带主要 为含铜黄铁矿， 矿体厚度及倾角同南矿带， 矿体稳固 性一般 ， 矿体下盘为砂岩， 下盘较稳固， 上盘主要为 高岭土及铁帽， 稳固性较差。 根据 目前南北矿带的工程地质条件及矿岩条件 的发展趋势， 南矿带 9 矿体逐步改用分段充填采矿 法， 8 矿体 由现用的下向进路法逐步改为上向进路 法直至分段充填采矿法； 北矿带采矿法暂不宜作变 动， 采至 一3 5 0 m 标高后再逐步改用上向进路法。采 矿方法的变动不宜全面铺 开， 新的采矿方法应先在 个别采场进行采矿试验， 再根据各采场的具体情况 选择使用， 不具备使用条件的采场仍维持原采矿方 法不变。根据国内外矿山的经验， 拟定三种采矿方 法的主要技术经济指标见表 2 。 表 2 三种采矿方法的主要技术经济指标 维普资讯 第 1期 余磊 武山铜矿扩大采矿能力探讨 矿山通过对现用采充工艺的优化改进及采矿方 法的变更， 盘区能力将显著提高。 5结 论 1 武 山铜矿具备扩大 生产规模的资源条件、 工 程地质条件及远景储量， 应扩大生产规模， 以发挥资 源优势， 达到提高矿 山经济效益的目的。 2 矿 山现用 采矿方法技术上 可行 、 经济上合 理， 但受现有采充工艺的制约， 采矿能力没有充分发 挥出来， 通过对现有工艺的改进， 采取一定措施， 可 以实现能力提高。 3 拱柱型理论分析表明。 下向进路充填法在设 置假顶吊挂竖筋后， 假顶内的水平钢筋及假顶下的 木支护可以取消。 4 适应深部矿岩更趋稳固的工程地质条件变 化， 更加高效低耗的采矿方法应逐步推广使用。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 高磊， 等． 矿 山岩石力学[ M] ． 北京 机械工业 出版 社 。 1 9 8 7 ． [ 2 ] 麦康国际有限公司． 江西铜业股份有限公司武山进展 报告[ R] ， 2 0 0 2 ． 矿山废水快速沉降净化新产品通过认定 陕西地矿局实验研究所在研究处理矿 山废水及城市工业污水方面， 研制开发出了矿山废水快速沉 降净 化新产品 X K一1 、 X K一2混凝剂。 X K一1 、 X K一2混凝剂对汞、 铅、 铬 、 铜等重金属离子和一般的泥沙杂质等有很好的净化作用。该所先 后在陕南任家沟铅锌矿、 洛南陈耳金矿、 安康富家河石英砂厂等矿山和陕北神木大柳塔洗煤 厂分别进行了尾 矿水 、 洗煤水快速沉清净化试验。结果表 明， 采用 X K一1 、 X K一2混凝剂沉降净化后的尾矿水各项指标和 自 来水相似， 达到再利用标准。净化后的洗煤水经检测， 其有害离子浓度符合有关指标， 回水可再利用。同时， 该所利用微生物技术研制的 H B X J 一絮凝剂对饮用水以及食 品加工、 造纸 、 发 电等工业废水的处理也优于传 统产品。2 0 0 2年 6月， 该所在西安曲江水厂进行试验， 结果表 明该混凝剂在处理低浊水时能迅速形成较大 的矾花， 矾花颗粒密实， 沉降速度快， 余浊低， 优于传统的混凝剂。 此项新产品技术标准已通过了陕西省技术监督局认定， 做好了工业推广应用试验 的准备工作。 我国 2 0 0 2年精铜及铜精矿产量均有增长 据国家统计局初步统计， 2 0 0 2年全国的精铜产量为 1 5 6 ． 2万 t ， 比 2 0 0 1年增长 1 2 ． 2 9 6 ； 铜精矿 含铜 产 量为 5 5 ． 4万 t ， 比 2 0 0 1年略增 1 ． 7 7 9 6 。 2 0 0 2 年精铜产量居国内前 1 O位的生产企业中， 只有白银有色金属公司和葫芦岛锌厂的产量分别比 2 0 0 1 年下降 1 1 ． 5 9 6 和 8 ． 3 ％， 为 6 ． 0 2万 t 和 5 ． 4 3 万 t ， 其余8 家企业的产量均有不同幅度的上升。增幅最 大的是金川集团有限责任公司， 全年的产量为 6 ． 8 万 t ， 比2 0 0 1 年大幅增长 6 3 ． 1 ％， 而增长量最大的则是铜 陵有色金属集团公司 不含张家港联合铜业公司 ， 2 0 0 2年产量为 2 2 ． 4 6万 t ， 比 2 0 0 1年增长 3 ．8万 t 。 增 幅 为 2 0 ． 4 9 6 。 2 0 0 2年精铜产量居前 1 O位的其它企业产量及增 幅分别为 江西铜业公司 2 3 ． 1 6万 t ， 比 2 0 0 1年增 长 2 ． 3 6 ％； 云南铜业股份有限公司 1 8 ． 5 1万 t ， 增长 8 ． 8 0 9 6 ； 大冶有色金属公司 1 2 ． 2 3万 t ， 增长 1 7 ．4 1 9 6 ； 张家 港联合铜业公司 7 ． 8 6万 t ， 增长 3 1 ． 2 4 9 6 ； 上海大 昌铜业公司 5 ． 2 6万 t ， 增长 1 2 ．1 2 9 6 ； 上海鑫冶铜业公司 5 万 t ， 增长 7 ． 3 0 ％。 而国内铜精矿产量最大的企业是江西 业公 司， 其 2 0 0 2年的铜精矿产量为 1 5 ． 1万 t ， 比 2 0 0 1年增长 8 ． 4 2 9 6 ， 占全国产量从 2 0 0 1年的 2 5 ． 5 ％上升至 2 7 ． 2 9 6 。 维普资讯