充填采矿法在金平镍矿的应用.pdf

2 0 1 1 3年 8月 第 3 2卷第 4期 总第 1 8 1期 云 南 冶 金 YU NNAN 腼r A I IJ 瓜GY Au g ． 2 O O 3 V o 1 ．3 2．N o ．4 S u m 1 8 1 充填采矿法在金平镍矿 的应用 李云华 ，周正光 ，戴开雁 ，黄精球 ，郭忠林2 ，刘维华2 1 ．金平镍矿 ，云南金平6 5 0 0 0 0 ；2 ．昆明理工大学国土资源工程学院 ，云南 昆明6 5 0 0 9 3 摘要 总结 了上 向分层胶结充填采矿 法在我矿应用 1 0多年取得 的经验 ，低 分段 空场采矿法 回采宽 1 2 m矿 房富矿矿石的不足，择重分析了用上向分层胶结充填法回采矿房中富矿所带来的经济效益和社会效益。 关键词上向分层 ；充填；分段空场 ；采矿方法 中图分类号 3 1 3 8 5 3 ． 3 4 文献标识码A 文章编号1 0 0 6 一 O 3 O 8 2 O O 3 0 4 一 O O O 6 0 5 Op e r a t i o n o f Ba c l fi l l i n g M e t h o d i n J inp ing Ni c k e l M i n e L I Yu n h u a 1 ，Z HO U Z h e n g g u a n g ，DAI K a i y a n ，HUA NG J i n g q i u ，GU O Z h o n g l i n 2 ，I J U We i h u a z 1 ．J i n p i n g N i e k l e Mi n e ，J i n p i n g ，Y u n n a n 6 5 0 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．K u n m i n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，K u n m i n g ，Y u n n a n 6 5 0 0 9 3 ，C h i n a Al l b 31 1 A CI A ∞0 I d ．m gt ot h etr i e I lc e m啊 屯t h a nt e n y e a r s o nt h e o v e r h a n d s l i c i n g c o n s o li d a t e dfi l l i n J in p i ug M i c k d M i n e a n din c 0 l l s i d e r a t i m t h ec i e n e y r i c h 0 r ein l o w -s t a g e s u b l e v d o p e n s t o p ew i th c h a mb e r wi d t h 1 2 Il 1 ． theN n o l l li c a n d s o c i a l b e n e fi t c o n t r i b u t e db y ri ch 0 r e e t a -b a c k in dl b y n u p w a r d s l i c in gi s a n a l y z e d e mp h a ti c a l l y． KE Y WOR DSo v e r h a n d s l i c i n g ；舢i I lg ；s u b l e v e l o p e n s t o p e ；m in ing m e t h o d 1 概述 1 ． 1 金平镍矿的发展 金平镍 矿于 1 9 8 5年 由云南锡业公 司移 交给金 平县有色金 属公 司生 产 ，1 9 8 6年 13产 富矿 5 0～8 0 t ，1 9 9 1 年改扩建后 13产富矿 1 0 0 t 和 中贫矿 2 0 0 t ， 2 0 0 1 年选厂扩建 后 13处理 中贫 矿 2 5 0 t ，采矿能力 可以满足冶炼厂和选厂要求 。 1 ． 2 矿体赋存概况 目前开采 的是 Ⅲ号岩体 中的 1 和 2 矿体 ，1 矿体为 富矿 ，镍 品位 3 ％以上 ，含硫 3 4 ． 9 1 ％ ，体 重 4 ． 6 t ／ m 3 ，矿石主要 由镍黄铁矿 、磁黄铁矿 、黄 铁矿等组成 ，致密 、坚硬 ，f 1 5 。矿体平 均宽 5 1 m，厚 0 ． 7～2 1 m。富矿石直接入炉冶炼。 2 矿体 围绕 1 矿体分布，构成 1 矿体 的直接 6 修 回 日期 2 NI 3 - 0 5 - - 2 9 作者简介 李 云华 1 9 6 , - ，男 ，湖北浠水人 ，工程师。 顶、底板和两帮围岩 ，呈扁筒状 ，矿体平均宽 8 9 m， 厚2 ～ 3 5 ． 5 m ，沿蹴向延伸， 东南高、 西北低， 倾 角 ． 5 o ，含矿岩石为辉长岩、辉岩、橄榄辉岩、橄榄 岩，f 6 ～ 8 ，中等 ～ 坚硬岩性 ，体重 3 ． 1 2 t ／ ， ，边界 品位 0 ． 6 ％，平均品位 N i 0 ． 7 6 ％、C u 0 ． 6 5 ％，属 中贫 矿 ，送选厂精选。2 矿体的直接顶底板为不含矿的辉 长岩 ，f 3 ，中等坚固。 1 ． 3 采矿方法沿革 1 9 8 6年投产 时 ，拟用 下 向分层空 场法 回采 富 矿，崩落法回采中贫矿的 “ 先空后崩”的联合采矿 法 ，用该法采完 1 、2 采场未 出现问题 ，采 3 采 场时由于 顶板暴露 面积增 大而 冒顶 ，造成工 伤事 故 ，1 9 9 0年停止使 用。尔后改 为将 矿体划 分为矿 房、矿柱 ，先用上 向分层胶结充填法回采矿柱 中的 富矿 ，在胶结充填砼矿柱 的保护下用有底柱低分段 维普资讯 李 云华等充填采矿 法在金 平镍矿 的应用 空场法 回采矿房中的富矿 ，收到了较好的效果 。但 在 回采矿房南北两端 的中贫矿时 ，由于富矿采空区 暴露面积大 ，存在时间长 ，以及有部分煌斑岩穿插 入 中贫矿 中，使采空区顶板稳 固性变差 ，而存在一 定 的安全威胁 ，况且富矿空区直接顶板以及靠北部 的一大块三角形 中贫矿悬在 空中无法 回采 如 图 2 所示 ；靠南部的中贫 矿采 出后 ，矿房顶 板暴露 面 特别大，地压大，安全隐患极大。如 1 ～ 4 采场 于2 0 0 0年 l 1月 冒通 地 表 后 ，1 0 采 场 顶 板 又 于 2 0 0 1 年 4月 冒通地 表 ，大量 泥土 、石块 涌进采 场 漏斗中。 上述状况的出现 ，促使我矿科技人员总结已用 采矿方法 的优点和分析存 在的 问题 ，发挥其优点 ， 克服其不足，共同寻求安全性好 、经济效益高的采 矿方法 。 8 7 5 8 4 5 I I 一 2 上 向分层胶结充填采矿法的实践 到 目前为止 ，上 向分层胶结充填采矿法 主要用 于开采矿柱中的富矿 ，深受职工欢迎。 2 ． 1 采场结构参数 阶段高 3 0 m，矿块宽 1 8 m，其中矿房宽 1 2 m， 矿柱宽 6 m 仅 9 矿柱宽 1 2 m ，采场长为富矿宽 度 ，2 5～4 0 m，采场高为富矿厚度 2 0 ～3 0 m。回采 分层高 2～2 ． 5 m，一次充填高度 4～5 m。 2 ． 2采准 切 割工 程 自 8 1 5 m中段运输横巷上掘人行 、溜矿井至富 矿底板。沿富矿底板将二井联通作拉底巷道 ，从拉 底层上掘人行 、充填 、回风井 ，通到 8 7 5中段的充 填 回风横巷 ，即完成采场人行 、通风 、出矿 、充填 系统 ，如图 1 所示。 I I I I I 1 9 - 0 - 1 1 - 8 7 5 8 4 5 I一 图 l 上向分层胶结充填采矿法图 l 一 中段运输平巷2 一 中段 装矿横巷3 一采场溜矿井4 一人行 、通风 、充填井 5 一 人行 、通 风 、充填横巷s P 一富矿2 s 一 中贫矿w一表外矿x 煌斑岩 F i g． 1 D i a g r a m o f o v e d u md s l i c i n g c o n s o l i d a t e dfi l lf n i I 】 i n g l k v e I h mJ h ；2 一 e l s p o u t h o l e ； 3 -- Mu c k r a i s e ； 4 -- S i d e w a l k， v e n l i l a l i o a ， 衄 p a s s ； 5 -- S i d e wa l k， v e n l J l t a J o a ， la o ； S P L c h o r e； 2 S - --Me d i u t r l e a n o r e； W-- G r a d e u n q u a l i fi e d o r e ； X b r 0 p I 2 ． 3采场 回采 在每一分层 中用水平或垂直上向浅眼 回采 ，孔 间距 0 ． 6 m，排间距 0 ． 5 m，一次崩矿步距 5 m，崩 矿量 1 40 t ，采下矿石 用 1 5 k W 绞车配 0 ． 2 m 3 耙斗 扒运至溜矿井 ，溜到中段运输横巷装车。采场用 自 然通风排除烟尘 。 分层 回采完毕 ，用木模板接高人行天井和溜矿 井 ，然后进行采场分层胶结充填。胶结充填 的骨料 碎石 均采用江河的卵石经破碎 而成 ，粒径 2～5 t i n ，1 m 3胶 结 充 填 料 用 碎 石 1 m 3 、砂 0 ． 4 m 3 、 4 2 5 水 泥 2 1 0 k s 、水 灰 比 0 ． 6 ，胶 结 充填 体 强 度 1 5 0 k c Ⅱ l 2 以上 ，自立性很好 。 胶结充填料制备是将碎石 、砂 、水泥用汽车直 接运到 8 7 5 m中段坑 口的充填料制备站 ，经滚筒式 搅拌机制备后用矿车运至充填井 ，自溜到采场 ，经 人 工铺放于充填空区，充填料 体 养护 3天后 即 可开始上一分层的回采作业。胶结充填料的制备能 力可达 1 0 0 m 3 ／ d 。 2 ． 4 主要技术经济指标 采场日 工作2 班，生产能力 1 0 0 t ／ d ，工班效率2 I 工班， 采切比 l 1 ．5 m ／ k t ，回收率 9 1 ． 2 8 ％，贫化率 6 ． 3 6 ％，单位炸药消耗量 0 ． 2 4 k t ，雷管 0 ． 0 2个／ t ， 导爆线 1 ． 0 8 m ／ t ，充填成本 1 5 4元／ 3 3 元／ t ，采 切费 6 ． 9 元／ t ，采矿总成本 6 9 ． 9 元／ t 。 2 ． 5 上 向分层胶结充填采矿法评价 上 向分层胶结充填采矿法 ，采切工程量小 ，回 7 维普资讯 2 O O 3年 8月 第 3 2 卷第 4 期 总第 1 8 1 期 云 南 冶 金 【 j AN M田 A I JJ JI i GY Au g． 2 O O 3 V o 1 ．3 2．N o ．4 S u m 1 8 1 收率高，贫化率低，充填体强度高、自立性好 ，作 砼矿柱可靠性高 ，生产安全 ，耗材低 ，效率高 ，为 广大干部职工熟悉 、喜爱 。 3 低分段空场采矿法 在回采 1 0 矿房 中的富矿时 ，采用 了低 分段空 场采矿法 ，概述如下 3 ． 1 采场结构参数 矿房宽 1 2 m，长 3 5 m，高 2 5 m，分段高 5 m， 分段平巷断面 2 ． 5 m 2 ． 2 m，底柱高 5 ． 5 6m，漏 斗间距 6 m。 3 ． 2 采 准切 割 工程 在矿柱 回采 的采准工程的基础上 ，自联络道 向 矿房 掘 电耙 道 和斗穿 、斗颈 、人行 天井 和分段 平 巷 ，在矿房南端开切割天井并扩大成切割槽 ，作为 矿房回采爆破 自由面，采切巷道总长 6 9 3 m，如 图 2所示 。 8 7 5 8 4 5 业 9 -I 1 0 “ 1 1 图 2 低 分段空场 采矿法 1 一中段运输平巷2 一中段装矿横巷3 一电耙道4 一漏斗5 一人行天井 6 一拉底巷道7 一分段凿岩平巷8 一采空区9 一联络道s P 一富矿 2 s 一 中贫矿w-_表外 矿 斑岩 Fi g． 2 Su b l e v e l o p e n -s t o p mi ni n g 1 一 L B v e l h md a g e； 2 -- L e v e l mu c k ing d r i f t ； 3 -- El e c t r i c r a k e t r a c k； 4 ． 一F 、 l mI e l 5 _Wa y s h a ft ； 6 - -Un d e r c u t d r i f t ； 7 -- S u b l e v e l d r i Ⅱ j n g d r if t ； 8 -- Va c a n t p l a c e ； 9 _ 一c 0 n n r o a d w a y； S 卜Ri c h o r e ； 2 S - - Md e i u ml e a n o r e； W。_ Gr a d e ti n q u a l i fi e d o r e ；X --y r e 3 ． 3 回采工艺 在各分段平巷中用扇形浅 眼爆破落矿 ，一般孔 深 1 ． 5 1 ． 7 m，最大浅孔深 2 ． 5 m，最小抵抗线 即 排距0 ． 6 m，每次爆破 23排。或 者先用水平浅 孔扩大分段凿岩平巷宽度 ，缩小同一分段上两条凿 岩平巷间的距离 ，然后在分段凿岩平巷 中打上 向平 行孔和扇形浅眼爆破落矿， 这样可以减少最大孔深， 提高凿岩速度 ，上分段适当超前下分段 回采 ，以利 上分段回采作业的安全。崩落矿石自行落人漏斗中， 然后用电耙扒到溜井装车运至地表矿仓。 3 ． 4 技术经济指标 采切 比 1 2 ． 1 m ／ k t 、采切费 7 ． 2 6元／ t 、采场生产 能力 1 5 0 t ／ d 、工班 效率 3 0 t ／ ， 工班 、炸 药消耗 0 ． 2 5 k g ／ t 、雷 管 0 ． 0 2 5 t 、采 矿成 本 2 8 t 、回收率 8 8 ． 6 3 ％、贫化率 8 ． 7 5 ％、采矿成本 3 5 ． 2 6 t 。 8 3 ． 5 低分段 空场采矿法评价 低分段空场采矿法使用常规浅孔凿岩爆破和 出 矿设备 ，回采作业简单 ，工人师傅很熟练 。在分段 凿岩平巷中作业 ，安全性好 ，可以实现多分段凿岩 爆破 ，采场生产能力大 ，调节性能强 。在 1 0 采场 使用非常成功 。 不足之处是 1 分段凿岩平巷多 ，采切工程量大 ，采准时 间长，采切费用高。 2 富矿采完后 ，所形成的采空区四周还分布 了大量 的中贫 矿 如 图 2纵 剖 面 ，回采 其 顶部 、 北部的中贫矿难度很大 ，因为在空区顶部悬 吊的中 贫矿里难以掘进 回采平巷 ，更难以用浅眼回采顶部 三角带矿石。即使用中深孔凿岩爆破，由于受设备 限制 ，也难 以完全 回采三角带矿石 。再 由于靠采空 维普资讯 李 云华等充填采 矿法在金平镍矿 的应用 区北部常有煌斑岩出露 ，回采北部矿石后 ，顶部剩 下的矿石有可能 以特大的岩块随同煌斑岩 冒落于采 空区，给南部 中贫矿 回采造成 困难和增大贫化率 、 降低回收率，若不回采，中贫矿损失更大。 3 另外 ，随着南北部 的中贫矿全部 回采 后 ， 采空区不断扩大 ，导致胶结充填体 四周被联通成一 大片 ，顶板与上盘地压也 随之增 大 ，稳 固性 变差 ， 同时胶结充填 的矿柱 受力也增 大 ，1 ～4 采场 和 1 0 采场 冒通地表 ，给生产造成 困难就是 教训。初 步统计 1 ～1 0 采场区段 ，中贫矿矿石回收率仅有 5 2． 3％ 。 介于上述情况 ，有必要用上向分层胶结充填采 矿法代替低分段空场采矿法 回采矿房 中的富矿 。 4 胶结充填采矿法回采矿房中富矿简介与评价 4 ． 1 方法的特点 - - 1 ／ 一 、 二 、 、 5 8 7 5 4 81 5 3 2 该方法的基本特点同矿柱回采的上向分层胶结 充填法 ，不 同点是 矿房宽 度增加 到 了 1 2 m。充填 体的作用不以支撑围岩为主 ，而以提高富矿和中贫 矿 回收率和降低贫化率为 目的 ，因而胶结充填体 的 强度可 以降低 ，充填成本费也能减少 。 4 ． 2 采 准切 割 工 程 从 8 1 5 m中段装矿运输平巷上掘人行 、出矿井 至富矿底 板 ，沿 富矿底板 贯通 两井 ，形成 拉底 巷 道。从拉底层 向上掘进填充井 ，贯通 8 7 5 m中段穿 脉平巷 充填 、运输 、回风平巷 ，即形 成 了采场 的人行 、通风 、出矿 、充填系统 ，如图 3 所示 。采 切工程量 1 8 8 m，采切 比 3 ． 3 6 m ／ k t ，采切成本 1 ． 9 2 元／ t 。 Ⅱ一 8 7 5 l - l -l l 1 0 ‘ 1 I 1 1 。 。 ‘ ‘ 。 r 。 。 一 I 一 9 。 。 。 图 3 1 O 矿房上向分层低标号胶结充填采矿法图 1 一 中段 运输平巷2 一 中段装 矿横巷3 一采场溜矿井4 一 人行 、通风 、充填井 5 一 人行 、通风 、充填横巷s P 一富矿2 s 一 中贫 矿w一 表外矿x 煌 斑岩 F i g ． 3 O v e r h a n d s l i c i n g c o n s o h d a t e d fi l l mi n i n g o f N o ． 1 0 C h a n r 1 一 k v e l b md a g eo ；2 一 kv e lm i n g d r i f t ；3 -- Mu c k r a i s e 4 -- S i d e w a l k ， v e n ti l a ti o n，6 l l p ；5 -- S i d e w a l k。v e n ti l a ti o n，p a c k b o a l d； 一 r i c hI ll e ； 2 S--me d i mn - l e a n I ll e ； w Gll td e u r l if le d t e e ； X ． 一h y I e 4 ． 3回采 作 业 回采作业基本与 回采矿柱使用 的上向分层胶结 充填 法 回采 工艺 相 同，因采场宽 度大 、用 电耙 出 矿 ，适 当加密了出矿溜井间距 ，可以提高采场生产 能力。 矿柱 中富矿 回采后的充填体 ，主要起支撑岩体 的作用 ，要求其有足够的承压和支撑强度 ，保证矿 房矿石 富矿和中贫矿的安全 回采 。而矿房 回采 后 的充填体 主要是 1 充填体具 有较好 的 自立 性 ，为 回采 工 作 服务 和 作 为上 盘 岩 石 的支 撑体 ； 2 为富矿 四周的中贫矿 回采创造 良好 、安全 的工 作条件乃至工作平台 ，因此其充填体强度可以适 当 降低或大幅度降低 。也就是说 ，可以采用尾矿库 中 的尾砂制备尾砂胶结充填料充填 富矿矿房采 空区 ， 这样可 以减轻 尾矿 库 的负载 ，又 可 以减 少骨 料成 本 ，因充填体起的作用主要不是承载 ，所 以充填料 中的水泥量也可 以减少 ，故充填费用 比矿柱 回采要 低很多 如 1 m 3 充填体 中少用 1 0 0 k s水泥 ，即节 省成本 3 2元 ，充 填体成 本只有 1 2 2元／ m 3 ，矿石 充填成本 2 6 ． 5 2元／ t 若再计算减 少块石和 卵石 的 破碎费，其充填成本还可以降低 ，采矿直接成本 3 0元／ t 。采矿总成本 5 6 ． 5 2元／ t 。 4 ． 4 用上向分层充填 采矿法回采矿房 富矿的评价 1 采切千吨 比减少 ，低分段 空场法采切巷道 9 维普资讯 2 O 0 3 年 8月 第 3 2 卷第 4 期 总第 l 8 l 期 云 南 冶 金 YI N NAN M口 r A I 正 J J I l G Y Au g ． 2 0 0 3 V o 1 ．3 2 ．N o ．4 S u m 1 8 1 _6 9 3 m，采切 比 1 2 ． 1 m ／ k t 。上向分层胶结充填法 采切巷道长 1 8 8 m，采切 比 3 ． 3 6 m ／ k t ，比低分段空 场法减少采 切巷道 长 5 0 5 m，减少 采切 比 8 ． 8 4 m／ l t ，节省采切费 5 ． 3 4元／ t 。缩短了采场采切工程准 备时间。 2 回收率提 高 、贫化 率降低 ，以 1 O 采 场为 例 ，仅粗略计算 可获得 经济效 益 9 9 ． 1 1 4万元 ，如 表 1 所示。 表 1 充填采矿法回采 l 0 采场富矿的经济效益对比表 T a b ． 1 C o mp a r i s o n o f e c o n o mi c b e n e fi t o fe x t r a c ti o n o f r i c h o r e i n N o ． 1 0 w 0 I蚴w t h c u t a n d 一 6 Ⅱme t h o d 由表 1可知 上向分层胶结充填法多采 出镍金 属 6 6 ． 2 7 t ，能 获得经济 效益 9 9 ． 1 1 4万元 ，计 算方 法如下 1 增加收入与节省开支费 ①增收多采 出镍金属 6 6 ． 2 7 t ，镍金属价 7万 元／ t ，按镍价 的 6 5 ％计算矿山效益 ，增加收入为 6 6 ． 2 7 t 7万元 ／ t 6 5 ％ 3 0 1 ． 5 3 万 元 ； ②节省采切费胶结充填采矿法 回采矿房 ，减 少采切巷道 5 0 5 m，按掘进成本 6 O 0元／ m，计 算节 省掘进费用为 5 0 5 m 6 O 0元 ／ m3 0 ． 3万元 增收和节省掘进费用共 3 3 1 ． 8 3 万元 。 2 增加的支出费用 ①充填成本每 t 矿石的充填成本 2 6 ． 5 2元／ t ， 采出矿石5 7 7 5 5 t ，填加 的充填费用为 5 7 7 5 5 t 2 6 ． 5 2元／ t 1 5 3 ． 1 7万元 ②运矿费用多出矿石 4 6 0 t ，每 t 运费 8 5元／ t ，增加 的运费为 5 7 7 5 5 5 7 2 9 5 t 8 5 元／ t 3 ． 9 1 万元 ； ③增加的矿石冶炼费用为 1 5 ． 3 3万元 ； ④增加的矿石销售费用按矿 山所得镍 出售收 入的 2 o ％计算为 3 0 1 ． 5 3万元 2 0 ％ 6 0 ． 3 0 6万 元 ； 增加的支出费用合计为 2 3 2 ． 7 1 6万元。 3 净收益 1 0 收支相抵 ，净利为 3 3 1 ． 8 3 2 3 2 ． 7 1 69 9 ． 1 1 4万元 。 3 提高了矿 房顶部及所有 中贫矿 回收率和降 低贫化率 ，又 能带来较 高 的 中贫矿 回采 的经济 效 益 ，若 中贫矿 回采 的 回收 率按 8 0 ％计 ，比 1 1 O 采场统计 的 回收率 为 5 2 ． 3 ％，提高 了 2 7 ． 7 ％， 同时还会减少矿石的贫化率。 4 提高了生产的安全性该法不仅提高了矿 房 回采富矿的安全性 ，更提高了回采中贫矿矿石的 安全性 ，由于回采的安全性提高 ，也提高 了其矿石 的回收率 ，降低 了矿石贫化率 。采 出的矿石多 了， 品位质量高了 ，其所分摊的采切费 、管理费 、加工 费等等得到了减少 ，相应地又增加了盈利。 5 结束语 在矿 山开采 中，安全生产是前提 ，提高经济效 益是全体职工的努力 目标 ，提高 回收率、充分利用 资源 ，延长矿 山生产年 限是大家的愿望 。矿房 富矿 用上向分层胶结 充填法 回采 ，能为镍 矿创造安 全、 高产 、高经济效益的条件。 参考文献 [ 1 ]杨殿 ，等．金属矿床地下开采 [ M】 ．长沙中国工业大学 出版社 ，2 O 0 2 ． [ 2 ]彭续承．充填理论及应用 [ M】 ．长沙中南工业大学出版社， 1 9 9 8． 维普资讯