缓倾斜薄矿体采矿方法与工艺优化研究.pdf

第 3 2卷第 1期 2 0 1 6年 2 月 湖南有色金属 HUNAN N ONF ER R0US MET AL S 5 缓倾斜薄矿体采矿方法与工艺优化研究 唐湘华 锡矿山闪星锑业有限责任公司， 湖南 冷水江4 1 7 5 0 0 摘要 锡矿山闪星锑业有限责任公司南矿采用杆柱砂浆充填法开采缓倾斜薄矿体， 为提高杆柱砂 浆充填法充填料浆浓度， 防止采场充填水泛滥 ， 满足浅部 中段残矿和保安矿柱 回采的需要， 改进了 采准方式 ， 并优化研究了充填工艺。优化后的充填工艺采用水泥、 粉煤灰、 分级尾矿、 水制成尾矿似 膏体 ， 使用柱塞泵高浓度输送至采场充填。满足了采矿安全生产需要 ， 具有明显的经济效益和环境 效益。 关键词 杆柱 ； 砂 浆 ； 似 膏体 ； 充填 ； 采准 中图分 类号 T D 8 5 3 ． 2 1 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 5 5 4 0 2 0 1 6 0 1 0 0 0 5 0 3 杆柱房柱采矿法应用于开采缓倾斜薄矿体， 取 消矿石护顶层， 使开采回采率有了很大程度的提高。 不过该采矿法必须保 留大量 房间矿柱 ， 这不仅损失 了大量矿石 ， 而且大量的采空 区未及时处理会造成 灾难性的地压 活动。因此 ， 除边 角矿体或低 品位矿 体外 ， 一般均尽 量采用能降低矿石损失贫化率 的杆 柱砂浆充填采矿法。 杆柱砂浆充填法的优点是矿石损失 贫化率低 ， 开采回采率高 ， 其缺点是掘采 比大 ， 充 填工艺复杂 ， 需要改进与优化 ， 以降低掘采比， 提高砂浆输送的质 量浓度和采场充填体强度 ， 保证采场充填体充分接 顶 ， 杜绝采空 区充填时溢流水泛滥而污染井下环境 ， 为安全开采创造条件 ， 以提高矿 山经济效益和可持 续发展水平。 1 矿 山地 质概 况 锡矿山闪星锑业有限责任公司锑矿田位于新华 夏构造体系雪 峰山隆起带 的东南侧 ， 处于沉 降和隆 起分异构造运动较激烈 的地 带 ， 褶皱和断裂十分发 育 ， 构造线 由南而北呈北北东偏转北就 ， 略呈一弧形 构造 。区域 内出露地层有前泥盆系浅变质岩系和泥 盆系至三迭系石灰岩 、 砂岩和 页岩 。前泥盆 系浅 变 作者简 介 唐 湘华 1 9 7 2一 ， 男 ， 工程 师 ， 主 要从事 采矿技 术 与管理 工作 。 质岩系分布在隆起区 ， 厚度达 7 3 0 0 m以上 ， 泥盆系 至三迭系石灰岩、 砂岩和页岩分布在沉降区， 厚度超 过 7 0 0 0 m。 锡矿 山锑矿 田矿床产于入字型断裂下盘几个次 一 级两端倾没的短轴背斜中， 它包括飞水岩矿床、 童 家院矿床 、 老矿山矿床和物华矿床 四个矿床 ， 这 四大 矿床 ， 以飞水岩矿床最大 ， 童家 院矿床次之 ， 物华 矿 床最小。锡矿山闪星锑业有限责任公司南矿主要开 采飞水岩矿床。飞水岩矿床 主要矿体均赋存在石灰 岩的硅化灰岩中。矿体具有 多层性 ， 其形态 、 产状和 规模也有差异。主要薄矿体均赋存于厚 1 1 0 m钙质 页岩直接底板之下 ， 呈缓倾斜似层状产出， 沿走 向长 3 0 6 0 0 m， 延深 6 0 ～ 1 8 0 0 m 。矿体厚度变化稳定， 一 般为2～ 3 m， 局部地段达4 5 m， 倾角一般为 1 0 。 ～ 2 0 。 。矿石坚硬稳 固， f1 01 8 。顶板为页岩 ， 起 伏变化不大 ， 较规则 ， 节理较发育 ， 稳 固性较差 ， f3 ～ 5 。矿体底板为硅化灰岩或灰岩 ， 不规则 ， 起 伏变 化较大 ， 稳固 厂 1 0～ 1 8 。 2 现有采矿方法与工艺及其存在的问题 2 ． 1 现有采矿方法与工艺 飞水岩矿床第一号矿层为薄矿体， 矿体顶板为 厚层 页岩 ， 属 不稳 固类 型， 特别是 由于成矿运 动影 响， 接近矿体 1 ～ 2 I n的围岩节理较发育 ， 极不稳固。 6 湖南有 色金属 第 3 2卷 为了保证采场顶板安全 ， 薄矿体一般采用杆 柱砂 浆 充填法开采。 矿体沿走向划分为盘区， 其长度为 8 0 1 0 0 m， 一 个盘区内又划分矿壁和矿房， 矿壁和矿房斜长6 0 - 7 0 m。采准切割巷道包括 脉外运输平巷、 放矿溜 井 、 切割平巷 、 采准天井 上山 、 回风巷、 电耙硐室。 回采工作是在拉开的切割平巷的基础上， 以采 准天井 上山 为 自由面 ， 用浅孔落矿 的方法进行 回 采。凿岩采用 Y G一 4 0型钻机 ， 逆矿体倾向沿工作面 全宽 布 置平 行 炮 眼， 孔 径 约 4 2 m m， 孔 深 2 ． 2 2 ． 4 m， 最 小 抵 抗 线 为 0 ． 6～0 ． 7 m， 间距 0 ． 8 1 ． 2 m。 每班崩矿 4 0 t 左右。爆破采用 2 岩石乳化炸 药 ， 非电导爆管雷管起爆 。 由于直接顶板为不稳固的页岩， 采用杆柱维护 顶板。杆柱安装的参数为 长 1 ． 8～ 2 ． 0 m， 网度 1 0 ． 8 i n ， 每套杆柱实际担负的面积为0 ． 7 7 m 2 。 矿壁和矿房 回采结束之后 ， 分别采用水泥砂浆 充填料和分级尾矿进行充填处理采空区。 2 ． 2 现有采矿方法存在的问题 杆柱砂浆充填法 矿块沿走 向划分 为矿壁 和矿 房 ， 矿壁与矿房宽度均为 6 1 1 3 ， 每个采场布置溜矿漏 斗与电耙硐室， 采准切割工作量大， 其掘采 比高达 46 m／k t 。 砂浆胶结充填 系统 由水泥浆输送系统 、 尾矿分 级系统、 搅拌制浆系统组成 ， 由于充填浆料采用 自流 输送 ， 存在充填质量浓度过低 3 O ％左右 、 水泥消耗 过大 2 0 0 k g ／ m 、 采场充填脱水量大、 充填质量低、 污染井下环境等缺陷。同时 ， 砂浆设计输送浓度 重 量浓度 约为 6 0 ％ ， 系统 自流倍线为 5 ． 7 6 ． 1 ， 流速 0 ． 9 8～1 ． 0 5 m ／ s ， 水泥与尾矿重量 比为 l 8 ， 砂浆需 耗水泥量 1 9 4～ 2 1 0 k g ／ m 。 ， 充填体强度 R 8 1 ． 6 7～ 2 ． 0 9 M P a 。实际砂浆输送浓度 重量浓度 约为 3 0 ％ ， 充填体强度 R 2 8 1 ． 0 0～1 ． 5 0 MP a ， 达不到设 计要求 。 3 采矿方法及其工艺的优化 3 ． 1 采场结构参数的优化 合理的采场结构参数是地下矿山安全、 高效生 产的前提， 也是采矿设计 中必须面对的问题 。杆柱 砂浆充填法采场结构参数一是采场跨度 ， 二是采准 切割巷道布置。减少采场跨度 ， 有利于提高作业安 全性 ， 但掘采 比相应增大 ； 反之 ， 采场跨度增大 ， 可降 低掘采 比和采矿成本 ， 但安全性相应降低 。因此 ， 必 须综合考虑经济、 安全因素， 确定合理的采场跨度。 通过长期的生产实践和采场顶板沉降观测分析 ， 该 开采技术条件下的采场跨度是合适 的。优化采场结 构参数只能从采准切割巷道布置上着手。 杆柱砂 浆充填采矿法 的矿块 垂直矿体 走 向布 置 ， 每个矿块划分为矿壁和矿房， 宽度均为6 m， 改变 原矿壁和矿房中轴各布置一个漏斗和采准天井 的采 准方式 ， 在矿壁右侧和矿房左侧设计采准天井 ， 两个 采场共用一个漏斗 ， 两个 采场可节省一个漏斗和 电 耙硐室， 可大大降低掘采比。同时， 先掘矿壁采准天 井 ， 矿壁回采充填后再掘矿房采准天井 ， 可防止 因矿 房中采准天井掘偏 ， 致使矿 壁充填跑浆 的弊端 。其 采准布置如图 1所示。 图 1 杆柱砂浆充填采矿 法示意 图 1 一 采准天井； 2 一溜矿 井 ； 3 一 回风 巷 ； 4 一 电耙硐 室； 5 一 运输 平 巷 ； 6 一切割平 巷； 7 一矿壁 ； 8 一矿房 3 ． 2 采场充填工艺的优化 改进后的充填系统是把分级尾矿制成尾矿似膏 体 ， 采用柱塞泵用管道泵送至采场 ， 砂浆和尾矿输送 共用一套系统。 3 ． 2 ． 1 充填工艺流程 尾矿似膏体充填工艺是把全尾矿进行脱泥分 级 ， 通过管道 自流到卧式砂仓 ， 滤水后进入稳料仓 ， 再通过稳料仓底部的振动放料机和皮带秤 的计量后 通过皮带运输机输送至搅拌桶。 第 1 期 唐湘华 缓倾斜薄矿体采矿方法与工艺优化研究 7 各种充填物料在搅拌桶内强力搅拌形成合乎质 量浓度要求 的分级尾矿似膏体料浆 ， 然 后通过高压 泵加压后经管道输送至待充采场。 3 ． 2 ． 2 充填材料及其配比 1 ．骨料 。用于制备尾矿似膏体的骨料采用以浮 选全尾矿经一道分级后的沉砂 ， 其沉砂料级组成为 粒级 0 ． 3 mm 的 沉 砂 占 2 3 ． 3 5 ％ ， 粒 级 0 ． 3～ 0 ． 1 5 m m的沉砂 占 2 2 ． 2 5 ％ ， 粒级 0 ． 1 5～ 0 ． 0 2 mm的 沉砂 占 5 4 ． 4 ％。 2 ．胶凝材料。胶凝材料采用该公司水泥厂生产 的矿渣硅酸盐水泥 ， 标号为 3 2 ． 5级 。 3 ． 改性材料。采用附近发电厂从烟道中回收的 粉状粉煤灰 。 4 ．水 。采用普通 自来水。 5 ．充填配 比。矿壁充填 配 比 水泥 粉煤灰 尾 矿 1 2 8 质量 比 ， 质量浓度 7 4 ％ ～7 6 ％ ， 充填体 强度 1 ． 5 MP a ； 矿房充填配比 水泥 粉煤灰 尾矿 1 4 1 5 质量 比 ， 质量浓度 7 4 ％ ～ 7 6 ％ ， 充填体强度 0 ． 5～1 ． 0 MP a 。或分级尾矿非胶结充填 。 3 ． 2 ． 3充填作业 充填作业前 ， 首先用混凝土做采场下部密闭 ， 并 用混凝土砌筑上分层预留漏斗和通道。充填准备工 作完成后即可充填 ， 在采场用电耙扒运 ， 直至充满采 场为止 。 4 结论 1 ． 采用柱塞泵实现充填浆体高浓度输送， 充填 质量 浓度从 3 0 ％提高 到 7 6 ％ ， 减少 了采 场的脱水 量 ， 减轻 了井下环境污染程度 ， 增大了充填料浆的有 效利用率 ， 提高了实际充填能力 ， 明显改善充填体的 物理力学性质， 提高了充填体强度， 达到了有效控制 地压 ， 提高充填作业效果 的目的。 2 ．在矿壁右侧和矿房左侧设计采准天井 ， 共用 一 个漏斗 ， 可降低掘采 比， 防止 因矿房 中采准天井掘 偏， 致使矿壁充填跑浆的弊端。 参考文献 [ 1 ] 王洋 ， 易志清 ， 祝禄发 ．尾矿似 膏体胶结充 填采矿法 的研究与 应用 [ J ] ．湖南有色金属 ， 2 0 1 3 ， 2 9 1 79 ． [ 2 ] 祝禄发 ．矿石损失贫化的综合治理[ J ] ． 湖南有色金属， 1 9 9 3 ， 9 3 1 2 91 3 2 ． [ 3 ] 曾永 志 ， 潘谨 ， 祝禄 发 ．块 石胶结 充填 采矿 法的研 究与 应用 [ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 1 2， 1 2 6 34 ． [ 4 ] 周爱 民 ．有 色矿 山采 矿技 术 新进 展 [ J ] ．采矿 技术 ， 2 0 0 6， 6 3 I一 7， 4 8 _ 收稿 日期 2 0 1 5 0 92 5 Op t i mi z a t i o n Re s e a r c h o n Th i n Or e bo d y o f S l o wl y I n c l i ne d M i n i n g M e t ho d a nd t h e Pr o c e s s T ANG Xi a n g h u a H s i k w a n g s h a n T w i n k l i n g S t a r C o ． ， L t d ． ， L e n g s h u ij i a n g 4 1 7 5 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t Ro o t b o l t mo r t a r fil l i n g me t ho d i s us e d t o mi ni ng t h i n o r e b o d y o f s l o wl y i n c l i ne d i n Hs i k wa n g S h a n s o u th a n t i mo n y o r e ．I n o r d e r t o i mp r o v e fil l i n g s l u r r y c o nc e n t r a t i o n， t o p r e v e n t t h e fil l i n g wa t e r flo o d i n g， t o me e t the r e s i d u a l o r e i n s h all o w a n d s a f e t y p i l l a r s t o p i n g ， i t i mp r o v e s t h e p r e p ara t o r y wo r k wa y a n d o p t i mi z e s the fi l l i n g p r o c e s s ． T h e o p t i mi z e d filli n g pr o c e s s wi t h c e me n t ， fl y a s h， g r a d e t a i l i n g s ， wa t e r ma d e f r o m t a i l i ng pa s t e ．Us i n g p l un g e r pu mp t r a n s p o r t a t i o n o f hi g h c o n c e n t r a t i o n t o s t o p e fil l i n g， i t me e t s t h e r e q u i r e me n t s o f mi n i n g s a f e t y i n p r o d uc t i o n， a n d ha s o b v i o u s e c o n o mi c b e n e fit s a n d e n v i r o n me n t a l b e n e fit s ． Ke y wo r d s r o o i bo l t ； mo rta r ； t a i l i ng p a s t e； fil l i n g； p r e pa r a t o ry wo r k