我国金属矿山大水矿床的地下开采采矿方法.pdf

I S S N 1 6 7 12 9 0 0 C N 4 31 3 4 7 ／ TD 采矿技术第 6卷第 3期 Mi n i n g Te c h n o l o g y，Vo 1 ． 6， N o ． 3 2 0 0 6年 9月 S e p ． 2 0 0 6 我 国 金 属 矿 山 大 水 矿 床 的 地 下 开 采 采 矿 方 法 褚 洪涛 ’ 1 ． 长沙矿山研究院， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 ； 2 ． 国家金属采矿工程技术研究中心， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 摘 要 介绍 了我 国金属矿山大水矿床的地下开采现状和采矿方法 ， 并对大水矿床 的采矿 方 法进行 了评 述 。 关键词 金属矿山； 大水矿床 ； 采矿方法 大水矿床一般是指水文地质条件复杂 ， 矿坑涌 水量每日 数万立方米以上的矿床。这类矿床在我国 分布广泛， 在这些大水矿床中， 有的因水量大、 效益 差而被迫关闭或缓建 ， 有的则 因防治水难度大而迟 迟得不到开采 ， 也有 的矿 山因采矿方法选择不 当而 导致淹井事故， 而更多的大水矿山因采取了合适的 采矿方法和有效的防治水措施， 使矿床得到了顺利 开采。 1 我国大水矿床 的充水类型 大水矿床的充水条件 比较复杂 ， 其充水水源多 样化， 有几种水源共同补给矿坑， 包括岩溶水、 孔隙、 裂隙水， 地表水及大气降水； 有岩溶水、 孔隙水均为 主要充水水源的矿床； 有一般季节的岩溶水为主， 而 雨季则以降雨地表水为主要充水水源的矿床。大致 可分为以孔隙含水层充水为主的矿床和以岩溶含水 层充水为主的矿床两类 。 以孔隙含水层充水为主的矿床主产于第三系和 第四系岩层中， 其特征如下 。 表 1 1 充水岩层埋藏浅， 多接近或裸露于地表， 主 要接受大气降水的渗入补给， 矿坑涌水量动态受大 气降水的影响明显， 季节性变化大； 2 往往有地表水 的影响 ， 矿坑 充水受 地表水 性质及受水面积大小 的控制 ； 3 岩层不稳定 ， 工程地质条件 复杂 ； 4 上部松散沉积物多为 富有水 的砂砾石层 ， 或细粉砂含水层与弱透水 的亚粘土 、 粘土层交互成 层， 因而导致垂直方向上渗透性能的不均。 5 矿床一般位 于当地侵蚀基 准面以下 ， 补给 较易， 水文地质条件复杂。 以岩溶含水层充水 为主 的矿 床在我 国分布较 广， 其主要特征见表 1 。 2 我国金属矿 山大水矿床的地下开采现状 我国金属矿山大水矿床的地下开采现状见表 2 。从表2中可以看出， 3大类采矿方法在大水矿床 开采中均有应用， 但所占的比例不同， 充填法所占的 比例最高。 以岩溶含水层充水为主的充水矿床特征 3 大 水 矿 床 地 下 开 采 的 采 矿 方 法 誊 在生产矿山 中， 采用崩落采矿法 的矿山有西石 平面分层充填采矿法 ， 如 ， 水 口山铅 锌矿 、 凡 口铅锌 门铁矿、 北沼河铁矿、 程潮铁矿和谷家台铁矿等， 采 矿、 南京铅锌银矿等和空场嗣后充填采矿法， 如张马 维普资讯 5 0 采矿技朱 屯铁矿、 新桥硫铁矿等。在新建的矿山中， 基本采用 充填法。 表 2 我国部分大水矿床地下开采情况 北沼河铁矿矿体埋藏在河床下 ， 均为第四系黄 土和河床卵石所复盖 ， 局部为 中奥陶统马家沟组石 灰岩。埋深为 1 3 4～6 7 9 m， 矿体长 1 6 2 0 m， 宽 9 2～ 3 7 6 m， 属大中型矿床。矿体大部分处在地下水位 以 下 ， 矿体顶底板及其 围岩 为奥 陶系中统石灰岩含水 层， 属于水文地质条件较复杂的容隙充水矿床。预 计最 大涌水量为 8 万 m ／ d 。采用地表河流改道 ， 井 下超前疏干 ， 现正常涌水量为 3～ 4万 m ／ d 。采矿 方法为无底柱分段崩落法， 分段高度 1 2 m， 进路间 距 1 2 m， 采用 Y G Z一 9 0钻和 Q Z J一 8 0钻凿上向扇形 炮孔 ， 排问微差挤压爆破 ， 铲运机 出矿 。回采作业工 作面基本没有水 。设计生产能力为 1 8 0万 t ／ a ， 现实 际生产能力达到 2 0 0万 t ／ a 。 业庄铁矿是国内著名的大水矿床。在历年的生 产过程中长期受到水害的困扰， 曾发生过严重的突 水事故。矿体上盘存在两大含水层 一个为中奥陶 系灰岩、 岩溶裂隙含水层， 渗透系数 2 9 ． 5 m ／ d ， 含水丰富 ， 为矿体的直接顶板 ； 另一个为第四系砂砾 石孔隙潜水含水层， 渗透系数 1 0 0 ～ 3 0 0 m ／ d ， 富 水性强。据 1 9 7 5年疏干实测资料 ， 业庄矿区井下涌 水量达 1 5～1 7万 m ／ d 。矿体水平厚度 2 0～7 0 m， 倾角 2 0 。 ～5 5 。 ， 硬度系数f8 ～ 1 0 ， 矿岩稳固性较 维普资讯 褚洪涛 我国金属矿山大水矿床的地下开采采矿方法 5 l 好。该矿采矿方法历经演变 ， 先后采用预留护 顶矿 层隔水进路采矿法、 中深孔分段崩矿阶段矿房嗣后 充填采矿法、 小分段充填法等。目前， 结合注浆堵水 的防治水方案， 采矿方法采用浅眼凿岩、 电动铲运机 出矿的点柱式充填采 矿法。 自采用该采 矿方法 以 来， 矿山曾成功地防止了突发的上盘涌水事故， 避免 了大水淹井的灾害。 谷家台铁矿 已探明地质储量 7 9 0 2 ． 3 2万 t ， 平均 矿石品位4 7 ． 9 8 ％， 该矿水文地质条件复杂， 地表水 系发育， 嘶马河横贯矿体中部， 方下河位于矿体西侧 边缘 ， 地表覆盖着厚 l 0～1 5 m 的第 四系 冲积 、 洪积 砂砾岩含水层。两含水 层间有第三 系隔水层 ， 但局 部有缺失形成“ 天窗” 。预计丰水期涌水量 为 7 5 0 0 0 m ／ d 。谷家台地处莱芜市 区， 在开采过程 中要求最 大限度地保护自然环境 ， 不允许大面积地表塌陷和 村庄搬迁 ， 不允许影响城市生活用水和工业用水 。 该矿于1 9 7 0年开工建设， 1 9 7 9年缓建， 1 9 9 2年 按“ 五不” 方针的要求展开东区试采工程， 1 9 9 8年按 东区试采的治水采矿技 术建设西 区。1 9 9 9年 7月 1 2日， 一1 0 0 m水平 2 8 A穿脉发生透水事故导致淹 井， 2 9人死亡。1 9 7 0年代设计确定 的采矿方法为 崩落法， 治水方案是堵排结合， 以排为主， 辅之以搬 迁、 改河和还水。1 9 9 0年代， 设计采用矿体近顶板 灰岩注浆补漏治水方案和分段落矿嗣后胶结充填的 采矿方案。透水事故发生后， 莱矿人始终没有放弃 对谷家台铁矿恢复的信心和努力。谷家台铁矿恢复 开采拟采用矿体近顶灰岩注浆堵水和上向水平分层 点柱充填采矿技术成果 。 南京铅锌银矿位于南京市郊风景区栖霞山及九 乡河下， 地表为栖霞镇。北距长江仅 1 k m。是典型 的风景区及水体下采矿。矿体走向长约 8 0 0 m， 矿 体厚 l 0～ 3 0 m， 倾角6 0 。 ～ 8 0 。 。采用上向水平分层 点柱充填采矿法， 矿体沿走向长 6 0～ 8 0 m， 采场内 留不规则点柱， 点柱尺寸 4～ 6 m 4～ 6 m， 点 柱中心距变化较大 ， 一般为 l 4～1 8 m。矿块 间视顶 板稳固情况留或不 留间柱。不 留间柱时 ， 几个采场 全面拉开 ， 充填 时用河砂构筑充填隔墙。该矿采用 浅眼凿岩 ， 电耙 出矿。2 0 0 1年采用全尾砂胶结充填 获得成功， 由于点柱、 间柱、 顶底柱及充填体的联合 支撑作用 ， 该矿已安全开采 4 0年 ， 有效地 防止 了矿 山水害事故的发生和保护了矿区地表风景区及九乡 河的环境 。 3 大水矿床采矿技术发展 近年来 ， 随着矿产资源的消耗迅猛增长 ， 我国矿 产资源日趋紧缺， 将会有更多的开采技术条件复杂 的难采矿床逐步加 以开采利用 。 大水矿床的地下采矿方法 由留隔水矿柱 的房柱 法， 如谷家台铁矿、 业庄矿区、 泗顶铅锌矿等， 可超前 疏干的崩落法 ， 如西石门铁矿、 北沼河铁矿、 程潮铁 矿等， 到空场嗣后充填采矿法， 如南沼河铁矿、 草楼 铁矿等， 发展到现阶段普遍采用的点柱式充填采矿 法 ， 如南京铅锌银矿、 三山岛金矿 、 白象 山铁矿等。 点柱式充填采矿法是随着铲运机 的广泛采用而 发展起来的新型采矿方法 。它实质上是房柱采矿法 和充填采矿法的结合， 因而兼有房柱法生产能力大 和充填法有效控制地压的优点 。主要适应 于 1 厚度 8 m以上的缓倾斜或倾斜厚大矿体。 2 地面不允许陷落， 需严格保护地表。如海 滨、 湖泊、 江河等水体下采矿、 建筑物下采矿、 交通干 线下采矿、 风景区采矿等条件。 3 要求较大的生产规模 。 4 矿石价值较低或品位相对较低， 需避免二 步骤间柱 回采 。 据现有文献查询 和现场调研 ， 国内外在上述类 似条件矿床的开采 中， 采用点柱式 充填采矿法的矿 山有十余座， 代表大水矿床地下开采的发展趋势。 3 ． 1 点柱充填采矿法 1 采场结构参数及其 回采工艺 。某矿位于某 海湾， 矿体由陆地向太平洋倾斜延伸， 全矿从上至下 为若干断层切断成 A、 B 、 C 3个主要矿段 。 目前 ， C 矿段在开采， 海底离矿最近距离为 4 0 m， 延深垂高 3 0 0 m， 走 向全 长 3 0 0～4 0 0 m， 厚度 5～5 0 m， 倾 角 3 0 。 ～ 4 5 。 。矿体赋存于矽卡岩中， 围岩是大理岩和 角页岩， 在矿体直接顶板有 1 条宽度较大的主断层， 矿体和围岩的节理较发育， 属中等稳固。整个矿井 地下涌水不大， 与海水无直接水力联 系。该 矿原 为 露天开采。1 9 7 0年代转入坑 内开采 ， 并基本把露天 的开采方式应用在坑 内， 实现了全无轨化开采 。 2 采场构成要素。海床底部留 6 0 m高的护 顶柱； 采场尺寸及分割后矿体的自然尺寸， 一般长 5 0～1 0 0 m， 宽 5～ 5 0 m； 方形点柱断面 6 m6 m， 基 本不留间柱 ， 回采 l 0年后 ， 点柱断面改为 5 m 5 m。 点柱与点柱间净宽 8 ～ 9 m， 点柱中心距 1 4 m； 阶段 顶底柱 l 5～ 2 0 m， 段高 7 5 m； 回采分层高 4 m， 分段 维普资讯 5 2 采矿技朱 充填时， 高 1 2 ． 5 m。 3 采场系统及其特点。不设运输阶段和溜矿 井； 不设回采分段平巷而是由露天矿用改装的 6 ． 5 m 铲运机和 3 5～ 4 0 t 卡车直接经斜坡道进入采场 装车后运往地表卸矿站； 阶段高 7 5 m， 每一阶段仅 作回采开始时的切割分层用， 并非运输水平。 4 回采工作。回采从斜坡道采场联络道开 始， 第一层回采切割层高4 ． 5～ 5 m， 充填高 3 m， 留 1 ． 5 ～ 2 m空顶， 以利下一分层 回采时的通风和出 矿。第二层开始回采高4 m， 充3 m， 留1 ～ 1 ． 5 m空 顶 。正常生产时 ， 所有采场均可 同时凿岩和出矿 ， 全 面拉开， 同时工作 4～ 6个采场， 日出矿石 1 5 0 0 t 。 凿岩设备为双臂台车， 但矿体较薄的小采场也采用 手持式凿岩机。 5 技术经济指标。掌子面工人平均工班劳动 生产率为 4 7～ 4 8 t ； 采场平均生产能力 二班3 0 0 ～ 6 0 0 t ； 矿石理论损失率为 1 8 ． 4 ％ 计算点柱 。 3 ． 2 选用点柱式充填法的原因 1 需要有一定数量的矿柱 ， 用以支撑上盘 以 保护海底不被破坏， 防止海水渗入坑内。 2 可以采用全尾砂充填和提高第一步骤回采 的矿石 回收率 。 3 机械化程度和劳动生产率高， 可以采用生 产灵活的无轨设备 ， 以便海水一旦人浸井下时 ， 能随 时撤离设备。 4 采场内可以分选， 能灵活地控制开采品位。 稳定的或经加固后的点柱受到三维方向充填体 的约束， 受力状况大为改善， 能够牢固、 安全地支撑 顶板， 对保护海底， 防止过大沉降是成功的。为了保 上接第 2 l页 但要实现由大到强 ， 就要按照科学发展观的基本要 求 ， 解决一些突出问题 。要做到这一点 ， 新思路 当然 很多， 包括走出去引进来的对外开放， 健全和完善黄 金资本市场及其营运机制， 转变经济增长方式、 推行 现代企业制度等 ， 但 “ 老大难” 问题绝不可忽视 ， 必 须结合实际， 理清思路 ， 有针对性地采取对策。 黄金矿业经济的研讨是一个大题 目， 许多专家 都有新理念和新思路， 但立足实际， 解决问题应该是 大家共同的目 标。 参考文献 [ 1 ] 王德学． 开发西部黄金资源的工作原则 [ J ] ． 中国黄金经济， 2 0 0 0， 3 4 ． 证安全生产， 矿山对矿岩进行了构造地质学分类， 并 采取相应 的支护措施。此外 ， 在有较大断裂构造 的 区域或节理裂隙发育的区域采用了长锚索加 固， 加 固后的矿体回采可大大减少冒落， 从而提高了回收 率， 也降低了贫化。根据经验， 长锚索在孔内的剩余 长度不小于 3 m。锚索通常为 O1 5 ． 2 m m 7股 ， 长 度为 2 5 m左右 ， 锚 索支护 网度为 3 m3 m。长锚 索支护的区域 ， 一般也采用锚杆支护。 采场充填采用废石和尾砂充填。为了缩短分层 回采时间 ， 通常采用分区充填 ， 用废石筑坝。 4 结论 随着国民经济的高速增长， 资源消耗随之加快。 防治水技术进步 、 采矿技术 的进步 ， 特别是充填技术 的进步， 使大水矿床的地下开采技术逐步成熟。 大 水矿床的地下采矿方法将基本演变为充填采矿法， 点柱充填采矿是其重要发展方向。防治水技术与工 程必须与采矿方法相结合， 方能取得理想的效果。 参考文献 [ 1 ] 中国有色金属采矿信息网． 复杂及 特殊条件 下矿床开 采调研 报告[ R ] ． 长沙 中国有色金属采矿信息网， 1 9 9 5 ． [ 2 ] 采矿手册 编委会． 采矿手册 第 四卷 [ M] ． 北 京 冶金 工业 出 版社 ， 1 9 9 0 ． [ 3 ] 郭金峰． 我 国复 杂难 采矿 床开 采 的 问题与 对 策 [ J ] ． 金 属矿 山， 2 0 0 5 ， 1 2 ． [ 4 ] 耿茂兴． 点柱式机械化分层充填采矿 方法 的应用 [ J ] ． 金属矿 山 ， 2 0 0 0， 9 ． 收稿 日期 2 0 0 60 53 0 作者简介 褚洪涛 1 9 6 6一 ， 男， 教授级高级工程师， 主要从 事采矿工程、 矿山安全工程的技术研究、 设计、 咨询工作。 [ 2 ] 成辅 民． 我 国黄 金地 质工作 面临 的任 务 [ J ] ． 中国黄金 经济 ， 2 0 0 0 ， 3 7～ 8 ． [ 3 ] 陈景河． 矿 山企业迅猛发展 中的沉思 [ N ] ．中国黄金报， 2 0 0 6 ， 2 ， 1 4 3 ． [ 4 ] 苏立清． 应妥善解决资源枯竭城市的问题 [ J ] ． 工会工作通 讯 ， 2 0 0 5 ， 7 ． [ 5 ] 朱训． 西部 矿业 发展 新模式 [ N] ． 中国黄 金报 ， 2 0 0 5 ， 9 ， 2 4 ． [ 6 ] 蔡立军． 我国黄金资源潜力与可持续发展[ N ] ． 中国黄金报 ， 2 0 0 5 ， 1 2 ， 5 2 ． 收稿 日期 2 0 0 6 0 53 0 作者简介刘敏琦 1 9 5 7一 ， 男， 中国黄金集团公司河南秦 岭金矿纪委书记，高级政工师。 维普资讯