巴鲁巴铜矿采矿方法的优化研究.pdf

巴鲁巴铜矿采矿方法的优化研究 魏成钢 中 铁十九 局集团 矿业投资有限公司 摘要 本文简述巴鲁巴铜矿 的开采历史及地质状况。依据 巴鲁 巴铜矿的 开采技术条件 以及巴鲁巴铜 矿以前 采矿 方法 的应用情况 ， 详细分析 了原公司 L CM 各项采矿经济技术指标低 下的原 因。 在此基础上 ， 利用原有工程采用分 爆分出来完成矿山恢复生产 ， 并严格 管理各项经济技术指标。依据矿体开采 现状提 出采用单段空场开采方法 ，并试 分析其开采的可行性及其技术路线 ， 为安全高效回采矿体奠定基础。 关键词 采矿 方法 巴鲁 巴铜矿空场 采矿 法分爆 分出 1 巴鲁 巴铜矿概述及开采技术条件 1 ． 1 巴鲁 巴铜矿开采历史 巴鲁巴铜钻矿位于赞比亚铜带省卢安夏市 ，是中国有色集团 2 0 0 9年收购并组建的卢安夏铜业有限公司的主要井下开采矿山， 是 罗恩 一穆利亚希盆地 已发现资源地中，唯一钴品位较高的矿山。 1 9 7 3年矿山投产， 2 0 0 1年一2 0 O 4年间曾停产约 3年， 2 0 0 4年 6月 恢复生产， 2 0 0 8年 1 2月再度停产。1 9 7 3年 一 1 9 9 6年间累计采出矿 石 4 3 5 3万吨 ， 含铜金属量 为 7 5万吨 ， 含钴金属量 为 5 ． 8万 吨； 2 0 0 4 年 一 2 0 0 8年间采出矿石 6 3 4万吨， 含铜金属量 8 ． 3万吨， 含钴金属 量 6 8 8 0吨。估计投产以来累计采出矿石量达 5 5 0 0万吨以上， 含铜 金属量 9 0万吨 以上 ，含钴金属量 7万吨以上。巴鲁 巴铜矿历经 3 7 年 的采矿历史 ， 采矿量超 5 5 0 0万吨 ， 剩余资源全部为平缓 矿体 。 1 ． 2 巴鲁 巴地质概况 巴鲁巴铜矿矿体受褶皱构造影响， 形态复杂， 矿体分布范围走 向从 S S 2 1 一 C S 7 9 1 2约 3 6 0 0 m， 中部 S S 3 9 一 S S 5 9向斜底部 1 5 0 0 m 贯穿次一级褶皱区，出现一个沿倾 向方向水平宽度达到 4 0 0 m～ 8 0 0 m 的缓倾角区。因此可把矿体 划分为陡倾角 区 北翼 ， 缓倾角 区中部 向斜底部 和南翼， 北翼矿体倾角 4 5 。 ～9 0 。， 倾向南 西2 1 O 。。 缓倾角区中部 向斜底部 和南翼构成次一级背斜， 背 斜轴部以北的矿体倾向北东 3 0 。， 南翼矿体倾向2 1 O 。。次一级背 斜使向斜轴部矿体抬升了2 5 0 m。矿体向南向深部倾伏到穆利亚希 盆地。 巴鲁 巴铜矿矿体含矿层 位由底盘 向顶盘依次为 斑铜 矿一 黄铜矿 混合带 富矿 带 ， 厚度 一般 小于两米 ， 由于风 化作用在 R L 7顶部有时可见赤铜矿 ， 局部偶尔可见自然铜。该含矿 带含全铜品位达到 3 ％左右， 钴品位 0 ． 2 ％左右。 黄铜矿一硫铜钴矿带， 厚度一般小于 4 m， 岩性为 白云质片岩。 该含矿带含全铜品位一般都达到 1 5 ％左右，钴品位 0 ．0 8 ％ 一 O ． 1 ％。黄铜矿一黄铁矿带， 厚度 3 1 5 m， 岩性为白云质片岩夹泥 质板岩， 逐渐过渡到黄铁矿 占硫化物矿物的绝大多数， 少量的钻出 现在黄铁矿 中。 典型剖面示意图见图 1 。 图 1 B a l u b a矿褶皱构造形态示意图 矿 区岩层 主要 为浅变质 岩系组成 的地 层 上 罗恩 组和 下罗恩 组 ， 表现 为复杂的褶皱构造 ， 其下为古老的花 岗岩基底。 矿体下盘的基底花岗岩及片岩、 石英岩等总体上稳定性好。大 多数中段运输巷和分段巷都位于该岩层中。矿体与近矿围岩抗压强 度为矿体顶板的含矿板岩一般都大于 1 O O MP a 。稳定性较差的为矿 体下盘富矿带含矿片岩； 另一个就是矿体的直接底板下盘砾岩。 1 8 3 1 ． 3 巴鲁 巴铜矿开采技术条件 巴鲁巴铜矿矿体分为两个带， 靠下盘是富矿带 斑铜矿～黄铜矿 混合带 ， 厚度一般小于 2 m， 最大可达到 6 m， 岩性为含透闪石的白 云质片岩 ， 含全铜 品位 一般都达到 3 ％左右 ， 钴品位 0 ． 2 ％左右。 该岩 层一般比较软 ， 破碎， 稳定性差， 完整岩石单轴抗压强度 5 O MP a 。靠 上盘是贫矿带 从黄铜矿一硫铜钻矿带过渡到黄铜矿一黄铁矿带 ， 黄铜矿一硫铜钴矿带厚度一般小于 4 m， 岩性为 白云质 片岩。该含矿 带含全铜品位一般都达到 1 ． 5 ％左右， 钴品位 0 ． O 8 ％ 一0 ． 1 ％ ； 黄铜 矿一黄铁矿带厚度 3 m 一1 5 m， 岩性为 白云质片岩夹泥质板岩 ， 逐渐 过渡到黄铁矿占硫化物矿物的绝大多数， 少量的钻出现在黄铁矿中。 矿体与围岩的界限渐变过渡， 靠取样分析划定。矿体圈定指标 边界 品位为全铜品位 1 ％， 矿块 ％T c u一％0C u 3 X％C o 达到 2 ％为 经济矿体， 矿体圈定最小厚度为4 m。贫矿带矿体稳定性较好 ， 完整 岩石 单轴抗压 强度 一般 大于 1 O O MP a 。矿石及 顶板 围岩体 重平均 2 ． 6 7 t ／ m。 。 含矿岩 石及其近矿 围岩 由于 遭受浅 变质 作用 和强烈 的构造 变 形 ， 岩石较破碎。岩体 构造面 弱面主要是变余沉积层理 ， 其次是 片理 和节理 ， 岩石中除了沉积层理面外， 还形成了许多变质结构面和构造 结构面。层理面一般较平整， 容易引起较大范围的岩石滑动； 变质作 用形成的片理短小、 分布极密， 加之片岩软弱夹层较多， 对工程具有 较大 的影响 构造 结构面在该矿段较少 ， 主要为一些规模 小的断层 ， 对工程具有一定的影响。岩体结构的最大特点是层理很发育， 其他 的构造弱面主要为层间断层 ， 为一 系列规模很 小的与地层产状接 近 一 致的正断层和 节理 。 总体上来说， 该矿段的岩体地质构造特征主要为层理、 节理、 劈 理和一些次生裂隙， 它们一般延伸较短、 未错动。岩体的变形破坏受 软弱破碎带控制 ， 容易形成 坍塌 、 滑移 ， 还有压缩变形的可能； 水弱化 岩体强度 ， 易诱发岩体 进一步失稳破坏 。矿体 下盘的基底花 岗岩及 片岩、 石英岩等总体上稳定性很好。局部可能出现不稳定的地段是 矿体下盘受剪切的泥质石英岩带。采准巷道垮塌的主要原因是矿体 下盘砾岩和下盘矿体稳 固性差 ， 由采矿 引起的次生应力产生局部应 力集中造成。该区域的地应力主应力方向应为垂直方向。 2 采矿方法的应 用情况分析 从 1 9 7 3年投产以来， 巴鲁巴铜矿好几种采矿方法被应用， 其中 包括 分层充填 法 ， 进路充填法 ， 点柱 充填法 ， 分段崩落法 ， 分段空场 法。 从巴鲁巴的采矿历史上看， 分段空场法是主要的采矿方法。 但是 在生产过程中 ， 随着陡倾 角矿体储量减少而减少 ， 其他的采矿方法比 例在提高。 由于原 L C M 公司把巷道布 置矿体里 ， 很难保持巷道 的完 整性 ， 而且底盘的片岩很难全部密闭而导致尾沙泄露 发现大量的泄漏充 填尾沙淤积在 4 8 0 ml 东部运输道 ，并且大量的矿柱不能回采永久 损失。致使原 L C M 公司在 2 0 0 6年以后停 止使用分层充填法 ， 进路 充填法 ， 点柱充填法等充填 法。分段崩落法成 为原 L C M 时期主 要的 采矿方法。 采矿回收率和贫化率是评价一种采矿方法成功与否的主要指 标，也是关系到一个矿山企业运营能否成功的关键。巴鲁 巴铜矿 2 0 0 4年恢复生产， 到 2 0 0 8年 1 1月再次宣布进入维护期， 总共生产 了5个年头， 5 5个月。期间陡倾角和缓倾角矿体基本是各占5 0 ％， 2 0 0 4年主要是恢复生产和回收残矿， 不能作为正常生产数据 ， 所以 统计指标为 2 0 0 5年 一 2 0 0 8年的， 具体生产指标见表 1 。 从表 1 可以看出， 采矿回收率从 2 0 0 5年的8 3 2 ％降低到 2 0 0 8 年为 6 1 l 7 ％， 明显低于采用相同采矿方法的其他矿山。巴鲁巴铜矿 原采用的分段崩落采矿方法开采的大部分矿体平均厚度为 6 ～1 O 米， 矿体近似水平， 矿体下部与底板围岩接触带是稳定性很差的片 岩， 矿体下部的片岩含铜品位较高， 但是稳定性差， 矿体上部品位较 低， 稳定性较好。由于矿体厚度较小， 只在矿体下盘围岩内掘进一层 凿岩和出矿巷道， 两个出矿巷道之间的三角矿柱无法回收 当矿体顶 板不能及时崩落时， 爆破的矿石抛掷到相邻采空区， 导致矿石损失增 大。 表 1 2 0 0 4 2 0 0 8年巴鲁巴铜矿生产技术经济指标 开采地质矿量 万吨8 7 23 1 3 1 8 1 6 0 ．8 2 1 4 2 A 9 5 2 7 1 开采地质矿量铜品位％ 2 2 9 2 3 2 2 27 2 32 2 3 0 0 8 36 开采地质矿量钴品位％ Q1 8 Q 1 8 Q1 6 G 1 5 1 6 4 1 9 含铜金属量 t 1 9 9 9 1 1 3 1 1 8 5 ．4 3 3 6 5 2 2 ．7 2 3 3 0 1 8 9 7 1 2 0 7 2 6 23 含钴金属量t 1 5 5 0 ．4 9 2 3 5 Q 1 9 2 5 6 1 2 2 2 1 9 1 ．5 0 8 6 5 3 ．4 1 出 矿0 ．0 0 出矿量 万吨1 1 8 5 4 1 4 7 4 1 5 8 6 5 1 3 3 ．7 0 5 5 5 ．6 3 出矿铜品位 ％ 1 A 0 1 3 5 1 3 0 1 3 1 1 3 3 9 5 25 出矿钻品位 ％ Q 1 2 0 _1 1 Q 1 1 Q 1 0 1 1 0 0 ,8 6 出矿钸晗 量t 1 6 6 3 6 ．0 0 1 9 5 8 1 2 8 2 0 6 5 9 3 6 1 7 5 5 1 ．2 1 7 4 4 2 7 ．8 4 出矿 t 1 4 1 1 2 3 1 6 3 5 5 4 1 6 8 7 0 1 3 8 2 3 5 6 1 1 6 7 2 采矿铜回收率 ％8 1 8 6 2 Y9 5 6 5 7 5 1 5 6 1 ．6 5 钾 哆讹 率 ％ 3 8 7 9 4 1 ．7 9 4 2 - 6 6 4 3 ．3 5 4 1 ．7 8 同时由于矿体底盘及矿体底盘外的泥质片岩失稳，加上无序开 采导致的地压增大， 尽管许多矿块掘进完成 ， 但也造成其全部塌落， 致使矿石无法进行开采。如 4 6 0 ml G矿块施工了2 0 0 0多米掘进， 没 有回采就全部塌落， 损失近 5 0万吨矿石量。 从 2 0 0 4年以来， 废石混入率逐渐增高， 主要原因是单分段崩落 法使用比例逐年增高。 为了保持凿岩出矿巷道的稳定性， 凿岩和出矿 巷道布置在矿体底板 6 m 以下的下盘围岩中。由于出矿堑沟内废石 是同矿石一起爆破并且混合出矿， 导致大量贫化； 上向扇形孔凿岩精 度、 项板界限确定的不准确都将导致顶板围岩的混入， 从而加大了贫 化率。2 0 0 5 2 O O 8年废石贫化率高达 4 1 ． 8 ％， 明显高于其他采用 分段崩落法矿山 典型分段崩落法矿山贫化率为 2 5 ％3 5 ％ 。 3现有采矿方法的改进措施 从巴鲁 巴的开采历史数据可以进行分析 ， 2 0 0 4 2 0 0 8年期间， 5 O ％是北翼陡倾角矿体， 地质平均原矿品位 2 ． 3 ％， 实际铜出矿品位 累计 1 ． 3 2 ％； 而目前全部是缓倾角矿体， 地质铜原矿品位 2 ． 1 6 ％， 并 且 2 0 1 0年地质铜原矿品位为 2 ． 0 7 ％，提高采矿技术经济指标的难 度大， 而且， 为了尽快复产， 尽量利用原有的斜坡道、 分段巷及部分没 有完全塌落的凿岩道， 采矿方法基本没有改变， 为此， 但加强以下几 方面工作的管理 3 ． 1分爆分出， 降低贫化， 提高经济技术指标 接管巴鲁巴铜矿以后， 发现 L C M 有些矿块， 掘进基本完成却没 有进行采矿活动，经过调查 ，矿体变化大，凿岩道位于下盘距矿体 61 O m 以外的坚固岩层里， 贫化很大， 出矿品位很低， 所以原 L C M 公司没有进行 采矿 。为了解决此 问题 ，试验应用分爆分 出的采矿 方 法， 提高经济技术指标， 即 一次性施工深孔， 每排深孔分两次爆破， 首先爆破矿体 ， 然后进行出矿。 出矿结束后， 爆破废石， 从出矿点清理 部分废石 ， 其他的废石充填采空区， 如此循环， 直到采场结束。 采用此 采矿方法后， 金属回收率达 5 8 ％， 贫化率 2 9 ．6 ％。 3 _ 2加大探矿程度， 指导开拓施工 根据巴鲁巴铜矿矿体产状变化大的实际情况， 加大探矿力度， 指 导掘进施工。所有的出矿进路只施工 5 m， 然后开始施工探矿工程， 待获得准确的矿体信息后， 再修改采准设计 ， 开始施工掘进工程 ， 所 有的采准工程基本都随着矿体的变化而变化。从 2 0 0 9年几个月的 实践看， 效果明显， 2 0 1 0年将继续坚持， 而且加大东西两头和南部的 探矿， 指导开拓施工。 3 ． 3强化支护技术 针对巴鲁巴的岩性状况，开展支护研究工作，结合岩石力学研 究， 在确保巷道稳固的前提下， 尽量靠近矿体， 提高各项经济技术指 标o 3 ． 4强化质量管理， 特别是深孔和爆破质量管理 ， 因为这两项工 程质量是影响回收率和贫化率很重要的因素 除采矿方法选择以 外 ， 特别在应用扇形孔爆破的矿山尤为重要。 假如深孔质量很差， 装 药、 爆破后， 设计的炸药单耗就不可能实现。爆破结果就是采矿轮廓 线改变， 过度的顶盘和底盘废石混入， 贫化率增大， 降低回收率。 所以 我们强化了深孔管理和质量检测，在深孔施工完成后，马上进行测 量， 确保精度。如果有必要， 在机器离开作业面以前 ， 必须重新施工。 为了减少深孔破碎的可能性， 深孔施工和爆破之间尽量缩短时间。 3 ． 5强化出矿管理和溜井管理， 减少人为贫化和损失 从 2 0 1 0年元月正式复产以来，卢安夏铜业有限公司在采矿条 件比原 L CM差的情况下， 完成了生产计划和复产项目， 而且 1 4月 份出矿品位平均达 1 ． 4 3 ％， 超 L C M历史最好指标， 效果显著。 4 采矿方 法研 究 采矿方法的研究， 势在必行。 随着产能的增加， 管理困难增大， 各 项指标将受到严重影响。必须从根本上解决问题，加大岩石力学研 究， 特别是新开拓的矿块进行新的采矿方法试验， 彻底改变各项经济 技术指标。 图 2 改进的单段空场采矿法 1 顶盘凿岩道； 2 顶盘联络道； 3 切割槽井； 4 一底盘凿岩道 ； 5 一底 盘 分段运输 巷 ； 6 一 出矿进路 ； 7 一 深孔排 面线 ； 8 切 割槽 川 ； 9 矿 体界 线 ； 1 0 一 书m 长锚索 1 1 一 深孔 ； 1 2 一矿柱 结合 巴鲁 巴铜 矿近 4 0年 的开采历史 经验和 高德公 司给 L C M 提议的方案 ， 面对我们 目前的平缓矿体 实际状况 ， 建议试验应用改进 的单段空场 法采矿 图 2 矿体顶盘 施工凿岩道 ， 下 向凿 岩 ； 矿体 底 盘下 6 m 以外施工底盘凿岩道和出矿进路、 中段运输道等， 下向台阶 采矿， 上向崩废石。顶盘凿岩道采用锚索支护， 减少项盘废石塌落混 入 底盘废石高度， 初步确定 5 6 m， 试验改进， 最终确定。采矿顺序 为台阶式推进 顶盘凿岩道崩落矿石一底盘出矿一底盘崩落废石一 出渣 部分 一循环， 剩余的废石就保留在采空区垫底， 提高出矿回收 率。 试验研究的重点， 主要两方面， 一是确定底盘废石的高度， 确保 掘进成型安全及爆破矿体后底盘废石稳固的前提下，巷道尽量靠近 矿体 ； 二是建立地质模型， 研究爆破矿岩的抛掷性， 计算金属回收率。 如果不能达到 目标， 确定是否采用遥控铲运机， 和爆破顺序的确定。 5 结论 巴鲁巴铜矿开采的矿体均为平缓的中厚矿体，矿体底盘围岩破 碎， 节理构造发育。通过对原 L MC公司采矿的技术经济指标分析发 现， 由于原公司的采矿方法选择不当以及底盘围岩破碎， 致使其采矿 技术经济指标连年下降。针对此种情况， 目前主要是在原 L MC公司 的原有开拓工程基础上， 采用分爆分出的崩落法进行开采， 满足现阶 段矿石开采需求。 为确保矿山安全高效开采， 需要进一步合理选择采 矿方法、 加强围岩支护结构、 强化矿山的损失贫化管理， 为此提出采 用改进的单段空场采矿方法，为提高矿床开采的各项技术经济指标 奠定基础。 1 8 4