复杂难采硫化铅锌矿体高效采矿方法研究.pdf

第 6 8 卷第 1 期 有 色 金 属 矿山部分 2 0 1 6 年 1 月 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 - 4 1 7 2 ． 2 0 1 6 ． 0 1 _ 0 0 2 复杂难采硫化铅锌矿体高效采矿方法研究 杨清林 ， 孙德宁 ， 于政海 ， 张镇洋 1 ．八家矿业股份有限公司， 辽宁 葫芦岛 1 2 5 3 1 6 ； 2 ．东北大学 资源与土木工程学院 深部金属矿 山安全开采教育部重点实验室， 沈阳 1 1 0 8 1 9 摘要 针对叁沟矿缓倾斜 中厚 矿体 的赋存条件 ， 提 出了设 回收进路的无底柱分段崩 落法 ， 详 细介 绍了该种采 矿方法的结构参数和回采工艺 。研究结果 表 明， 设 回收进路 的无底柱 分段 崩落法 能够较好 地适应 缓倾斜 中厚矿 体 ， 且 生产工艺简单 、 机械化程度 高、 生产效率 高、 成本低 、 经济效益显著 。 关键词 缓倾斜 ； 中厚矿体 ； 硫化铅锌矿体 ； 无底柱分段崩落法 中图分类号 T D8 5 3 ． 3 6 文献标志码 A 文章编号 1 6 7 1 - 4 1 7 2 2 0 1 6 0 1 0 0 0 6 0 3 S t u d y o n e f f i c i e n t mi n i n g me t h o d o f c o mp l i c a t e d a n d d i f f i c u l t mi n i n g Pb - Zn S u l f i d e 0r e Bo d y YANG Qi n g l i n ，S UN De n i n g ，YU Zh e n g h a i ，Z HANG Z h e n y a n g 1 ． B a j i a Mi n i n g Co ．，Lt d ． ，Hu t u d a o L i a o n i n g 1 2 5 3 1 6 ，Ch i n a ； 2 ．Ke y La b o r a t o r y o f M i n i s t r y o f Ed u c a t i o n o n S a f e M i n i n g o f De e p M e t a l M i n e s ， Co l l e g e o f Re s o u r c e s a n d Ci v i l E n g i n e e r i n g，No r t h e a s t e r n Un i v e r s i t y，S h e n y a n g 1 1 0 8 1 9 ，Ch i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e c o n d i t i o n o f s l o wl y i n c l i n e d me d i u m t h i c k o r e b o d y i n S a n g o u Mi n e ，t h e me t h o d o f s u b l e v e l c a ving wi t ho u t f l o o r p i l l a r t O s e t u p r e c ov e r y r o u t e a r e pr op o s e d ． At t he s a me t i me ，t h e s t r u c t u r e p a r a me t e r s a n d mi n i n g pr o c e s s e s o f t h e me t h o d a r e i n t r o d uc e d i n de t a i l ．Th e s t u d y s ho ws t h a t t he me t h o d o f s u b l e v e l c a v i n g wi t ho u t f l o o r pi l l a r t O s e t u p r e c o v e r y r o u t e c a n b e t t e r a d a p t t o t h e s l o wl y i n c l i n e d me d i u m t h i c k o r e b o d y ，a n d t h e p r o c e s s i s s i mp l e ．Th e me c h a n i z a t i o n d e g r e e a n d p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y i s h i g h wi t h l o w c o s t ．At l a s t ，t h e e c o n o mi c b e n e f i t i s r e ma r k a b l e ． Ke y wo r d s s l o wl y i n c l i n e d；me d i u m t h i c k；Pb Zn s u l f i d e o r e b o d y ；s u b l e v e l c a v i n g me t h o d 缓倾斜 中厚矿体开采一直是世界性的难题 ， 这 类矿 体通 常为倾 角 5 。 ～ 3 O 。 、 厚度 4 ～ 2 O m 的矿 体[ 1 q] 。而硫化矿床 由于赋存大量的硫 ， 矿石流动 性差 ， 更 给开采 造 成 困难 。八 家 矿 业股 份 有 限 公 司 叁沟矿属于矽卡岩接触交代 多金属硫化铅锌矿床 。 一 3 6 0 m 中段Ⅳ号矿体是一条缓倾斜硫、 铅锌多金 属矿体 ， 矿体赋存在 白云岩和石英砂岩接触带上界 线明显， 位于 1 6线至 1 8线， 倾角 1 5 。 ～3 O 。 ， 局部倾 角能达到 6 0 。 。矿体走向 2 3 5 。 ， 倾 向 3 2 5 。 ， 矿体长度 1 0 0 I T I 。一3 6 0 m 中段矿体水平厚度平均为 3 5 m， 垂直平均厚度为 1 5 ～2 6 m， 矿体在空 间上变化较 大 。工程揭露显示矿体较松软。 通过穿脉揭露看 ， 矿体顶板构造明显 ， 构造比较 发 育 ， 构 造延 伸较 远 。底板 是 白云质 和碳质 页岩 ， 顶 作者简介 杨清林 1 9 6 3 一 ， 男 ， 工程师 ， 采 矿工程专业 ， 主要从事金 属矿山采 、 选安全生产管理工作 。 板是石英砂岩和石英粉砂岩， 局部有脉岩和绿泥石 带 。通过工程揭露来看 ， 顶板有 3条长 2 0 m 的破碎 带 ， 顶 板较破 碎 ， 底 板 岩石稳 固 。 叁沟矿原对于该段矿体采用垂直上向分层分条 尾砂 胶结充 填法 方案 开采 ， 但 自形 成设 计方案 以来 ， 存在诸多未能解决的缺陷 1 由于顶板不稳固， 铲运 机在空场条件下出矿 ， 安全条件差； 2 尾砂胶结充填 工 艺复 杂 ， 成 本较高 ， 约 占采 矿直 接 成本 的 5 0 ， 浅 孔 落矿 ， 矿块 生产 能力 低 ； 3 回采 率 不 高 ， 顶底 柱 所 占矿石比重大， 约为 3 O ， 且回收困难 ， 若提高顶底 柱回收率 ， 必须在每分段建设混凝土人工假底 ， 成本 过高 。为 最大 限度 利用 原 有 的 采准 切 割 工程 ， 提 出 设回收进路 的无底柱分段崩落法 。 1 缓倾斜矿体无底 柱分段崩 落法的开 采 问题 无底柱分段崩落法具有结构简单、 生产效率高、 第 1期 杨清林等 复杂难采硫化铅锌矿 体高效采矿方 法研究 7 采矿成本相对较低、 易于实现标准化 、 安全性好、 地 质条件 合适 时可 剔 除夹 石 和进 行 分别 出矿 等 优 点[ 4 ] 。 目前我国采用无底柱分段崩落法采出的矿 量 ， 地 下铁 矿 山 占采 出矿 石 总 量 8 O 以上 ， 有 色 金 属矿山约占 3 5 [ 7 - 8 ] 。一般情况下 ， 无底柱分段崩 落法适用于急倾斜厚矿体 的开采。但随着几 十年的 开采 ， 这 种理 想 矿体 越 来 越 少 ， 近年 来 ， 无 底 柱分 段 崩落法也被尝试运用到缓倾斜矿体 的开采 中 。 缓倾斜中厚矿体 中采用无底柱分段崩落法开采 面临的最主要难题是 ， 当进路垂直矿体走向布置时 ， 上下盘形成的三角矿体 回收问题[ 1 ， 这部分矿体矿 量 约 占到整 个 分 段 矿 量 的 2 O ～ 5 O 。在 开 采 过 程 中， 由于 矿体 倾 角缓 ， 采用 垂直 扇形 孔会 造 成矿 岩 混采现象 。因此， 保证 三角矿体 的回收成为缓倾斜 矿体应用无底柱分段崩落法成 功的关键 。所以， 有 必要研究无底柱分段崩落法开采缓倾斜 中厚矿体 ， 上下盘残留矿石合理回采工艺及降低矿石损失贫化 的技术 ， 以使无底柱分段崩落法成功运用于缓倾斜 中厚矿体的开采。 2 缓倾斜矿体 无底柱 分段 崩落法结构 参数 采用无底柱分段崩 落法开采缓倾斜矿体时 ， 由 于倾角缓 ， 在倾向上沿上下盘矿岩边界 ， 有相当部分 的矿体上下错位 ， 即所谓的三角矿 ， 在开采时将形成 矿岩 相混 的现 象 ， 如 图 1 所 示 。 图 1 缳 倾 斜 中 厚 矿 体 上 下盘 混 采 范 围 Fi g ．1 The r an g e o f mi x e d mi n i ng i n h a ng i n g wa l l a n d f o o t wa i l o f ge nt l e d i pp i n g a n d me di um‘ t hi c k ne s s o r e b o d y H一分段高度 ； L 一矿体水平厚度 ； a 一矿体倾角 如 图 1所示 ， 混 采矿 量 主要 以下 盘三 角矿 为 主 ， 下盘矿体混采所 占比例 主要 与矿体倾角 n 、 分 段高度 H 及矿体水平厚度 L 有关。分段矿体混 采的比例可 以通过式 1 计算 s 一 x l O O ％ 一 l O O ％ 1 按叁沟矿Ⅳ号矿体 平均倾角 为 3 O 。 、 矿体平 均 水平厚度为 3 5 m 计算 ， 不同分段高度条件下 ， 下盘 三角矿量的混采比例如表 1 、 图 1所示 。可 以看出， 在 Ⅳ号矿体平均倾角和水平厚度下 ， 若保证分段高 度在 6 r n的情况下 ， 混采 比例 只有 2 0 ． 2 ， 因此采 用无底柱分段崩落法较为可行 。一般来讲 ， 进路 间 距应略小于分段高度 ， 由于现有充填法采场采准工 程已基本布置完毕， 分段高度 7 m， 进路 间距 6 m， 因此 综 合考 虑矿 石 回采 比例 和 充 分 利 用 现有 巷 道 ， 确定 无 底柱 分段 法分 段高 度 7 m， 进 路 间距 6 m。 表 1不同分段高度条件下下盘三角矿量的混采 比例 Ta bl e 1 The mi x e d mi ni n g r a t i o of t r i a n g l e o r e q ua n t i t y i n l o we r wa l l u nd e r d i f f e r e nt s u b l e ve l h e i g ht s 桑 ／‘ ． ／ 一 。 ，／ 三 一一 一一 一．． ■ 一一 分段高度／ m 图 2不 同分段 高度条件下矿石混采率 Fi g ．2 Th e m i x e d m i ni ng r at i o o f or e u nd e r di f f e r e nt h e i g ht s 由表 1 、 图 2可以看出， 分段矿量的混采 比例 随 分段高度 的降低而减小 ， 随矿体倾角及矿体 水平厚 度增加而增大。水平厚度的增大可在一定程度上减 小混采率 ， 但倾 角对混采率 的影响最大。当倾 角达 到 5 O 。 时 ， 在各分段高度上都保持最小的混采率 ， 当 倾角为 2 O 。 ， 即使水平厚度达到 5 O m 时， 在 6 m 的 分段高度下 ， 混采率仍然达到 3 2 ． 9 。由于Ⅳ号矿 体倾角和厚度变化大 ， 当倾角较缓 ， 厚度不大时 ， 单 纯 靠减小 分 段高 度 ， 并 不 能 大 幅度 减 少 混 采 率 和矿 石 残 留量 ， 必须改 变传 统 的无底 柱分 段崩 落法 工艺 ， 以提高矿石 回采率。 3 缓倾斜矿 体无底 柱分段崩 落法回采 工 艺 3 ． 1 在矿体下盘设置回收进路 为充分回收矿体 下盘矿石， 缓倾斜无底柱分段 崩落法的主要特点是， 需要在矿体下盘掘进 回收进 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 0 、 埒眯赠 8 有 色 金 属 矿山部分 第 6 8 卷 路 ， 综合考虑回采率和经济因素 ， 回收进路的回采边 界设在每一分段顶底板矿岩各半 的位置， 根据叁沟 矿多年的生产经验， 硫矿石的 自然安息角为 5 5 。 ， 为 降低岩石混入率 ， 提高矿石 回收率和尽可能地降低 切岩成 本 、 转 段矿 量 ， 确 定 回采进路 和 回收进路 的边 孔角为 6 0 。 。总 的来讲 ， 回收进 路不宜采用大结构 参数 ， 因回采进路和回收进路为同一条进路 ， 回收进 路主要结构参数与回采进路相同， 如图 3所示 。 图 3回收进路布置形式 Fi g． 3 Th e l a y o ut f o r m o f r e c o v e r y d r i f t 3 ． 2 增 大矿体 下 盘崩矿 步距 无底柱分段崩落法放矿时矿石移动规律， 主要 受分段高度 H、 回采进路 间距 B和崩矿步距 L影 响 ， 在 H、 B不变的情况下 ， 增大 L可使上部松散介 质提前到达放出 口， 减少靠壁残 留体 。根据缓倾斜 中厚 矿体 下盘 矿石 在 岩石 上 方 的 特点 ， 增 大 放 矿 步 距 可使矿 石提前 到 达放 出 口， 以减少废 石放 出量 ， 提 高矿石回收率 。因此确定正常 回采 时崩矿步距为 1 ． 5 m， 而回收进路 的崩矿步距为 2 ． 5 h a_ 。 3 ． 3最 末分 段 的矿 石 回收 最 末 分段 ， 为 了 回采 回收 进路 开 边界 外 存 留的 脊 部残 留矿 石 ， 可 从 最末 分 段 水 平 掘斜 坡 至 上 分段 水平 后 ， 改 为水 平 掘 进 ，在 上分 段 的两 条 进 路 中 间 布置回收小进路 ， 以回收桃形矿柱和脊部残留矿体， 并 与联巷 和矿石 溜 井 相 通 ， 如 图 4所示 。这 样 设 置 进 路 的优 点是 避免 在下 分段水 平布 置 回收进路 时 ， 开掘和放 出大量岩石， 并且能很好地 回收残 留矿石。 4 结 论 针对 叁沟 矿 Ⅳ号缓 倾 斜 中厚 矿 体 ， 提 出采 用 无 底柱 分段崩 落法 开采 ， 为 提高 回采 率 和最 大 限 度 地 利用原有充填法采准工程 ， 确定采用小结构参数， 分 图 4 最末分段小 回收进路布置 Fi g ． 4 The l a y o u t f o r m o f l i t t l e r e c o v e r y d r i f t i n t h e b o t t o m s e c t i o n 段高度 7 m， 进路间距 6 n 2 ， 加之在矿体下盘设置 回 收进路 ， 和增大崩矿步距等多项技术措施 ， 可使回采 率 达 到 8 0 ， 由于 回采 进 路 采 用 低 贫 化 放 矿 ， 回收 进 路采 用截止 品位 放 矿 ， 可 大 幅度 改 善 矿 石 回收 指 标， 使贫化率控制在 2 0 以下 。同时 由于无底柱分 段崩落法结构简单 ， 机械化程度高 ， 可大幅度提高矿 块生产能力 ， 降低 出矿成本。较之原有 的上向分层 分条 尾砂胶 结充 填 法 ， 仅 该 中段 的充 填 费用 就 可 节 约 5 0 0多万元 ， 经 济效益显著。此外 ， 采用崩落 法 后 ， 铲运机在进路里装矿 ， 安全性更好 。 参 考 文 献 [ 1 ] 黄胜生．国内外缓倾斜中厚矿体采矿方法 现状[ J ] ．矿业研究 与开发 ， 2 0 0 1 4 2 2 2 4 ． [ 2 ] 尹升华 ， 吴爱祥．缓倾 斜 中厚 矿体 采矿方 法现 状及发 展趋 势 [ J ] ．金属矿山 。 2 0 0 7 7 1 0 1 3 ． [ 3 ]王青 ， 任风玉．采矿学 [ M] ．2版．北京 冶金工业 出版社 ， 2 01 3 2 8 0 2 8 2 ． [ 4 ] 解世俊．金属矿床地下 开采[ M] ．2版．北京 冶金工 业出版 社 ， 2 0 1 4 2 0 0 2 1 8 ． [ 5 ] 采矿手册 编辑委员会．采矿手册 采矿手册 第 四卷[ M] ．北 京 冶金工业 出版社 ， 2 0 0 8 3 1 6 3 2 4 ． [ 6 ] 李元辉 ， 孙豁然 ， 刘 炜 ， 等．矿体下 盘岩石最佳 开掘 高度的确 定[ J ] ．东 北大 学学 报 自然科 学版 ，2 0 0 4 ， 2 5 1 2 1 1 8 7 11 9 O ． E 7 3陶干强 ， 任风玉 ， 刘振东 ．随 机介质放矿理 论的改进研 究[ J ] ． 采 矿与安全工程学报，2 0 1 0 ， 2 7 2 2 3 9 2 4 3 ． [ 8 ] 刘兴 国， 张国联 ， 柳小波．无底 柱分段崩 落法矿石损失 贫化分 析E J 3 ．金属矿 山，2 0 0 6 1 5 3 6 o ． [ 9 1 雷 刚， 张志贵 ， 陈星明．缓倾斜 中厚矿体无底 柱分段崩落法矿 石 回收特点及 回收工艺研究 [ J ] ．化工矿物与加工 ，2 0 1 4 9 1 7 2 O ． [ 1 O ] 孙文勇 ， 陈星明， 王 伟．缓 倾斜 中厚矿体无 底柱分 段崩落 法 下盘残 留矿石合理 回采工艺研究[ J ] ．金属矿山 ， 2 0 1 4 2 1 2 1 7 ． [ 1 1 ] 王喜兵．无底柱分段崩落法 在邯邢矿 山的应用实践口] ．金属 矿 山 ，1 9 9 9 6 l 1 1 4 ．