龙门县茶排铅锌矿采矿方法研究.pdf

总第 1 5 7期 2 0 0 7年 8月 南方金属 S O UT HE RN ME T A L S S u m．1 5 7 A u g u s t 2 0 0 7 文章编 号1 0 0 9 9 7 0 0 2 0 0 7 0 4 0 0 2 3一 o 4 龙门县茶排铅锌矿采矿方法研究 谢 世强 广东省冶金建筑设计研究院， 广东 广州 5 1 008 0 摘要 通过对龙门县茶排铅锌矿矿床开采技术条件的深入分析、 研究， 结合矿山过去的生产实践 ， 提出适合该矿 应用的采矿方法． 关键词 岩溶堆积； 泥巴矿； 高分段进路崩落采矿法 中图分 类号T D 8 0 3 文献标识码 B A n e w mi n i n g me t h o d f o r Ch a p a i l e a d z i n c mi n e s i n Lo n g me n Co u nt y X I E S h i Q i a n g G u a n g d o n g M e t a l l u r g y a n d A r c h i t e c t u r a l D e s i g n I n s ti t u t e ， G u a n g z h o u 5 1 008 0 ，G u a n g d o n g Ab s t r a c t A n e w mi n i n g me t h o d s u i t a b l e f o r C h a p a i l e a d - z i n c mi n e s i n t o n g me n C o u n t y，Gu a n g d o n g ，i s p r o p o s e d i n t h e p a p e r ，b a s e d o n a c o mp r e h e n s i v e i n v e s ti g a ti o n o f t h e t e c h n i c al c o n d i tio n s a n d p r odu c ti o n e x p e r i e n c e o f t h e mi n e s ． Ke y wo r d s k a r s t s t a c k；mu d mi n e r al；mi n i n g me thods b y s t e p p e d c o l l a p s e 1 引言 龙门县茶排铅锌矿位于广东省惠州市龙门县县 城 1 6 0 。 方向， 直距 1 7 k m处，茶排铅锌矿区位于龙 门凹陷南东的龙门向斜南翼， 钯头山背斜的北西翼， 区域大塘断裂 F 1 逆断层 呈北东 一 南西向斜贯矿 区．由于岩溶作用的结果， 形成岩溶堆积型铅锌矿 床． 在形成矿床的同时， 也造成大塘断裂上盘盖层 大面积陷落， 沿断裂带形成一条北东 一 南西向带状 展布的， 长 2 5 0 0 m， 平均宽 2 9 5 m的岩溶陷落带． 陷落带自 上而下由岩溶塌陷盖层 T x ， 混杂堆 积层 Q p 眦 ， 岩溶堆积层 Q p y r 组成 ， 是本 区岩溶 堆积型铅锌矿体唯一赋存层位．其产于基底灰岩表 面之上 ， 矿体形态、 产状及厚度与基底灰岩岩溶地形 的起伏相关．其中I 号矿体为开采对象． I 号矿体呈层状、 似层状呈北东4 5 。 方向展布． 平面上呈南西宽大， 北东狭长的带状， 长1 1 1 8 llrl ， 平 均宽 1 4 1 m， 总平均厚度 1 4 ． 5 1 m ．I 号矿体无论纵 横和水平方向， 品位、 厚度的变化都较均匀， 夹砂 ， 品 位变化系数 9 0 ％， 厚度变化系数 8 2 ％， 均属形态较 规则， 品位、 厚度较稳定的层状 一 似层状矿体．矿石 工业类型有硫化矿、 混合矿和氧化矿三种， 矿体在空 间剖面上多数出现硫化矿产于顶部， 上部或中部为 混合矿， 下部为氧化矿的反向分布规律． 2 矿床开采技术条件及水文地质条件 本矿矿体大部分埋藏于砂岩、 页岩和第四系洪 冲积层之下， 平均埋深 3 9 m， 最深达 1 3 6 m ．另外， 本矿床矿体主要储量都埋藏于地下水位以下， 深度 一 般都在地下水水面4 0 m之内， 最深位于地下水面 4 0～ 1 2 0 m， 对矿床开采造成较大困难． I 号矿体属于岩溶堆积型矿体， 矿体赋存于岩 溶堆积层中， 该地段岩性结构松散， 呈可塑 一硬塑 状， 矿体顶板主要为砂岩、 页岩及部分第四系洪冲积 层． 顶板围岩破碎， 裂隙发育， 地层产状变化大， 均 为不稳定顶板．矿体底板多为岩溶堆积层， 结构松 散 ， 稳定性差． 矿岩机械物理参数矿石体重 氧化矿 d 2 ． 0 4 t ／ m ； 混合矿 d1 ． 9 3 t／ m ； 硫化矿 d 1 ． 8 2 t／ m ． 普氏硬度系数 矿石厂 4 8 ； 围岩 灰 收稿 日期 2 0 0 7 0 3 2 0 作者简介 谢世强 1 9 6 8一 ， 男， 1 9 9 1 年毕业于昆明理工学院采矿专业， 工程师 维普资讯 南方金属 S 0 U T H E R N M E T A L S 2 0 0 7年第 4期 岩 81 0 ； 页岩 f 2～6第 四系洪冲积层 f 0 ． 5 ～ 1 ． 矿石松散系数 K 1 ． 4～ 1 ． 8 ．矿石自然安 息角 a 3 8～ 4 O 。 ． 根据地下水的赋存条件、 水理性质及其水力特 征， 矿区内地下水类型可分为三大类 ， 即松散岩类孔 隙水、 碳酸盐岩类裂隙溶洞水和基岩裂隙水． 松散岩类孑 L 隙水 分布于洪冲积平原 区， 含水层 岩性为第四系砂砾、 细砂、 碎屑粘土， 根据其成因可 分为 1 第四系洪冲积层松散岩含水层 ， 分布于洪 冲积平原区， 含水层岩性 主要为砂砾 、 细砂 、 砂砾粘 土， 层厚2 ～ 1 2 m， 富水性贫乏． 2 第四系混杂堆积 层及岩溶堆积层松散岩含水层， 分布于岩溶塌陷带 北西缘和岩溶塌陷覆盖层之下 ， 富水性贫乏． 碳酸盐岩类裂隙溶洞水 岩溶水 裸露型岩溶 水仅分布于矿区上罗洞东南侧岩溶孤峰． 富水性贫 乏．其余地段岩溶水被第四系洪冲积层或混杂堆积 层或岩溶堆积层覆盖， 含水层岩性为石磴子组灰岩， 岩溶水赋存于灰岩裂隙溶洞中， 富水性不均一， 与岩 溶发育程度密切相关． 基岩裂隙水 广泛分布于丘陵区．按成因类型 又可分为如下类型 泥盆纪 一 石碳纪帽子峰组砂页 岩裂隙含水层 1 分布于矿 区东南部丘陵 区， 由粉 砂岩、 细砂岩、 页岩组成． 2 石炭纪大赛坝组砂页岩 裂隙含水层 分布于矿 区东北角丘陵区， 未见泉水出 露， 为富水性中等． 3 石炭纪测水组砂页岩夹夹煤 层裂隙含水层 分布于矿区西部和北部丘陵区， 地表 泉水出露少， 为富水性贫乏． 4 石英斑岩裂隙含水 层 小面积分布矿 区东部 ， 岩石裂隙不发育 ， 为富水 性贫乏． 盆地周边的基岩裂隙水接受大气降雨补给后， 向盆地方向运移 ， 一部分以泉的形式排泄于盆地内， 另一部分以潜流的形式补给松散岩类孔隙水和碳酸 盐岩类裂隙溶洞水， 此类水循环交替强烈．在天然 状态下 ， 主要受降雨的影 响， 具有季节性周期 ， 在矿 区开采排水疏干的情况下 ， 矿区及 附近地下水位变 化不仅受气象因素 的影响， 更受矿场排水疏干程度 的影响． 本矿床矿体主要储量都埋藏于地下水位以下． 矿床充水因素来 自矿床底板及侧向岩溶水 、 覆盖层 裂隙水及地表水．由于矿体产于岩溶堆积层中， 覆 于灰岩溶蚀面之上， 东部为第四系洪冲积层覆盖， 西 部隐伏在岩溶塌陷盖层之下， 因此矿床的含水性除 具有岩溶堆积含水层的特点之外， 因矿体是岩溶堆 积层中的一部分， 同样也是一个含水性强而导水性 弱、 由碎屑粘土和金属矿物组成的孑 L 隙饱和水的含 水层． 矿床不但受岩溶水的影响， 同时还受结构裂隙 水、 地表水和大气降雨垂直渗入的影响， 故矿区水文 地质条件属复杂的岩溶充水矿床． 综上所述， 本矿床开采技术条件属复杂类型． 3 高分段进路崩落采矿方法的研究和 实践 矿床开采技术条件直接影响采矿方法的选择． 而矿山企业的经济效果， 则主要取决于采矿方 法的正确选择 与设计．采矿方 法是矿 山开采 的核 心 ， 是开采技术的关键 ， 正确的采矿方法应能满足安 全、 合理的采矿强度、 优越的经济效果和资源的充分 利用．具有粘结性的” 泥巴矿”， 在生产 中往往给生 产造成危害， 在生产的各个环节都应给予充分重视． 矿山生产实践证 明 决定开采工作安全与否的， 主要 不是矿床的地质条件， 而是采矿方法及其主要构成 要素的选择是否正确， 而各种采矿方法只有在它适 应的条件下使用才是安全的． 龙门县茶排铅锌矿岩溶矿体是赋存于灰岩溶蚀 面之上， 呈波状起伏的似层状矿体； 产于岩溶漏斗的 矿体， 呈弯月形相向倾斜， 倾角 2 O～ 4 7 。 ； 产于岩溶 斜坡上的矿体 ， 则呈中等单向倾斜， 倾角 2 O一 4 5 。 ． 矿体沿走向波状起伏最大倾角 5 O～ 6 O 。 ， 矿体的形 态产状与矿体底板灰岩顶面起伏密切相关， 矿石平 均品位 P b 3 ． 1 0 ％ ； z n 9 ． 4 9 ％． 在划定的开采范围内， 浅部矿体已采空， 原有的 地表岩溶塌陷带已下沉或塌陷．残留的矿体均埋藏 于地下水面以下； 同时， 矿体赋存在由粘土、 碎屑和 块状矿石组成的岩溶堆积层中， 矿体及直接顶、 底板 均属松软或松散的极不稳固的土岩．矿石含泥率较 高， 约为 1 9 ． 1 6 ％ ～ 4 7 ． 5 5 ％， 粘结性较强； 矿石饱含 地下水 ， 难 以疏干汲取 ， 导水性差 ， 湿度高达 1 0 ％ ～ 3 0 ％； 过去生产实践证明， 在矿体内的木支架地压较 大而折断或下沉．可见， 本矿床开采技术条件属复 杂类型． 根据矿床复杂的开采技术条件以及矿山过去的 生产经验， 为确保生产安全， 只宜采用崩落类采矿方 法．若采用分层崩落法 ， 不仅坑木消耗量大 ， 而且因 维普资讯 总第 1 5 7期 谢世强 龙门县茶排铅锌矿采矿方法研究 为矿体为岩溶堆积型矿体， 含泥率大， 湿度高， 粘结 性强 ， 具有“ 泥巴矿” 性质 ， 所 以采场溜矿难度大 甚 至可能失败 ， 这将直接影响其推广应用； 考虑到矿 体地压大易下沉的特性， 并结合原矿山过去的生产 W 实践经验， 对主要矿体宜采用高分段进路崩落采矿 方法 类同于高分段无底柱分段崩落法 ， 局部缓倾 斜薄矿体可采用壁式陷落法进行回采． 高分段进路崩落采矿方法见图1 ． 注 l 一中段环形运输平巷 在地质Q 层中为不完全棚子 密集支 护 2 0 X2 ． 2m； 2 一 回风 ，行人 上山 必须设在基岩 中 2 0 X2 ．2 m； 3 一回采出矿进路 完全棚子密集支护 2 ． 0 X 2 , 2 m； 4 6 0 0 轨距 转盘 说明 l 、采回顺序 自上而下按分段 回采 、从西往东退采 2 、每日 三班作业，每条进路每17 出矿能力约为3 0 t ， 以人力挖采出矿为主，局部辅以穿爆落矿。 3 、每条进路每H采准出矿8 ～ l o t 。 图 1 高分段进路崩落采矿方法 1 矿块构成要素 根据矿体赋存特点， 采场进 现， 如此循环进行回采． 根据工艺要求， 为了控制地 路垂直矿体走 向布置， 分段高 2 0 m， 进路间距为 压活动， 上中段应超前下中段回采采场 5 0 6 0 In ． 8 m， 进路断面规格为 2 ． 02 ． 2 m， 回采进路为完全4 采场支护及顶板管理 回采 出矿进路采用完 棚子密集支护．沿矿体走向， 约于水平分段矿层中 全棚子密集支护．工作面处出现悬顶， 必须采用炸 心线处将分段矿体分为南北两部分， 交错布置回采 药包爆破落顶 即强制落顶 ． 进路， 控制进路长6 0 8 0 m ． 根据矿块构成要素及回采工艺， 经计算， 本矿综 2 采准切割工作 于环形运输平巷， 垂直矿体 合回采率约为8 0 ％， 贫化率约为 2 0 ％； 按每日三班 走向， 向矿体掘进进路， 随掘随架设完全棚子密集支 作业， 则每条进路出矿能力约为 3 0 t ／ d ， 每条进路采 护， 并按长 3 4 i n 铺设移动轨道． 准出矿 81 0 t ／ d ．出矿 品位为 W P b 2 ． 4 8 ％ ； 3 回采工作 采用后退式 回采， 工作面以人力 Z n 7 ． 5 9 ％． 挖采装车为主， 局部辅以爆破落矿， 直至出现废土岩 此外， 在矿山生产过程中可根据矿体及顶底板 再退采； 退采步距 2 m内的支架需砍断或撤除， 并加 稳固程度和生产实践调整矿块各部结构尺寸， 使其 固靠前面的 l一2副支架 ， 尔后 再 出矿至废土岩 出 安全、 经济 、 高效． 维普资讯 南方金属 S 0 唧E R N ME T A L S 2 0 0 7年第4期 4 结语 矿山的资源开发取决于资源 的储量价值 、 矿石 品位高低及开采成本等． 在具体进行矿段划分及矿 块设计时， 应采用投入产出理论进行论证 比较 ， 不仅 要保证技术方案的可行性和安全性， 也要保证方案 的经济合理性． 该主要采矿方法的采场高度较其它方法低， 属 单分段无底柱回采， 进路暴露面积小， 作业安全．但 是在矿山生产过程中仍要加强管理 ， 通过试采 ， 总结 经验， 调整参数， 逐步推广．在实践中不断总结， 综 合研究， 探索出一套与之相适合的采矿方法， 力保矿 山持续、 稳定、 快速、 健康发展． 参考文献 [ 1 ] 解世俊．金属矿床地下开采[ M] ．北京 冶金工业出 版社， 1 9 8 9 ． [ 3 ] 采矿设计手册编写组．采矿设计手册[ M] ．北京 中 国建筑工业出版社 ， 1 9 8 7 ． 上接 第2 2页 条件如下 I ． 4≤B≤2 ； I ． 6≤H1 ≤2 ． 0； I ． 4≤H 2 ≤ 1 ． 9； 0 ． 1≤ R1 ≤0． 4； O ． 0 5≤ R2 ≤ 0 ．1 5； 0． 4≤ R3≤ 1； 1 ≤T ≤1 ． 5 ； I 盯 一 I ≤4 9 MP a ； U m a x ≤l e一 3 ． 4 ． 4 优化后和优化前的比较 经过2 o 次迭代求的优化解．优化方案与初始方 案的参数与性能比较见表 1 ． 优化后机架纵向变化和 体积变化见图7 和图8 ， 优化后变形如图9 所示 ． 优化方案的立柱、 横梁的截面都变小， 上过渡圆 角的半径有所增加， 最大应力有所减小， y方 向的变 形量增加了2 1 ％， 机架体积减少了2 8 ． 8 ％， 从结果 上看， 我们设计时可增加机架的内过渡圆角， 这样可 表 l 优化方案与初始方案的参数与性能比较 图7 机架纵向变形■的变化 图 8 机架体积的变化 圈9 优化后的变形 以减少应力的集中， 还可以适当的减小地脚板到下 横梁下表面的距离． 参考文献 5 小结 [ 1 ]邹 家 祥 ．冶金机械设计理论[ M] ． 北京 冶金工业出版 本文应用有限单元法对机架进行应力分析， 较 社， 1 9 9 8 为准确地找出了机架应力分布规律， 为优化设计提 [ 2 3 臧 勇 实 用有限 单元法[ M ] 北京 北京科技大学出 供了数学模型 ， 进一步的优化设计为机架改造方案朊【土， 9 9 实施提供了理论 E的依据． 维普资讯