巴鲁巴铜矿采矿方法的优化研究(1).pdf

第 9卷第 3期 2 0 1 1年 6月 矿 业 工 程 M i ni n g Eng i n e e r i ng 2 7 矿 物开采 巴鲁 巴铜矿采矿方法的优化研究 李 占炎 中色集 团卢安 夏铜 业有 限公 司 ，北 京 1 O 0 0 8 2 摘要 简述了 巴鲁 巴铜矿 的开采 历史及地 质状况 ，详细分 析 了原公 司 L C M 各项 采矿经 济技术 指标低 下 的原 因。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 了基础 。 关 键词 巴鲁 巴铜矿 ；采矿方法 ；空场采 矿法 ；分爆分 出 中图分类号 T D 8 5 3 文献标识码 A 文章 编号 1 6 7 1 8 5 5 0 2 0 1 1 0 3 0 0 2 7 0 3 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 巴铜钴矿位于 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 ～2 0 0 4年 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 1 9 9 6年累计采出矿石4 3 5 3 万 t ，含铜金属量为 7 5 万 t ，含钴金属量 为 5 ． 8万 t ；2 0 0 4 ～2 0 0 8年 采 出矿石 6 3 4万 t ，含铜金属 量 8 ． 3万 t ，含钴 金属 量 6 8 8 0 t 。估计 投 产 以 来 累计采 出矿石 量达5 5 0 0 万 t 以上 ，含铜金属量 9 O万 t 以 上 ，含钴金属 量 7万 t以上 。该 矿历 经 了 3 7年 的 采矿 历 史 ，采矿量超5 5 0 0 万 t ，剩余资源全部 为平 缓矿体 。 t ． 2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 8 0 0 r n 的缓倾角 区。因此 ，可将矿体划分为 陡倾 角区北翼，缓倾 角区一 中部 向斜 底部和南翼 ，北翼矿 体倾 角 4 5 。 ～9 O 。 ，倾 向南西 2 1 0 。 。缓倾 角区一 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 0 。 。次一级背斜 使向斜轴部矿体抬升 了 2 5 0 i n 。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 1 斑 铜矿一黄铜矿混 合带 富矿带 ，一 般厚度 2 m，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 品位约 3 ，钴 品位约 0 ． 2 ；2 黄 铜 矿一硫铜钴矿带 ，一般厚 度 1 0 0 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 ． 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 一黄铜 矿混 合带 ，一 般厚 度 2 m，最大 可达 6 m，岩 性为含透 闪石 的 白云质 片 岩 ，含 全 铜 品位 一般 约 达 3 V oo ， 钴品位 约 0 ． 2 。该 岩层 比较 软 、破 碎 、稳定 性 差 ，完 整 岩石单轴抗压强度5 0 MP a 。靠上盘是 贫矿带 从 黄铜矿 一 硫铜钴矿带过渡到黄铜矿 一黄铁矿带 ，黄铜矿一硫铜钴 矿 带厚一般4 m，岩性 为 白云质片岩 。该含矿带含全铜品位 约达 1 ． 5 ，钴品位 0 ． 0 8 n0 ． 1 ％；黄铜矿 一黄铁矿带厚 3 ～1 5 I n ，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 的钴 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 Tc u ～ O C u 2 8 矿 业 工 程 第9 卷 第3 期 3 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 0 0 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 规模较 小 的与 地层产状接 近一 致的正断层和节理 。 总之 ，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 较好 。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 从 1 9 7 3年投产以来 ，巴鲁巴铜矿应用的采矿方法有 多 种 ，其 中包括 分层 充 填法 、进 路 充填 法 、点柱 充 填法 、 分段崩 落法 和分 段空场 法。从采矿 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 司将巷道布置 在矿体中 ，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 砂泄露 发现大量 的泄漏充填尾砂淤 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 ，采用分段崩落法成为该时期 主要的采矿方法 。 表 1 2 0 0 4 “ 2 0 0 8年巴鲁巴铜矿 生产 技术经济指标 项 目 2 0 0 5正 1 2个 月 2 0 0 6正 l 2个月 2 0 0 7拄 1 2个 月 2 0 0 8正 l O个 月 2 0 0 5～ 2 0 0 8芷 4 6个 月 开采地质矿量／ 万 t 开采地质矿量铜品位 开采地质矿量钴品位 含铜金属量／ t 含钴金属量／ t 出矿 量 ／ t 出矿铜 品位 出矿钴 品位 出矿铜含量／ t 出矿钴含量／ t 采矿铜回收率 铜贫化率 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 巴铜矿从 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年 。期 间陡倾 角 和缓倾 角矿 体 基本是各 占 5 O ，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 ～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 ． 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 为 6 ～1 0 m，矿 体近 似水 平 ，矿 体下 部与底 板 围岩接触带是稳 定性较 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 。 由于矿体底盘 及底 盘外 的泥质 片岩 失稳 ，加 之无 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 掘进 了2 0 0 0 多米 ，没有 回采 就全 部塌 落 ，损失 近 5 O万 t 矿 石。 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 向扇形孑 L 凿岩 精度 、顶 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 0 0 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 巴铜矿开采 历史数 据进行 分析 ，2 0 0 4 ～ 2 0 0 8年 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 ，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 u 0 刚 9 9 O 2 l n1 m 舵 仉叽 弘L 弘 地 1 强2 1 “l 2 记 毖 5 ∞ 2 加 2 8 “ “ ∞ “ 1 2 1 l 2 0 1 1年第 3期 李 占炎 巴鲁 巴铜矿采矿 方法的优化研 究 2 9 岩巷 道 ，采矿方 法基本 未 改变 ，为 此 ，主要 加 强 以下几 方 面 的工作 管理 分爆 分 出 ，降低 贫化 ，提 高技术 经 济指 标 。接 管 巴鲁 巴铜矿 以后 ，发现 L C M 有些矿块 掘进 基本 完成却未 进 行采矿 。经调查 ，矿体变化大 ，凿岩巷道位 于下盘距矿体 6 ～ 1 0 m以外 的坚 固岩层 中，贫 化较 大 ，出矿 品位 极低 ，所 以没有进行采 矿 。为 了解 决该 问题 ，应 用分 爆分 出 的采 矿 方法 ，提高技 术经 济指 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 该 方 法后 ，金 属 回 收率 达 5 8 ，贫化率 2 9 ． 6 。 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 ，加大东西两头 和南 部的探矿 ，指导开拓施工 。 强化支护技 术 。针 对 该矿 岩性 状 况 ，开展 支 护研 究 工作 ，在确保 巷道 稳 固的前 提下 ，尽 量 靠近 矿体 ，提高 各项技术经济指标 。 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 的重要 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 量较 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 以强化 深孑 L 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 面之 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。 强化 出矿和 溜井 管 理 ，减 少人 为贫 化 和损 失。从 2 0 1 0年 1月复产 以来 ，卢 安夏 铜业有 限公 司在采 矿条件 比 原 L C M 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 ，彻底改变各项技术 经济指标 。 面对 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 岩巷道 ，下向凿 岩 ；矿体底盘下6 m以外施工底盘凿岩巷道和 出矿进路 、中 段运输巷道 等 ，下 向台 阶采 矿 ，上 向崩废 石 。顶 盘凿 岩道 采用锚杆支护 ，减 少顶 盘废 石塌落 混入 ；底 盘废 石高初 步 确定 5 ～ 6 m，试 验 改 进 最终 确 定。采 矿顺 序 为 台 阶式 推 进 顶盘凿岩巷道崩落 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 保 留在采 空区垫 底 ，提 高出矿 回收率 。 图 2 改进的单段 空场 采矿 法 l 一顶盘凿岩 道；2 一 顶盘联 络道 ；3 一切 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 一切 割槽 川 ；9 一矿体界线 ；1 O 一6 m长锚索 ；1 l 一 深孔；1 2 一矿柱 试验研 究的重点有 1 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 ；2 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 结语 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 该情况 ， 目前 ，主要是 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 了基础。 Opt i m i z i n g S t ud y o n t h e M i n i ng M e t ho d i n Ba l ub a Co pp e r M i ne LI Zh a n 。 y a n CNMC Lu a n s h y a C o p p e r Mi n e s PLC ． Be i j i n g 1 0 0 0 8 2，Ch i n a Ab s t r a c t The m i ni ng hi s t or y a nd ge o l og i c a l c o ndi t i ons of Ba l ub a c op pe r mi n e ar e br i e f l y d e s c r i be d i n t h i s p a pe r ． t he r e a s o n s a b o u t t h e l O W mi n i n g e c o n o mi c a n d t e c h n i c a l i n d e x i n t h e o r i g i n a l c o mp a n y LCM a r e a n a l y z e d i n d e t a i l ． Ac c o r d i n g t O t h e s t a t u s q u o o f mi n i n g， t h e s i n g l e s e g me n t 0 p e n s t o p e mi n i n g me t h o d s i s e o n s i d e r d ， a n d t h e f e a s i b i l i t y a n d t e c h n i c a l l i n e o f m i n i n g a r e a n a l y s e d， i t l a y t h e f o u n d a t i o n f o r mi n i n g s a f e t y a n d e f f i c i e n t l y ． Ke y wo r d s Ba l u b a c o p p e r mi n e ； mi n i n g me t h o d s ； o p e n s t o p e m e t h o d；r o c k a n d o r e a r e b l a s t a n d r e mo v e d s e p a r a t e l y