凡口铅锌矿采矿与充填技术简介.pdf

总第 2 1 9期 2 0 1 7年 1 2月 南方金属 S 0UTHERN ME r AI 5 S u m．2 1 9 De e e mb e r 201 7 文章编号 1 0 0 9 9 7 0 0 2 0 1 7 0 6 0 0 2 6 0 4 凡 口铅锌矿采矿与充填技术简介 亢太鹏 凡口铅锌矿， 广东 韶关 5 1 2 3 2 5 摘要 文章概述了凡 口铅锌矿采矿方法革新、 采矿技术 4 0多年来发展的历程， 从采矿方法、 充填工艺、采矿装备 3 个方面介绍了凡口铅锌矿的创新与发展成果 ， 并展望了凡口铅锌矿采矿技术、采矿设备发展的方向． 关键词 凡口铅锌矿 ； 采矿方法； 采矿设备； 充填工艺 中图分 类号 T D 8 5 3 ． 3 文献标识码 A Br i e f I n t r o du c t i o n o f M i n i n g a n d Fi l l i ng Te c hn o l o g y a t Fa nk o u Le a d- z i nc M i n e KANG Ta i p e n g F a n k o u L e a d z i n c M i n e ， S h a o g u a n ， G u a n g d o n g ， 5 1 2 3 2 5 ， P ． R ． C h i n a Abs t r a c tTh i s p a p e r s umma r i z e s t h e r e f o r m o f mi n i ng me t h o ds a t Fa nk o u Le a d z i n c Mi ne a n d t h e p r o c e s s o f o v e r 4- d e c a d e mi n i n g t e c h n o l o g y d e v e l o p me n t ， s h o w s t h e r e n o v a t i o n a n d d e v e l o p me n t r e s u l t s o f F a n k o u L e a d z i n c Mi n e i n mi n i n g me t h o d， fil l i n g t e c h n o l o g y ，a n d mi n i n g e q u i p me n t a n d e x p e c t s t h e f u t u r e ． Ke y wo r d s F a n k o u L e a d z i n c Mi n e ；mi n i n g me t h o d s ；mi n i n g e q u i p me n t ；f i l l i n g t e c h n o l o g y U 引 舌 凡 口铅锌矿在 1 9 7 7年以前 ， 主要采用普通充填 法和浅孔留矿法采矿 ， 生产效率 不高； 1 9 7 7年开始 使用盘 区充填法采矿， 采场生产能力 比普通法提高 了 l 倍 ； 1 9 8 3年开始试验 F D Q采矿法 ， 采场生产能 力是普通法的 3倍． 与此同时， 矿山开始全面推广振 动放矿技术 ， 至 1 9 9 0年全部取代了人工放矿_ 1 J ． 目前 ， 盘区上 向分层胶结充填法、 盘区机械化中 深孔采矿法所 占产量 比重达 9 0 ％以上． 使用 台车爆 破 、 V C R爆破等机械化作业爆破 的采矿法 占比重 7 0 ％； 采空区充填方面， 矿 山地表建立 了 4个充填站 ， 每站充填能力为 4 5 0 i n ／ h ， 年充填量 4 0万 in ． 1 采矿方法重大创新 1 ． 1 2 0 0 7年以前各种采矿方法 1 ． 1 ． 1 盘区机械化胶结充填采矿法试验研 究 1 9 7 6年 ， 凡 口铅锌矿“ 盘 区机械化胶结充填采 矿法试验研究” 被 列为冶金部重点科研项 目． 试验 分两 阶段进行 ， 第一阶段在 4号矿体盘区进行 ，盘 区综合生产能力达到 4 0 0～ 5 0 0 t ／ d ， 采场达到 1 3 0 ～ 1 7 0 t ／ d ； 第二 阶段 1 9 8 0年 7月在 一 2 0 0 in盘区进 行 ， 盘区采矿量平均达 7 5 9 t ／ d ， 出矿 7 1 6 t ／ d ⋯． 1 ． 1 ． 2凡 口 VC R采矿 法 的试验研 究 1 9 8 0年 7月“ 凡 口V C R采矿法的试验研究” 被 列为国家科委“ 六五” 重点科技攻关项 目， 采场出矿 能力达到 7 3 3～1 0 0 0 t ／ d ， 采场综合生产能力 3 0 t ／ d 以上 ， 是普通法的3倍 以上 ， 作业成本降低 3 0 ％～5 0 ％ ⋯ ．该方法具有安全、 高效、 成本低的特点． 1 ． 1 ． 3 高阶段深孔采矿法和装备的研 究 1 9 8 7年 l 2月 ， 凡 口铅锌矿“ 高 阶段深孔采矿法 和装备的研究” 代号 7 5 3 l 一 0 4一O 1 被列为国家 “ 七五 ” 重点科技攻关项 目． 试验取得了采场综合生 产能力 5 2 9 ． 6 t ／ d 、 每吨矿石作业成本降低 3 1 ． 6 ％的 良好指标． 1 ． 1 ． 4阶段深孔台阶崩矿采矿法研究 凡 口铅锌 矿 “ 阶段深 孔 台阶崩矿采 矿法研 究 代号 7 5 3 l 一 0 40 2 ” 项 目， 于 1 9 8 6年 6月正式 收稿 日期 2 0 1 7 0 9 0 6 作者简介 亢太鹏 1 9 8 4～ ， 男， 2 0 0 7年毕业于中南大学资源与安全工程学院采矿工程专业， 工程师 总第 2 1 9期 亢太鹏 凡 口铅锌矿采矿 与充填 技术简介 列为 国家“ 七五” 重点科技攻关专题． 1 9 8 8年 7月开 始进行研究 和设计 ， 1 9 9 0年 5月正式 进行 工业试 验． 经过 5 a的努力 ， 先后完成 了基 础研究 、 采场 服 务车研制 、 磁电感应起爆系统、 阶段崩矿 回采矿房 、 回采间柱的回采工艺 的工业试验． 平均 出矿能力 为 9 2 7 ． 5 t ／ d ， 铲运机 出矿能力 4 0 06 0 0 t ／ 台班． 该方 法与 F D Q法相比， 具有更大的采场生产能力和更 高 的作业效率． 1 ． 1 ． 5 盘 区上 向中深孔配套机械化采矿新工艺 1 9 9 11 9 9 2年 ， 凡 口铅锌矿在盘区采场 内进行 了“ 盘区上 向中深孔配套机械化采矿新工艺” 研究 ， 使用了 自动接杆台车打上 向中深孔炮 眼， 装药台车 装粘性粒状铵油炸药 ， 导爆索两孔并联非电复式 网 路起爆 ， 分层集 中爆破、 铲运机出矿 ， 撬毛台车处理 松石 、 铲运机 出矿等机械化作 业 ， 与原 盘区采场 相 比， 生产能力提高 1 ． 5 2倍 ， 凿岩效率提高 1 ． 9倍 ， 二 次爆破量减少 6 0 ％_ l J ． 该工艺取得 了显著 的经济效 益 ． 1 ． 2 无底柱后退式崩落安全高效环保采矿法 自2 0 0 6年以来 ， 凡 口铅锌矿开展了无底柱后退 式崩落安全高效环保采矿法的研发， 经过多年的摸 索实践 ， 取得了巨大成功 ， 现 已大面积推广应用． 从 原来仅 S h一2 8 0 m N 34 一个试验采 场 ， 现普及 到 1 5～ 2 O个采场． 1 ． 2 ． 1 爆 破设 计 与爆破 工 艺 1 爆破设计 炮孔参数 根据凡 口铅锌矿的经验及试验数据 ， 侧爆 区孔 网参数采用 孔距 x排距 2 ． 02 ． 4 m x 2 ． 0 2 ． 4 m． 拉槽爆破 拉槽区每次爆破药量在 1 0 0 0 k g左 右 ， 装药 1～ 3层 ， 每层装 2～ 3条药 药卷规格 药卷 直径 9 0 mm， 长 6 7 0 m m， 重 5 k g 也有 3 k g 、 4 k g药 卷 ， 每次爆破后拉槽高度控制在 2 ． 5 6 ． 5 m． 破顶爆破 经过 多次拉槽后 ， 矿体厚 度逐渐 变 薄 ， 为确保上部硐室设备行走和人员作业安全 ， 必须 保留一定 的安全作业厚度 ， 一般为 1 0 m， 最后 一次 爆破破穿上部铜室． 装药结构 和孔 内起爆方式与拉 槽爆破一样． 侧向爆破 破顶完后对采场剩余矿体进行侧 向 爆破． 侧向爆破炮孔采用间隔装药 ， 每层药包之间用 河沙或竹筒隔开． 侧 向爆破时边孔要求滞后一段 ， 并 适 当减小装药量 ， 以减少爆破对边界的破坏 ， 同时预 防前排边孔来炮效果不好时导致后排边孔抵抗线过 大． 孔内引出的导爆管用电雷管起爆． 2 爆破工 艺 主要有测孔、 堵孔、 装药和起爆． 每次爆破为一循环工序． 测孔 用一根带有标尺的带皮铝线 ， 下方绑上铁 质重锤的测绳来测量孔深 ， 测得孔深后 ， 便可绘制出 每次爆破后顶板曲线形状和下部硐室补偿空间的高 度． 要进行爆前和爆后两次测孔 ， 并以此实测孔深做 为下一次爆破设计依据． 堵孔 装药前需将通孔堵严 ， 常采用水泥胶皮塞 堵孔． 堵孔塞至孔底的深度 0 ． 81 ． 3 m． 装药 每条柱状乳化炸药包 的长度为 6 7 0 m m， 重量为 5 k g ． 每条炸药用塑料袋包装 ， 并带有吊环． 装药时将两发毫秒延期导爆管雷管插入一条柱状药 包并 同时插人一条导爆 索作为起爆药包 ， 每一层装 一 条起爆药． 药包加工好后按设计要求用尼龙绳 吊 装送进炮孔内． 药包上部填砂 2 ． 0 m并堵一水袋 ， 保 证爆破质量． 1 ． 3 高分层上向中深孔崩落法技术 凡 口铅锌矿随着矿 山整体开采规模、 开采强度 和开采深度不断增大 ， 特别是面对一些结构较差采 场 ， 破顶采场及顶 、 底柱采场 ， 现有普通 中深孔 回采 方法无法满足矿山生产 的需要 ， 必须采取一种安全 高效的采矿方法 回采． 2 0 1 3年后 ， 矿里 引进 小台车 设备 ， 用于底柱采场 回采 ， 取得 巨大成功 ， 本项 目属 于地下矿山新型采矿方 法试验项 目． 其试验 目的主 要是针对结构较差采场、 破顶采场及 顶、 底柱采场， 寻求一种安全、 高效、 对后续采矿不造成安全隐患的 采矿方法． 1 ． 3 ． 1 内容与技术特 点 本项 目对现有 中深孔机械化技术进行改进 ， 以 前为了控制好采场顶板、 边邦对采场回采高度进行 了一定的限制 ， 回采高度一直控制在 4杆 以下 即 回采后空高在 8 ． 5 m 以下 ． 现对于一些结构较差、 顶底柱采场 、 及一次性采后空高超过 8 ． 5 m的采场 ， 采用增加回采高度 ， 通过对采场合理的孔网参数布 置 、 凿岩精度的提高 、 爆破段数选择、 装药结构优化 ， 对一些采场一次性 回采的方式． 台车打眼杆数增加 至 5 ． 0 7 ． 0杆， 空间可达至 9 ． 0～ 1 2 ． 0 m ， 台车 爆破后人员不进入采场 ， 不对采场进行松石处理 ， 采 用遥控铲运机出矿的方式 ， 有效地避免 了采后空间 较高造成 的安全隐患． 同时对一些长度较长 的高分 2 8 南方金属 S 0 U T H E R N M E T A L S 2 0 1 7年第6期 层采场 ， 可采用一次打眼分 2次爆破的方式 ， 即第一 次放炮后采用遥控铲运机 出矿 ， 出矿完后第二次采 用侧向崩矿爆破 ， 有效控制了采场顶板、 边邦． 同时 也大大提高了生产效率 ， 避 免采场因调 整破顶厚度 而进行 的手钻薄压、 松石等工序． 1 ． 3 ． 2安 全性 能 本采矿方法可以避免人员在破碎岩石、 距离上 部 中段或首层充填体实体厚度较小等情况下凿岩 ， 避免矿岩意外冒落坍塌伤人毁物 ， 通过加大距离不 稳定岩层及充填体的实体 回采厚度 ， 可 以有效提高 整个凿岩过程中的安全可靠性． 高阶段 中深孔崩落 法也加大了一次性 回采高度 ， 提高 了采矿效率 ， 结合 遥控铲运机出矿 ， 减去了人员上矿堆松石这一危 险 较大的作业程序 ， 实现了高效的机械化作业 J ． 1 ． 3 ． 3社 会 效益 1 降低工人 劳动强度 ， 改善工人作业 环境 ， 提 高工人作业的安全保障． 有效改善井下作业环境 ， 提 高了工人生产效率 ， 保 障了工人职业安全与健康水 平 ． 2 提高凡 口矿难采矿体的生产能力 ， 平衡 区域 生产协调 ， 从而为凡 口铅锌矿可持续高产创造条件． 3 实行机械化循环作业 ， 对 下一步掘进、 找边 、 压顶的机械化队伍建设提供了较大的参考价值及实 施 经 验． 4 降低采矿风险， 为凡 口铅锌矿的安全生产提 供 了技术保障． 1 ． 4凡口铅锌矿精密 V C R采矿法简介 凡口铅锌矿 S h S h一6 0 0 m 2 1 4 a采场应用精 密 V C R法爆破技术 ， 取得了很好 的效果． 1 ． 4 ． 1 回采 工 艺 1 采准 精密 V C R法爆破采场宽度 2 0 ． 0 r n ， 采 场垂直矿体布置 ， 长为矿体厚度． 在 S h一 5 5 0 m水平 和 S h一 6 0 0 m水平分别设计上、 下部硐室 ， 在 S h一 6 0 0 i n下部硐室布置底部结构 ， 以 S h一 6 0 0 m N 7 J l I 为主要的出矿川脉 ， 采用堑沟 出矿 ， 设 计 了两条堑 沟 ， 堑沟高度 8 ． 0 m， 倾角 7 1 ． 5 。 ， 堑沟 以上空 间 3 ． 0 i n ， 便 于打眼． 堑 沟及 出矿进路分布 于出矿 川脉两 侧 ， 出矿进路及出矿川脉 3 ． 2 In3 ． 1 m． 上部硐室 为凿岩硐室 ， 设计在 一 5 5 0 m水平 ， 硐室高度 3 ． 5 In． 为避免硐室超宽带来安全隐患 ， 硐室 中间设计 了一 条 5 ． 5 In宽的保安矿柱． 2 凿岩 在 S h一 5 5 0 m上部硐室凿下向大直径 束状深孔， 孔径 1 6 5 m m， 边孔 1 1 0 m m ． 每束打 4 ～ 5 个孔 ， 孑 L 距 1 m， 每束孔之间间距 6 ． 5 m． ． 3 爆破 在 S h一5 5 0 m上部硐 室采用 人工装 药． 采用分层爆破 ， 每层爆破 6 In， 每束孔装 同段雷 管 ， 束与束之间用不同段雷管， 利用高精度毫秒雷管 起爆． 首次爆破各束孔利用下部硐室空 间作为 自由 面呈“ 倒漏斗状” 向下崩矿 ， 后序爆破利用前次爆破 空间向下爆破 ， 依次类推 ， 留 1 1 m 的厚度破顶爆破 直至爆破结束． 4 出矿 每次爆破后采用铲运机在下部硐室从 各 出矿进路铲矿 ， 铲至有下次爆破的补偿空间即可 ， 最后利用遥控铲运机进堑沟内进行清场． 1 ． 4 ． 2发现 、 发 明及 创 新点 1 精密 V C R法爆破采用束状孔爆破设计 ， 通过 一 束孔同段而增大 了爆破最小抵抗线 ， 提高了每米 崩矿量 ， 达 2 3 t ／ m． 2 精密 V C R法爆破采场宽度 2 0 ． 0 m， 相当于 以前的的两个半采场， 使采场设计矿量增大， 本采场 设计矿量 1 2 ． 6万 t ． 3 精密 V C R法爆破下部硐室设计了两条堑沟 及一条出矿川脉 ， 两条堑沟分别位于出矿川脉两侧 ， 用出矿进路把 出矿川脉和两条堑沟连通 ， 提升 了综 合生产能力 ， 达到 3 0 0 t ／ d ． 4 在全 国内首次采用 T O R O一 3 0 1超视距可视 遥控铲运机铲矿 ，采用 S O L 0 5 5 V遥控破碎台车 处理大块 J ． 1 ． 4 ． 3 与 当前 国内外 同类研 究、 同类技 术 的综合 比 较 1 安全性高 采矿安全． 上部硐室顶板 和边 帮 均采用锚杆和铁丝网联合支护． 确保人员在上部硐 室凿炮孔和装药时的安全 ； 铲矿安全． 铲矿人员不进 人爆破空场 ， 只在 已经处理好的下部硐室处操作遥 控铲运机铲矿 ， 确保 了铲矿过程的安全． 2 回采高效性 与常规采矿法相 比， 采矿技术 指标优越 ， 达 3 0 0 t ／ d ， 劳动生产率高 ， 辅助作业少 ， 采矿成本低 ， 仅 1 5 0 t ． 3 采矿机械先进 在 国内首次采用芬兰 T O R O 一 3 0 1超视距可视遥控铲运机铲矿 ， 遥控距离为 3 0 0 r n ， 铲斗斗容 3 r n 。 ， 专 门用于矿井恶劣环境和危险 区域抢采矿产资源． 另外 ， 采用 S O L 0 55 V遥控破 碎 台车处理大块． 采矿机械明显先进． 2 充填工艺技术 的创新发展 总第 2 1 9期 亢太鹏 凡口铅锌矿采矿与充填技术简介 2 ． 1 泡沫砂浆充填新工艺 凡 口铅锌矿是我 国使用 充填法较 为成熟 的矿 山 ， 随着采场机械化程度及生产能力的提高 ， 其 回 采工艺对充填质量 的要求也越来越 高． 伴随着无底 柱深孔后退式采矿法的推广应用 ， 采场嗣后充填脱 水的问题严重影响该采矿法在矿房 回采中的应用． 为此 ， 凡 口铅锌矿与广州大学于 2 0 0 9年联合进行 了 充填新工艺、 新材料的研究高性能泡沫砂浆 充 填． 2 ． 2 井下采空区废石留场与回填 金属矿山井下采空区利用废石回填与留场 的生 产工艺 ， 经过多年的推广与实施 ， 凡 口矿井下各生产 工区 队 形成了一种强制执行的规章制度， 有一套 实用性强 、 操作简便、 安全、 高效 的废石 留场与回填 工艺 ， 把井下巷道掘进、 采场废石通道、 采场进路 所 产生的废石 ， 采用先暂堆再 回填和直接 留场的方 法 作为采场采空区的充填骨料充填． 这方法不但节 约 充填成本 ， 还减少废石 出笼成本 ， 加快采场的回采速 度， 减少出渣环节， 降低出渣的风险． 可以完成的废 石留场 和废 石 回填量 8万 m ／ 年 其 中废石 留场 2 ． 6万 m 、 废石回填 5 ． 4万 m ． 2 ． 3 采场首层采完后使用地网胶结充填 凡 口铅锌矿井下每个中段高度约 4 0 m， 在矿体 厚大的区域 ， 每个采场拉底层在各 中段 的一分段 开 始施工 ， 造成每个 中段 留有 81 0 m厚的底柱 ， 底柱 回采时上方的充填体构成安全隐患． 针对上述状况， 凡 口铅锌矿经过多年探索 ， 将地 网应用于首层充填 采场 ， 地网类型有竹竿 ， 铁管简易 网， 钢丝绳简易地 网． V C R采矿方法使用后 ， 遥控铲运机不仅用 于出 矿 ， 也用来将竹架 、 螺纹钢 ， 钢丝绳组合 的地 网由采 场外运至采场内， 首层充填厚度逾 1 m， 相 当于给采 场底柱上方浇筑了 1 m厚的钢筋混凝土， 大大增强 了充填体强度 ， 提高以后 回采底柱的安全性． 3 采矿装备技术的进步与研制 3 ． 1 采矿凿岩装备 凿岩除使用 国产风动凿岩机外 ， 引进 了国外先 进的凿岩台车， 以及配套撬毛台车和锚杆台车等先 进装备． 掘进作业除曾使用过国产双机凿岩台车外 ， 还试制过立蟹爪爬式装岩车、转载斗车等． 顶板 支 护发展到锚杆支护、 锚杆金属网支护及喷锚网联合 支护． 天井掘进全 面应用 吊罐法、 天井钻机钻进法 、 深孔分段爆破成井法 ，大大加快 了掘进 速度． 采掘 爆破均采用复合乳化 炸药， 工作 面大块采用进 口破 碎台车处理． 3 ． 2引进与 自行研制的采矿设备与器材 C T C一1 0 2型双机采矿 台车和装药器 ； A T M 一 2 0 0 0型、 A T M一1 5 0 0型天井 钻机 ； B M 系列乳化 粉 状与弹塑炸药及复合油相材料； W 一 1型铲运机； WJ 一1型铲 运机 ； Y G Z一9 0型号凿 岩机 ； T O R O一 3 0 1 超视距可视遥控铲运机 ； S O L O 55 V遥控破碎 台车 ； B Q F一1 0 0 I I 型装药器 ， 0 ． 4 m 电动铲运机 装 岩机 ； Y K一1型遥控铲运 机 ； 1 0 ． 0 02 01 4层级 半光面耐切割工程轮胎 ；C Z一1 5 0型高 压钻孔 冲 击器钻头 Y K P 4硬质合金； S P Y一1 型数字 式频率 制综合 远动装置 ； D Q1 5 0 J 型高风压潜孔钻机 ， 冲击 器和钎头 ， 凿岩稳杆器 ； C L H系列乳化 油炸药和 S B 系列炸药． 3 ． 3 进 口的主要采矿设备 凡 口铅锌矿 l 8万 t 改造期间进 口的主要采矿 设备有 H S一1 0 5 X型上 向接杆凿岩台车 2台、 HS 一 1 0 5 H ／ V型上 向接杆凿岩台车 1台、 N 1 ’ 3 o ／ N B B 1 5 0型井下装药台车 2台、 S I MB A 2 6 1型井下潜孔钻 机 2台、 B R O K 3 0 0 0撬 毛台车 1台、 H 6 9 5型锚 索台 车 1台， 这些设备在使用过程中逐步增加 和更新． 4 结语 2 O世纪科学、 高效、 安全 、 环保地进行矿产资源 开发的科学历程 已经落下帷幕 ， 人类 进人第二个科 学世纪． 科学不仅使世界面貌 日新月异 ， 也改变了人 们的 E t 常生活． 人类的文明进程中， 采矿是最先兴起 的工业． 最大限度地提高资 源利用率 ，是 当今矿产 资源开发技术的发展方向，也是保障矿业乃至国民 经济可持续发展和国家安全的重大战略选择． 参考文献 [ 1 ] 张木毅． 凡 口铅锌矿采矿技术的创新与发展[ J ] ． 广东 有色金属， 2 0 1 0 2 4 ． [ 2 ] 许春胜， 许毓海． 凡口铅锌矿 1 8 万 t 达产的采矿对策 [ J ] ． 采矿技术， 2 0 0 7 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