大红山铁矿采矿方法变更与优化.pdf

第 2 2卷第 3期 2 0 1 3年 9』 j 矿 冶 MI NI NG ＆ MET AL LURGY V o 1 ． 2 2，NO 3 S e p t e mt C F 2 0 1 3 文章编号 1 0 0 5 - 7 8 5 4 2 0 1 3 0 3 - 0 0 5 4 0 4 大红山铁矿采矿方法变更与优化 张 辉 宦秉 炼 魏 艳 敏 昆明理 工大学 ， 昆明 6 5 0 0 9 3 摘 要 为保证大红山铁矿 I 号铜矿带之 上露天开采 的安全 ， 需要对现有的分段空场嗣后充填 采矿方 法进行变更。对可选择的采矿方法进行可行性分析 ， 优选 出最适合矿山实际 的采 矿方法点 柱式 j 一 向水平分层充填法 ， 并且先用废石充填 ， 再用分级尾砂充填 ， 最后采用水泥尾砂浆充填， 极 大地节约了生 产成本 。对具有相似开采条件的矿山具有很 高的推广价值 。 关键 词 点柱；充填 ； 采矿方法 ；地压控制 ；水平分层 中图分类号 T D 8 6 1 ． 1 文献标志码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 - 7 8 5 4 ． 2 0 1 3 ． 0 3 ． 0 1 4 AL TERAT I ON AND 0P TI MI ZAT1 0N OF T HE MI NI NG MET HOD I N DAHONGS HAN I RON MI NE ZHANG Hui HUAN Bi n g l i a n WEI Y a h mi n K u n m i n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， K u n mi n g 6 5 0 0 9 3 ， C h i n a ABS TRACTI n o r d e r t o e n s u r e t h e s a f e t y o f t h e o p e n - p i t mi n i n g a b o v e t h e No ．I c o p p e r b e l t i n Da h o n g s h a n i r o n o r e，t he n e e d o f ma k i n g a n a l t e r a t i o n t o t h e e x i s t i ng s u bl e v e l s t o p i ng ba c k f i l l me t h o d a r o s e ． Ba s e d o n t h e r e s u l t s o f a f e a s i b i l i t y a n a l y s i s ．t h e mo s t s u i t a b l e mi n i n g me t h o d f o r t h e mi ne wa s s e l e c t e d t h e u p wa r d ho r i z o n t a l s l i c i n g a n d fil l i n g me t h o d，a n d a p r o c e d u r e o f fil l i ng f i r s t l y wi t h wa s t e r o c k ，t h e n wi t h c l a s s i fi e d t a i l i n g s，a n d fin a l l y wi t h c e me n t t a i l i n g p a s t e wa s a d o p t e d．T hi s me t h o d c a n g r e a t l y s a v e t h e p r o d u c t i o n c o s t ，a n d h a s h i g h r e f e r e n c e v a l u e t o o t he r mi n e s wi t h s i mi l a r mi n i n g c o n d i t i o n s ． KEY W ORDSp o i n t p i l l a r ；fil l i n g；mi n i n g me t h o d；p r e s s u r e c o nt r o l ；h o r i z o n t a l s l i c i n g 大红山铁矿 I 号铜矿带 1 5 0万 t ／ a 采矿工程是 大 红 山铁矿 8 0 0万 t ／ a扩 产 工 程 的 一 部 分 ， 从 基 建 探矿提交 的探矿资料看 ， 矿体大部分层数较多， 且层 间距有厚有薄， 矿体局部地段较厚大。根据矿体的 变化情况， 为提高资源利用率 ， 并保证 I 号铜矿带之 上 露天 开采 的安全 ， 本 文 对 拟采 用 的采 矿方 法 进 行 可行性分析 ， 进而得 出最优方案。 l 地质概 况 矿体顶 、 底板 、 夹层 由一套火山喷发之后又经过 沉 积变 质 的变钠质 凝灰 岩 、 石 榴黑云 角 闪片岩 、 石榴 收 稿 日期 2 0 1 2 5 2 6 作者简介 张 辉 ， 硕士研究生 ， 专业为采 矿工程 。 黑 云 白云石大理 岩 等 含铁 铜 的 岩石 组 成 ， 该矿地 层 成层产出， 层位稳定 ， 火山与沉积特征明显。根据铁 矿部 分 开拓工程 揭 露 的岩 石 情 况 ， 该地 层 完 整 性较 好 。岩 石 多 属 坚 硬 、 半 坚 硬 岩 类 ， 矿 岩抗 压 强度 较 高 ， 稳固性较好。矿 区主要地层岩石物理力学性质 见表 1 。 矿 、 围岩 主要物 理力学 参数 如下 矿岩平均容重 含铁铜矿石 3 ． 2 5 t ／ m ，含铜铁 矿 石 3 ． 3 5 t ／ m ，围岩 、 夹石 2 ． 9 0～3 ． 0 8 t ／ m 矿 岩松散 系数 1 ． 7 1 。 矿 石 自然 安息 角 4 0 。 3 0 ～ 4 l 。 0 0 区内 老厂 河 、 曼 岗河 和肥 味河分 别 流 经 丌采 区 西北端、 中部和东南缘。河床坡降大 ， 流量受降雨控 制 ， 暴雨 骤涨 ， 雨停 迅退 ， 动态 变化 大 。 张辉 等 大红 山铁 矿采 矿方法变更与优化 5 5 2采矿 方法选择 2 ． 1 问题 的提 出 原设 计 对矿 体 全部采 用 分段 空场 嗣后充 填 采矿 方 法 ， 目前其 基建 探 矿工程 已完成 ， 开 拓工程 已完成 大部分 ， 采切工程正在抓紧施工 。从基建探矿提交 的探矿资料看 ， 矿体大部分变得层数较多 ， 且层间距 有厚有薄 ， 矿体局部地段较厚大 。根据矿体 的变化 情况和现场出现的一些问题 ， 在原有装备和条件下 采用原有的分段空场嗣后充填采 矿方法 ， 存在着 以 下 问题 1 矿体层数 较多， 且层 间距 有厚有薄 ， 造成矿 石损失率 、 贫化率和开采难度 的增大。 2 由于矿体 局部地段较厚 大， 矿体形 状复杂 ， 方 法 的适应 性 比较 差 。 3 生产效率无法满足需求 ， 灵活性不足。 4 无法 保证 I 号 铜矿带 之 上露 天开 采 的安全 。 5 矿石的品位低及价值低也制约着回采方式。 6 水文地质情况受雨水影响较大 。 2 ． 2采矿 方 法选择 该矿 山原 设计 对矿 体全 部 采用分 段 空场 嗣后 充 填采矿方法 ， 随着现场探矿作业和开拓作业的推进 ， 矿体变得层数较多， 且层问距有厚有薄 ， 矿体局部地 段较 厚大 ， 并 且原 设 计 未 充分 地 考 虑 对 上 部 露 天 开 采作业的影响， 故为了保证上部露天开采 的安全 ， 必 须对地压控制水平进行提升。因此 ， 对于品位不是 很高 的铜铁矿必须使用 既能保证开采安全 ， 经济效 益方面又 比较合理 的采矿方法。根据矿山的开采条 件选 出的可 以使用的替代开采方法 有下列三种 1 上向水平分层充填采矿法 此种方法的优势是没有点柱， 具有 比较低的矿 石损失率。劣势是 顶板压力无法得到有效的控制 ， 整个 回采过程以及 回采完成后没有点柱支撑 ， 即使 充填 以后 也无 法保 证 充 填 体接 顶 状 况 良好 ， 无 法避 免顶板 的变形和下沉 ， 从而对上部露天开采的安全 构成威胁 ； 并且二步骤的时候 ， 回采矿柱时 ， 顶板得 不 到有效 的支 撑 ， 造 成顶 板安 全性差 ； 采 准 比和切 割 比较大， 欲降低采准 比和切割 比， 就需要改变采场所 采用的结构参数 ， 但 此种做法会严重威胁上部露天 采场安全 ， 所以对采 场所采用的结构参数需要进行 慎重 的论 证 和控制 。 2 点柱式上向水平分层充填采矿法 此种方法的优点是存在支撑顶板的点柱 ， 并且 是永 久性 的 ， 并 且 充 填 体对 点 柱 起 到 了包 裹 支 撑 的 作用 ， 从而对点柱起到了加固的作用 ， 而点柱又进一 步支撑了顶板 ， 极大地降低了暴露面积 ， 对控制顶板 沉 降非 常有效 ； 此 种 方 法 的采 准 比和 切 割 比较 其 他 方法要小 ， 贫化率也较小。存在 的劣势是永久损失 了所 留的支撑点柱 ， 损失率较其他方法要高 ， 并且对 点柱施工技术有很高的要求 。 3 上 向进 路分 层充 填采 矿法 此种方法的优势是矿石损失率和贫化率较其他 的几种 方法 比较 低 ， 凿 岩 出矿 作 业 时 操 作人 员 在 巷 道中 ， 可以保证作业人员的安全 ， 并且顶板的沉降也 可 以得 到有 效 的控 制 。此种 方 法的劣 势是 生产 效率 比较低、 劳动强度大、 投入较大 ； 充填作业 时需要控 制充填体接顶 。 为了更好地控制地压 ， 降低采矿成本和保证矿 山生产能 力 ， 根据 矿 山的生 产条件 进行 分析 和 比较 。 第一种方法无矿柱支撑 ， 第三种方法生产效率低 ， 而 矿 冶 第二种方法既可以满足地压控制的要求又可以保证 生产效率 ， 故宜采用点柱式上 向水平分层充填法。 该法正适宜于矿石品位和价值不高 、 回收率要求不 是很 高的矿 山 。其 主 要特点是 1 为 了保 证 采 场 安 全 ， 必 须 留一 些 点 柱 来 支 撑顶 板 。 2 采场内各种作业 同时进行 ， 保证各类设备 的作业效率。 3 溜井及 回风井统筹规划布置在采场 内， 对 不规则的矿体有较强的适应能力 。 4 把不 同的 矿 层 和 采 场组 合 起 来 进 行 回采 ， 降低 了回采过程中的干扰。 5 回采的结构 参数可以适 当放 大， 提高了生 产效率。 6 先用 废 石 充 填 再 用 分级 尾 砂 充填 ， 大 大 节 约 了充 填成本 。 3 采场构成要素及采切 工程 阶段高度 1 0 0 m， 分段高度 2 0 m， 分层高度 3～ 4 m， 矿 块 长度 5 0 m， 矿块 宽度 为矿 体 水平 厚 度 多 层矿体时为多层矿体加夹石厚度 ， 矿块高度按一 个分段高度划分 ， 相邻矿块间留 4 m宽间柱 ， 矿块内 按 1 8 m 间距 留 6 m 6 m点柱 ； 采场 溜井按 3 0 0 m m 间距 设置 ， 进 回风 上 山按 6 0 0 m m 间距 设 置 。点 柱 充填 采矿 法示意 图见 图 1 。 嘲融曙 盈 誓赫 { ／ 翻嚣 蠢 曩 霜韬 ＼ 蕊 黧 嘲 霞 厂_ ＼ 图疆圈曩瞄 豳 豳 曩髓 圈 露 瞄霸臻 瞳 曩嗣 1 一 沿脉干线 ； 2 一泄水井 ； 3 一充填体 ； 4 一 回采联道 ； 5 一点柱 ； 6 一间柱 图 1 点柱 充填采矿法示意 图 Fi g ．1 S c h e ma t i c d i a g r a m o f p oi n t p i l l a r f i l l i ng mi n i ng me t ho d 距离最下层矿体约 6 0余 m， 在矿带 的下盘布 置沿 脉采 准干线 。按 一定 间距在 沿脉 采准 干线一 侧 布置 采场 溜井及 进 回风上 山 。回采联 道垂 直矿 体走 向布置在 矿块 中部 ， 回采 联 道 一端 联 通 沿 脉 采准 干 线 ， 一端掘到要 回采矿体最上层的上盘 ， 回采联道在 穿 矿段水 平 布 置 ， 标 高 比采 准 干线 低 8 H i 左 为 各分段首采分层底板标高 ， 回采联道水平段 与采 准干线 连接 段 的坡 度 控 制 在 1 8 ％ 以 内。沿 要 同采 矿 体最 上层 的上盘 布 置 回风 上 山 ， 连 接 卜下 两个 分 段 的 回采 联道 。表 2为 主要开采 指标 。 表 2主要 开 采 指 标 Ta b l e 2 Ma i n mi ni n g pe r f o r ma n c e i nd i c e s 名称 数 量 年盘区生产能力／ 万 t 废石混入率／ ％ 损失率／ ％ 副 产 IsL ／ ％ 采切 比／ m k t 一 4 0～5 0 l 1 ． 8 5 ％ 22．38％ 2 l 6％ 40．3 4 回采 工 艺 凿 岩爆破 采 用 B o o me r 2 8 1掘 进 台 车 打 眼 ， 孔 径 , ／ , 5 0 m m， 炮 孔 排 距 0 ． 8～1 ． 0 m， 孔 间距 1～1 ． 2 i n ， 眼深 2 ． 5～ 4 m， 非 电毫 秒 塑料 导 爆 管霄 管 起 爆 ， 2 岩石硝铵炸药爆破。 矿块 出矿 采用 3～ 4 m 柴油铲 运 机 出矿 ， 铲 运 机经各分层回采联道进入到各分层 ， 铲矿后运 至采 场 溜井 卸矿 ， 在 运 矿 距 离 较 远 的矿 块 ， 可 采 用 1 0～ 2 0 t 卡 车配合 铲运 机 出矿 。 顶板管 理 回采过 程 中 ， 根据顶 板岩 石 的稳 定情 况 ， 必要时采 用 锚杆 或 锚 索 加 固顶 板 。锚 杆 或 锚 索 的布置参数视顶板岩石的稳定情况而定 。 回采 分 层 高度 的划分 回采 分层 高 度 可根 据 凿 岩 、 锚顶 、 出矿 、 充填 等作 业 环节 情 况而 确 定 ， 在 2 ． 5 ～ 4 m 即 2 0 m分 段 高 度 分 5～8层 回采 间 选 取 ， 为 方便 充填 、 通 风 及 爆 破 ， 每 一 次 充 填 完 成 后 宜 留 1 ． 8 m 左 右 的 空顶 高 度 ， 中段 首采 分 段 的首 采分 层 要多采出空顶高度， 即此层 回采高度 为正常分层 高 度 1 ． 8 m左 右 的空顶 高度 。 为提高 回采 效率 ， 暂定分 层 高度 4 m， 空顶 高度 1 ． 5 m， 首采 分 段 首 采 分层 回采 高度 5 ． 5 m， 采 后 充 填 厚 度 4 m。 5 充填工艺 各分 层 回采结束 后要 及时充 填 。允填 时允用 废 石充 填 有 条件 时 ， 再 用 分 级 尾砂 充 填 ， 最 后 在 废 石及 尾砂 的顶 面 充 填 约 0 ． 6 m 厚 的 水 泥 尾砂 浆 垫 层 ， 以便 采矿设 备 能在充 填体上 运行 和采 矿 ， 废 石 尾 砂 充 填 的 厚 度 和 水 泥 尾 砂 浆 充 填 厚 度 分 别 按 3 ． 4 m和 0 ． 6 m 考 虑 ， 每一 分 层 充填 厚度 4 m 同分 张辉等 大红 山铁矿采矿方法变更与优化 层高度 ， 井下充填废 石 由汽车或铲运 机运输到采 场充 填 。 对 比类 似矿 山 ， 充 填 料浆 主要 参数 如下 充 填用 尾砂分 级时考虑将 一1 9 m粒径尾砂 含量控制在 1 0 ％ 以下 ， 充 填 用 尾 砂浆 重量 浓 度 6 5 ％ 一 7 0 ％ ， 水 泥尾砂浆量重量浓度 6 8 ％ ～7 4 ％ ， 灰砂 比 1 4 。生 产 中充填料浆有关参数根据实际情况作适 当调整。 尾砂充填系统 的方案确定如下 井下充填废石 由汽车或铲运机运输到采场充填 。在地表三选厂附 近 ， 采用 2 6 m深锥高压型浓缩机对三选厂尾砂进 行分级 和浓缩 ， 得 到重量浓 度 6 0 ％ 一7 0 ％ 的尾 矿 浆 ， 通过隔膜泵加压输送 到 Ⅲ、 Ⅳ号矿体 回风斜井 E l ； 在Ⅲ、 Ⅳ号矿体 回风斜井 口设充填站 ， 用立式砂 仓对尾砂进行储存和再次分级和浓缩 ， 造浆后从 Ⅲ、 Ⅳ号矿 体 回风斜 井 、 充填 回风 平 巷 、 充 填 回风 上 山 、 沿脉干线等 自流输送到井下充填采空区； 需 要胶结 充填时 垫层充填 ， 利用充填设置的水泥添加搅拌 装置将水泥加入尾砂浆混合搅拌后 自流输送到井下 充填。 尾砂充填脱水 采用溢流脱水和渗透脱水相结 合的方式脱水 ， 可按需要设置一定数量的脱水管 ； 首 采分段最下两个分层的标 高低于沿脉干线 ， 充填时 脱出废水要在回采联道爬坡段下 口处设置潜水泵 ， 将废 水泵 到沿脉 干线 排 出 ， 有 条件 时也 可打 泄水 孔 ， 泄水到运输水平 ， 首采分段其它分层则可 自流到沿 脉干线排出； 其它分段则在最下层矿体下盘 、 回采联 道一侧设 泄水下 山 充填时埋设铁皮管 泄水到首 采分段 沿 脉干线 排 出 。 对 下 中段 还没 有 回采 ， 而 上 中段 要先 回采 的情 况 ， 考虑在先 回采中段最下一个分层全部用 1 4灰 砂 比水泥 尾砂 浆充 填 H ， 并 在其 底板 铺设 2 0 0 m m 2 0 0 m m 的钢 筋 网 西 1 6 m m ， 以利 于 下 中段 最 上 分 段 的 回采 。 6采矿 方法评价 点柱式上向水平分层充填采矿方法在该矿的应 用过程 中 ， 上部 露天 开采 未受 到明显 影 响 ， 采场 围岩 未 出现大 的破 坏 ， 达 到 了 预期 效 果 。 与分 段 空 场 嗣 后充 填采 矿方法 相 比 ， 在 采矿 回采安 全性 、 采 矿充填 成本 、 采场准备速度 、 回采工艺等方面都具有 比较明 显的优势 。对类似开 采条件的矿 山具有极 高的 推广价值 。 参 考文 献 [ I ]胡海波 ， 宋嘉栋 ．矾 山磷 矿安全 采矿 方法优 化 [ J ] ．采 矿技术 ， 2 0 1 1 ， 1 1 1 l 5 1 8 ． [ 2 ]张精 明 ．盘区点柱式 分层 回采 尾砂 充填法在 我矿 的应 用 [ J ] ．有色金属 ， 2 0 0 3 ， 5 5 3 2 - 3 ． [ 3 ]刘 可 ．充 填 理论 基 础 [ M] ．北 京 冶 金 工 业 出 版社 ， 1 98 8． [ 4 ] 采矿设计手册 编委会 ．采矿 设计 手册 [ M] ．北京 中 国建筑工业出版社 ． 1 9 8 9 ． [ 5 ]李全京 ．李官集铁矿首采 矿段采 矿方法 优化研究 [ J ] ． 现代矿业 ， 2 0 1 0 ， 2 6 9 6 5 6 8 ． 矿冶 征稿 矿冶 是 国家科学技术部和中国新闻出版总署批办的全 国性 的科技期刊 ， 由中央直属大型科技企业北 京矿冶研究总院主办。 矿冶 为行业优秀期 刊， 国内外公开发行 ， 邮发代号 8 03 5 7 。本 刊优先发表国家 科技计划支持及基金资助的论文。 中国科学核心期刊 ； 中国科学引文数据库 C S C D 收录期刊； 中国知 网 C N K I 收录期 刊 ； 万 方数 据 C H I N A I N F O 收录期 刊 ； 美国化学文摘 C A 收录期刊 ； 维普资讯 V I P I N F O R M A T I O N 收录期刊 主要栏 目 1 采矿与选矿 ； 2 冶金与材料 ； 3 设备与 自动化 ； 4 环境与资源再生； 5 工艺矿物学与分析测试 投稿网址 h t t p ／ ／ k y ． b g r i m m． c n 联 系方 式 0 1 0 6 3 2 9 9 7 5 3 T e 1 ． 0 1 06 3 2 9 9 7 5 4 F a x ． E ma i l k u a n g y e b g r i m m． c o rn 联系人 孙凤芹