矾山磷矿安全采矿方法优化.pdf

I S SN 1 67129 0 o C N 4 31 3 4 7 ／ TD 采矿技术第 1 1 卷第 1 期 Mi n i n g T e c h n o l o g y ，V o 1 ． 1 1 ， No ． 1 2 0 1 1 年 1月 J a n ．2 Ol l 矾 山磷 矿 安 全 采 矿 方 法 优 化 胡海波 ， 宋嘉栋 长沙矿 山研究 院， 湖南 长沙4 1 0 0 1 2 摘要 矾 山磷矿矿体上覆第四系高承压水对井下的安全采矿带来 了技术难题， 为了尽快 并充分回收资源， 必须采取安全可靠、 经济合理的采矿方法。分析研究了适用于该条件下 的点柱式上向水平分层充填采矿法， 解决 了矿山的安全开采 问题 ， 给矿山企业带来了重大 经济 效益 。 关键词 高承 压 水 ； 点 柱式上 向水 平分层 充填 采矿 法 ； 进路 充填采矿 法 ； 回采 工艺 矾山磷矿 目前 主要设计 回采西 区 0～ 4 0勘探 线 的 Ⅱ和 Ⅲ矿 体。矿体赋存在矾 山杂岩体 中， 分 布在东西长 1 7 1 8 m、 南北宽 1 4 8 0 m、 标高 5 9 1 ～1 2 8 m范围内， 其 中 Ⅱ矿体厚度为 l 3 ． 5 m， I I I 矿体厚度 为 6 m。矿体总体走 向北东 ， 两端分别向北及北西 ， 倾角 4 0 。 ～ 2 5 。 ， 平均 3 0 。 左右 ， 为向岩体中心缓倾斜 的向南突出的月牙弯 曲状或半盆状的似层状矿体。 Ⅲ矿体位于 Ⅱ矿体下盘 ， 之 间有 0～ 7 ． 5 m 的夹石。 Ⅱ矿体及其顶板矿岩节理较发育 ， 硬度系数f5 7 ， 稳固性为中等稳固 ～不稳 固。夹石岩性为云斑状 辉石正长岩， 质地坚硬 ， 硬度系数／1 2， 属于稳 固岩 石。但 Ⅲ矿体和底盘处 于较软的黑云母岩 中， 该类 岩石硬度系数f_- 2 ． 3 2 ． 8 ， 属于不稳固矿岩 。 该区属于高水位区， 水文地质条件中等偏复杂。 从上至下岩层分布为 上覆第 四系的全新统砂砾卵 石潜水含水层 } 4 和上更新统黄土砾石承压含水 层 Q 3 ， 上更新统下部 Q 3 杂色亚粘 土层 和中更 新统上部红色粘土层属于 良好 的隔水层 ， 以及 中更 新统底部含粘性土砾石承压含水层 Q 2 。地下水 位标高为 7 5 0～7 4 5 ． 8 m， 承压水头达 1 5 0～1 6 0 r n ， 其与基岩风化带直接接触 。 1 开采现状及技术难 点 1 ． 1 开采现状 东区与西区共用 1套 中央主、 副井开拓系统与 中央对角式通风系统。副井为进风井 ， 两翼风井为 回风井。主井采用单箕斗提升， 井筒于 3 9 9， 3 5 5 m 标高处开口， 负担矿石和废石 的提升任务。副井采 用双罐笼提升 ， 井筒在 5 1 5 ， 4 7 0 ， 4 2 5 ， 3 9 9 ， 3 5 5 m处 开口， 担负人员 、 设备 、 材料的运输工作。东风井早 已形成， 西风井正在建设。 目前矿山东 区主要的生 产中段 为 4 7 0 ， 4 2 5 m 2个 中段 。西 区暂 时还 未 生产。 1 ． 2技术难题 该矿山矿体上覆第 四系的全新统砂砾卵石潜水 含水层 Q 4 、 上更新统黄土砾石承压含水层 Q 3 以及中更新统底部含粘性土砾石承压含水层 Q 2 3 层含水层 ， 特别是 Q 2含水层 ， 地下水位标 高 7 5 0～ 7 4 5 ． 8 m， 承压水头高 ， 与基 岩风化带直接接触。在 Q 2含水层与 Q 4 、 Q 3含水层之间存在 良好的粘土隔 水层 ， 使得 3个含水层分层径流 ， 互不联系。 1 Q 2含水层约 2 0 m厚 ， 水头高达 1 5 01 6 0 m， 如果泄入矿坑将对矿山安全构成威胁 。再者 ， Q 2 含水层为附近居民主要生活用水来源 ， 也必须保护 ， 不得 疏干 。 2 基岩分化带节理裂隙发育 ， 具导水性 。 3 要保护 Q 2含水层 ， 必须保证 Q 2含水层上 部的隔水层和矿体上盘 的基岩风化带不被扰动 ， 防 止 Q 3和 Q 4含水层联系 ， Q 2含水层通过基岩风化 带导人矿坑。 4 Ⅲ矿体及底板矿岩不稳定 ， 采矿 困难。 5 矿石的价值低也制约着采矿方法的选择 。 2 点柱式上 向水平分层充填采矿法 2 ． 1采矿方法选择 该矿 山原设计对西区矿体全部采用上向进路分 层充填采矿法 ， 在地压控制方面较好 ， 但是该法生产 效率较低 、 成本较高， 除非岩体异常破碎 、 矿体形态 异常复杂， 否则不考虑进路采矿法。因此 ， 对于矿石 价值不高的磷矿必须优化选择安全可靠 、 经济合理 1 6 采矿技术 的采矿方法。根据开采技术条件 、 矿山的开采现状 及磷矿的价值等因素可选择的采矿方法有 上向水 平分层充填采矿法 ； 点柱式上向水平分层充填法 ； 上 向进路分层充填法。 1 上 向水平分层充填采矿法优点是不 留点 柱、 损失率低 。缺点是 不能严格控制地压， 整个中 段 回采后将留下大面积的充填体支撑顶板 ， 没有点 柱的支撑， 充填体容易因为接顶不好而不能有效控 制顶板沉降 ， 从而破坏上盘水资源； 采切 比大， 采场 结构参数和采准工程紧密相关 ， 要获得较小的采切 比， 就必须加大采场结构参数， 但矿体节理裂隙发育 将严重威胁采场安全， 所以， 必须严格控制采场结构 参数 ； m号矿体属于软弱矿体， 采用上向水平分层充 填法采场跨度大 ， 严重影响 Ⅲ号矿体的安全回采 ； 二 步骤回采矿柱在充填体之间回采， 仅靠充填体支撑 顶板 ， 由于充填体不能像原岩点柱与顶板那样完整 地支撑顶板 ， 因此二步骤 回采矿柱时安全性差。 2 点柱式上向水平分层充填采矿法优点是留 永久点柱， 相当于减少了采场顶板的暴露面积 ， 顶板 的暴露面积只是各个点柱分摊支撑的顶板面积 ， 顶 板由点柱和充填体共同支撑 ， 点柱被充填体包裹着， 形成三轴受力状态 ， 增加了点柱的支撑能力； 有利于 控制顶板岩层移动 ； 采切工程量小、 贫化小。缺点是 点柱所 占矿量大， 作为永久损失， 导致损失率高； 点 柱的留设对施工要求高。 3 上向进路分层充填采矿法优点是损失贫化 率低， 在巷道里凿岩 出矿安全性好 ， 能严格控制顶板 下沉。缺点是进路式凿岩 出矿生产能力低、 劳动强 度大、 生产成本大 ； 进路充填要求充填体接顶 ， 不易 控制； 充填体强度要求大 、 充填成本高。 经过分析 比较 以及结合矿山的实际情况 ， 对于 不同的矿岩条件采取不同的采矿方法。 Ⅱ矿体稳固 性处于中等稳固与不稳 固之间的矿段 ， 可以采用点 柱式上向水平分层充填法来控制地压 ， 降低采矿成 本和保证矿山的生产能力。该法正适宜于矿石价值 不高、 回收率要求不高的矿山。Ⅲ矿体处于不稳 固 的黑云母岩中， 矿岩比较破碎， 只能够采用原设计的 上 向进路分层充填法。为了保护矿体上盘的地下水 资源， 设计在矿体上盘留设 1 0 0 m厚的保安矿柱 。 2 ． 2采场构成 要素与 采准工程 采场沿矿体走 向布置， 走 向长为 6 0 m， 高度为 中段高度4 5 m， 宽为矿体厚度 。底柱高 6 m， 不设顶 柱， 间柱宽 4 m， 采场内按 1 2 m1 5 m布置点柱 ， 点 柱规格 4 m x 4 m。相邻采场之间先暂 留宽 4 m 的 连续矿柱 ， 2采场错开上升， 滞后回采采场将连续矿 柱削采成规则点柱。采用脉外采准 ， 采准工程有分 段沿脉、 采场联络道 、 顺路溜井 、 脉外溜井 、 充填回风 井。采切工程有切割平巷见图 1 。 l 一沿脉运输巷 3 分层联络道 5 一溜矿井 7 充填回风 井 9 一底桂 图 1 点柱上 向水平分层充填采矿方法 2 分段联络遭 4 一 切割平巷 顺路溜井 8 点柱 1 O 一穿脉平巷 胡海波， 等 矾 山磷矿安全采矿方法优化 1 7 2 ． 3回采工艺 采场内工作面以采场联络道为 自由面沿走向推 进 ， 或在靠矿体最上盘形成 2 ． 5 m 2 ． 5 m的拉底巷 道 ， 以拉底巷为 自由面扩采。根据矿岩稳 固性和凿 岩设备， 同时综合考虑安全因素， 设计采幅 3 m， 分 层控顶高度为 4 ． 5 m左右 ， 第一层设计采高 4 ． 5 m。 一 个分层采完后 ， 进行胶结充填 ， 并为下一循环留下 1 ． 5 m 的作业 空 间 。 1 凿 岩。采 用 自下 而 上 逐 层 回采。采用 B O O ME R 2 8 1凿岩 台车钻凿 水平炮孔 ， 孔深 3 ． 8～ 4 ． 0 m， 孔间距 1 ． 5 m， 排距 0 ． 7 5 m。 2 爆破。凿岩结束后清洁炮孑 L ， 人工装填 2 岩石乳化炸药 ， 起爆器配 C C H型导爆管非电击发导 爆管雷管， 导爆管雷管再引爆导爆索 ， 由导爆索起爆 每个炮孔 中敷设的导爆管雷管， 引爆炸药 。 3 落矿。采切工程施工完毕后 ， 以采场联络 道为 自由面 ， 向两侧扩帮到采场边界， 全面拉底 ， 同 时按设计要求布置点柱 。再在此基础上挑顶 ， 控顶 高度保持为 4 ． 5 m。 4 采场通风 。采用上向风流贯通式通风 ， 沿 采区斜坡道一分段沿脉一采场联络道一采场一充填 回风井一上中段水平穿脉一上中段水平回风沿脉一 回风井 ， 排出地表。采场通风主要借助于矿山主扇 风机形成 的负压和扩散作用 ， 局部由局扇辅助通风 ， 确保 良好 的采场作业环境。 5 顶板支护。落矿后 ， 对于爆破作业面 区域 顶板和两帮不平整部分和倒挂部分采用撬顶等安全 措施 。首先撬松石 ， 如顶板 出现 比较大的节理面剪 切岩石时 ， 采用锚杆垂直节理面加固顶板。如顶板 出现多组小节理面剪切岩石产生碎石时， 采用网、 喷 支护。如顶板既有大节理面又有多组小节理面剪切 岩石时 ， 采用网、 锚和喷射混泥土支护。其 中， 锚杆 长 1 ． 8～ 2 ． 0 m， 网度为 0 ． 8～1 ． 2 1T I 0 ． 8～1 ． 2 m。也可采用木架或木垛支护。 6 采场出矿。确保作业安全后方可进行出矿 作业 ， 出矿采用斗容为 2 m 柴油铲运机 ， 由分段沿 脉经采场联络道进入采场 内进行铲装作业 ， 铲取矿 石后卸人顺路溜井或脉外溜矿井 ， 经电机车运至主 溜井 。分 层 回采结束后 ， 清理采场 ， 以减少遗 留矿 石 ， 降低损失。 7 顶柱回收。根据矿岩 的稳固情 况， 采场底 柱可随下中段采场正常回采顺序上采一层 ， 剩余 3 m作为永久损失不再回采 。 8 采场充填 。分层充填 ， 正常分层 回采结束 并清场后 ， 即可加高人行滤水井 ， 构筑充填挡墙。每 分层采高 3 m， 充填高度 3 m。下部 2 ． 5 m充填体采 用低标号分级尾砂胶结 灰砂 比为 1 3 0～ 3 2 充 填。上部 0 ． 5 m浇面层采用灰砂 比 1 6～1 8的充 填体 3 d强度 0 ． 5 MP a 作为下一分层 回采时的 作业平台。最后一分层根据顶柱厚度要求和顶柱的 稳固性调整采幅， 采高为 2～ 4 m， 采完后充填接顶。 点柱上向水平分层充填采矿法的主要技术经济 指标见表 1 。 3 结 论 点柱上向水平分层充填采矿法能更好 的适合于 该矿山矿体的开采， 其主要优点为 1 更好的控制顶板 冒落与沉降。点柱和充填 体共同支撑顶板 ， 点柱被充填体包裹着 ， 形成三轴受 力状态 ， 增加 了点柱的抗压能力 ， 有利于控制顶板 冒 落与岩层移动， 从而保护矿体上盘的水资源； 表 1 点柱上 向水平分层充填采矿法主要技术经济指标 采场生产能力 凿岩台车效率 铲运机出矿效率 采矿工人劳动生 t ／ d m ／ 台 班 L ／ 台 班 产率 L ／ 人 班 备注 1 ． 采用 2 m 。 铲运机出矿 ； 2 ． 单位矿石采切分摊 6 ． 5 5元／ t ； 3 ． 矿石制造成本包括充填成本 1 6 ． 9 5元／ t 。 2 采切工程量小 ， 采切 比小 ； 3 采场可布置顺路溜矿井 ， 铲运机运距小 ， 效 率高； 4 生产能力大， 成本低 ， 经济效益高。 参考文献 [ 1 ] 王成． 三 山岛金矿海底开采采矿方法优化选择 [ J ] ． 黄金科 学技术 ， 2 0 0 9，1 7 1 4 6 4 8 ． [ 2 ] 李庆倩 ， 郭景柱． 高阳铁矿采矿方法优化研究 [ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 0 8 ， 8 2 7 9 ． [ 3 ] 张小刚， 刘超， 等． 点柱式分层充填采矿法在海下矿床开采 中的应用 [ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 1 0， 1 0 1 1 3一l 4， 3 5 ． [ 4 ] 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 23 ， 3 2 ． [ 5 ] 陈玉 山， 王 立君 ． 无 轨 机械 化 盘 区点 柱式 充 填 采矿 法 实 践 [ J ] ． 黄金科 学技术 ， 2 0 0 2， 1 0 4 71 2 ． [ 6 ] 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 ． 收稿 日期 2 0 1 0 0 9 1 3 作者简介 胡海波 1 9 8 5一 ， 男， 湖南永州人， 研究生， 从事采 矿 和 岩 土 工 程 方 面 的研 究 ， E ma i l h a i h a i h o o 1 6 3 ． t o m。