急倾斜厚大矿体高分层连续充填采矿方法研究.pdf

S e r i e s N o ． 4 4 9 No v e mbe r 2 01 3 金 羁 母 METAL MI NE 总 第4 4 9 期 2 0 1 3 年第 1 1 期 急倾斜 厚大矿体 高分层连续充填 采矿方 法研 究 马毅敏周文略 中铜矿业开发有 限公 司 摘要针对国内急倾斜厚大贫铁矿矿体形态变化大， 岩石夹层多等禀赋特征， 通过对传统上向分层充填采 矿法的创新， 提出除 1 个主运输水平外 ， 全矿床不设辅助中段， 按高度 2 2 ． 5 m大分段 ， 7 ． 5 m高分层上向连续充填 开采全矿体的采矿方法。同时， 利用采场内留点柱、 顶板水平光爆压顶和全尾砂充填技术 ， 有效减小贫化率 ， 减少 空场下凿岩、 出矿的安全问题 ， 降低充填成本。实践证明， 该采矿方法能有效减少采准工程量， 提高充填采矿效率 ， 降低生产成本 。 关键词 急倾斜厚 大矿 体连续充填上 向高分层采矿 方法 St ud y o n t he Up wa r d Hi g h La ye r Co nt i n uo us Cut a nd Fi l l M i ni ng M e t ho d f o r S t e e p l y I nc l i ne d La r g e t hi c k Or e - -bo dy Ma Yi mi n Z ho u W e n l u e S i r m s t e e l Mi n i n g C o ． ， L t d ． Abs t r a c t I n v i e w o f t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t he s t e e pl y i n c l i n e d l a r g e -- t hi c k i r o n o r e bo d y s uc h a s l a r g e c ha n g i n g mo r -． p h o l o g y， ma n y r o c k i n t e r l a y e r ， a n d t h r o u g h t h e i n n o v a t i o n O I1 t r a d i t i o n a l u p wa r d h i g h l a y e r c o n t i n u o u s c u t a n d l l mi n i n g me t ho d． t h e up wa r d h i g h l a y e r c o n t i nu o us c ut a n d f i 1 l mi ni n g me t ho d wi t h a ma i n t r a ns p o r t r o a d wa y a nd 22 ． 5 m s u bl e v e l a n d 7 ． 5 m s l i c e i n h e i g h t w i t h o u t a n y a u x i l i a r y s e c t i o n i s p r o p o s e d ． Me a n wh i l e ， t h e t e c h n i q u e s l i k e p i l l a r s s e t t i n g i n s t o p e， r o o f h o r i z o n t a l s mo o t h b l a s t i n g ， a n d f u l l t a i l i n g s b a c k f i l l ， a r e u t i l i z e d t o e f f e c t i v e l y r e d u e e t h e d i l u t i o n r a t e ， d e c r e a s e t h e s a f e t y i s s u e s i n d r i l l i n g a t t h e e mp t y fie l d a n d o r e d r a w i n g， a n d l o w e r t h e b a c k f i l l i n g c o s t s ． T h e p r a c t i c e h a s p r o v e d t h a t t h i s me t h o d a bo v e c a n e f f e c t i v e l y r e d uc e t h e a mo un t o f mi n i ng p r e p a r a t i o n， i mpr o v e mi n i n g e ffic i e nc y， a n d r ed u c e pr o du c t i o n Cost s ． Ke y wo r d s S t e e p l y i n c l i n e d l a r g e t h i c k i r o n o r e b o d y ， Co n t i n u o u s fi l l i n g ， U p w a r d h i g h l a y e r ， Mi n i n g me t h o d 目前 国内的急倾斜厚 大鞍山式铁矿 以贫矿为 主 ， 而且多数开采条件复杂。由于此类矿体形态变 化大 、 岩石夹层 多、 被厚大第 四系地层覆 盖等特点 ， 使矿山企业普遍 生产效率低 ， 开采成本 居高不下。 为改变这一不利局面 ， 需要开发一种安全高效 、 低成 本的采矿方法 ， 提高此类矿床的开采价值 。 1 开采技术条件 位于山东省汶上县的李官集铁矿属沉积变质型 低品位磁铁矿矿床， 平均地质品位 2 5 ． 4 ％， 急倾斜 中厚至厚大矿体 ， 具有岩石夹层多 ， 矿体和夹层厚度 变化大的特点。主矿体控制走向长 1 3 6 5 1／ 1 ， 最大厚 度 1 0 0 IT I ， 倾角 7 5 。 ， 矿体被 F 21断层切错 ， 被分割 为南 、 北 2段 。含矿岩层为条带状磁铁角闪石英岩 ， 顶底板为黑云变粒岩 ， 矿体与围岩分界线不明 ， 矿岩 中等稳固。矿体上部被厚 4 5～7 0 I n的第 四系地层 ． 1 n 覆盖 ， 地表不允许塌落。 矿山采用地下开采 ， 设计年采选原矿 1 2 0万 t ， 主井 、 副井、 设备材料井和 出风井 4条竖井构成矿 山对角式开拓系统 ， 已形成 一1 2 0 13 3 总 回风水平和 一 3 2 0 1T I 运输水平 ， 主要采用充填法开采 。 2 采矿 方法研 究 2 ． 1采矿 方法分 析 根据矿体的开采技术条件 ， 考虑尽快实现达产 的要求 ， 初步提 出 2种采矿方案 ， 即方案 1 大直径 深孔崩矿嗣后充填采矿法 ； 方案 2 点柱式全矿床上 向高分层连续充填采矿法。方案 1 属于急倾斜厚大 矿体较常规的采矿工艺 ， 生产能力较大 ， 但是掘进工 马毅敏 1 9 6 3 一 ， 男 ， 教授级高级工程 师 ， 1 0 0 0 8 0北京市海 淀大街 8 号 。 马毅敏等 急倾斜厚大矿体高分层连续充填采矿 方法研 究 2 0 1 3年第 1 1期 程量大， 采场准备 时 间长 ， 二步采 要求充填 体强度 高。方案 2是根据传统 的上 向分层充填采矿工艺 ， 在保证采场安全的前提下 ， 增大分段和分层高度 ， 减 少充填循环次数 ， 并对采准 、 切割工程布置 、 爆破落 矿 、 充填方式等进行 了优 化和创 新。2方案的预期 技术经济指标见表 1 。 表 1 主要经济技术指标 比较 2。 对 2个方案 的优缺点进行分析对 比， 结果见表 表 2 采矿方案优缺点 比较 综合以上 2种方案 的分析结果 ， 充分考虑到矿 体探矿不足和品位较低 的条件 ， 决定利用适 当的损 失率换取生产效率 ， 最终选择采准工程量小 、 采矿灵 活和成本低 的点柱式大分段上 向高分层连续充填采 矿法即方案 2 。 2 ． 2采矿技术方案 采场沿矿体走 向布置 ， 宽为矿体水平厚度 ， 采场 长度 6 01 0 0 m， 具体根据矿体厚度调 整。采场 间 留连续 间柱 ， 采场 内留点柱 。在脉外上盘布置采准 工程 ， 利用材 料斜井 开段斜井 连通 每分段 沿脉 巷， 分段高度 2 2 ． 5 I l l ， 分段运输 巷通 过上坡和下坡 出矿联络道与采场连通。回采 自采场底部拉底巷向 两端推进到采场间柱 ， 分层 回采高度 7 ． 58 m， 充 填后留 1 ． 5 2 m空顶 ， 作为下一层的作业空间。全 矿床 除 1个 主运 输巷外 ， 不设其 他 阶 中 段 运输 巷 ， 不 留顶柱 ， 自下而上逐层连续推进开采。脉内和 脉外均可设置顺路溜井 ， 采用浅孔凿岩 ， 无轨设备出 矿。通过采场 回风充填井输送尾砂进行充填 ， 一分 层充填完毕后 ， 通过压顶垫底方式抬高采场 出矿联 道 ， 以充填体作为工作平台 ， 在点柱支撑的顶板下进 行第二分层的回采作业 ， 详见 图 1 。 Ⅱ I一1 l 2 I _ J 3 2 Ⅱ一Ⅱ l f } 氍 j J ／ 2 、 - 【、 图 1 点柱式全矿床上向高分层连续充填采矿法 1 一上盘 阶段运输巷 ； 2 一穿脉巷道 ； 3 一脉外溜井 ； 4 一分段巷道 ； 5 一 出矿联络道 ； 6 一 充填井联络道 ； 7 一矿体； 8 一充填井； 9 一点柱； 1 O 一充填体 ； 1 1 一滤水井 未设 置 ； 1 2 一下盘阶段运输巷 ； 1 3 一脉 内溜井 ； 1 4 ～底柱 3 生产实践 矿山从 主运输水平 一 3 2 0 m开始 自下而上连续 推进 ， 采矿流程见 图 2 。目前矿体 的第一分段 的一 分层即将采完 ， 部分采场 已开采二分层。 ． 1 1 ． 总第4 4 9期 金 砖 山 2 0 1 3年第 1 1期 一 分段 l l I 一 分层 、 l 切 割、 拉 底H 德 、 H z K 。堞4 压顶挚底r 垄墨 r ． _ 1 笠兰型 l I 二分层 、 1 豫 H 艨 H 芝 垩 坐 { J 压顶垫底 I L 羔 I 三分层 、 『 、 H矿 l HI 压 顶I 联络道广 - _ 1 墨 l { ， 、 图 2采矿 生产 流 程 3 ． 1 采准工程布置 采场结构参数 采场平均长度为 7 0 IT I ， 根据北 京科技大学采场稳 定性研究结果 ， 确定采场间柱宽 为 6 m， 点柱尺寸 5 m5 m， 间距 1 5 I n1 5 IT I 。点 柱位置可根据岩石夹层位置进行调整 ， 间柱位置可 由分段切割巷的 4个端点和矿体上下盘边界确定。 回采过程要严格控制点柱尺寸 ， 保持其上下连贯性。 采准巷道布置 在 一3 2 0 1T I 主运输水平 的川脉 内向上掘斜上山至 一 3 0 8 m， ～ 3 0 8 m水平作为第一 分段 ， 布置分段沿脉巷道作为铲运机 出矿联络巷及 采场回风巷道 ， 向上每隔 2 2 ． 5 m高度布置分段沿脉 巷道 ， 分段巷与采场 由出矿 斜巷连通。每个采场设 2条 出矿 巷道， 与 脉外采场溜井连 通 ， 溜井顺 路施 ] _ ， 直径 3 m。根据采场大小每个采场 内布置 1～ 2 条充填 回风井 ， 直径 2 m。 3 ． 2 切割、 拉底工程 在一分段的上下盘布置沿脉切割巷 ， 切割巷 由 切割横巷连通 ， 巷道断面 3 m2 ． 7 m 三心拱 ， 断 面积为 7 ． 4 7 m 。 ； 施工顺序 纵向切割一纵 向切割巷 拉底一横 向切割一横向切割巷拉底。 拉底时以切割巷为 自由面进行 刷帮 ， 高度为 4 m， 纵 向长度到矿体边界 ， 横 向长度为采场 宽度， 拉 底两帮必须采用光 面爆破 。刷 帮至点柱位置时 ， 按 照设计要求留好点柱 ， 点柱四边光爆 ， 保证点柱形态 和规格。 ．1 0 - 3 ． 3回采 工艺 3 ． 3 ． 1 凿岩爆破 每分层采矿高度 7 ． 5 m， 分 3步完成 一步拉底 高度为 4 I n ； 拉底完成后在横 向切 割巷 内挑顶形 成 二次采矿工作面 ， 在工作面上凿水平孔落矿 ， 由上盘 向下盘推进。二步采矿高度为 3 i ／ l_ 。三步压顶高度 为 0 ． 5 i n ， 压顶采用控制爆破技术 ， 周边孔上倾角不 大于 2～ 3 。 ， 各孔均要互相平行 ， 顺直前进并要求孔 底在同一垂直面上 ， 确保两帮顺直顶光滑 ， 保证顶板 平整并略呈拱形 。一分层 充填后 ， 通过压顶垫底方 式抬高采场 出矿联道进入采场 ， 向上依次循 环分层 回采 。 凿岩使 用 Y T一2 8 、 7 6 5 5型钻机 ， 钻 凿水 平 浅 孔 ， 排距 0 ． 8～1 1 T I ， 间距 0 ． 9 m， 呈菱形布置 ， 每米崩 矿量为 4 t ／ m。凿岩作业每班 3人配 2台钻机 ， 工效 为 3 0 0 t ／ 班 d ， 1 2个班单班作业 即能完成每年 1 2 0万 t 的产 量 。 每分层的顶板要采用光爆技术 ， 孔距 0 ． 7 n q ， 少 装药或导爆索爆 破 ， 保持 顶板光 滑 ， 爆破 后无需 支 护 。爆破采用人工装药使用 2 岩石乳化炸药 ， 药包 起爆用半秒延期导爆管 ， 非 电起爆 系统。具体凿岩 爆破系数见表 3 。 表 3 凿岩爆破 系数 3 ． 3 ． 2出矿运 输 采场矿石 由2 m 铲运机经过溜井联巷卸入采 场溜井 内， 再 由电机 车运输卸入 主溜井 。 一3 2 0 m 水平井底车场 采用上 、 下盘环形 布置 ， 采用窄轨运 输 ， 轨距 7 6 2 m i l l ， 由 1 0 t 电机车牵引 8辆 4 m 单侧 曲轨侧卸式矿车为 1列 ， 目前运行 3列可 以满足矿 山生产能力。矿石经过粗碎后通过主井提升到地表 矿仓 。 3 ． 4 采场充填 矿山采用废石及全尾砂充填方法 。地表充填站 采用立式沙仓沉淀浓缩 、 风动造浆工艺 ， 设立 2套充 填系统 ， 系统制备输送能力 8 5 IT I ／ h ， 可满足 1 2 0万 t ／ a的充填能力要求。掘进废石不出坑 ， 倒入空区充 填。全尾砂作为充 填集料 ， 硅酸盐水 泥作为充填胶 马毅敏等 急倾斜厚大矿体高分层连续充填采矿方法研 究 2 0 1 3年第 1 1期 结剂 ， 搅拌制备成浓度为 6 5 ％ ～ 7 0 ％的充填料浆 。 充填浆料经充 填钻 孔 自流 到井下 一1 2 0 m水 平 ， 从钻孔 的套管下端开始敷设 充填管至各分段联 巷 ， 最后通过采场充填 回风井依 次采用上分层敷设 充填管 自流充填 下分层采 空 区。每层充填 高度为 5 ． 5～6 m， 为下一分层 留 1 ． 5～2 ． 0 m 的作业空间。 充填时每分层下部使用灰沙 比 1 1 2的充填料充填 ， 上部留 1 m厚度 ， 采用灰砂 比 1 4的充填料形成浇 面层 ， 作 为下一分层 回采 时的作业平 台。采场不设 滤水井 ， 安置小型排水泵 ， 充填滤水 由水泵抽至泄水 孔 ， 泄入 一3 2 0 m水平水沟流入水仓 。 3 ． 5通风 采场通风采用 主通风系统加局扇的方式联合通 风 ， 新鲜风流从 一3 2 0 m主运输 巷经材料斜井进入 分段平巷 ， 然后经采场联络道进入 回采工作面 ， 污风 排入采场通风充填天井 ， 进入总 回风水平排 出。考 虑到采场 内工作面较 多， 每个 工作面可另安装 2台 5 ． 5 k W 局扇通风机 ， 在距工作面 1 5 m处安 1台， 做 抽 出式通风 ， 再稍后安置局扇 1台， 做压人式通风。 3 ． 6 主要技术经济指标 经过 1 a的生产 ， 各项技术经济指标 日趋稳定 ， 主要指标见表 4 。 表 4技术经济指标 注 生产能力为铲运机 出矿 能力 。 4 结论 1 点柱式全矿床上向高分层连续充填采矿方 法 ， 采用 2 2 ． 5 m的大分段 、 7 ． 5 m的高分层进行连 续 回采 、 浅孔落矿 、 铲运机出矿 、 废石及全尾砂充填 ， 实现了急倾斜厚大贫铁矿床 的安全高效连续 开采 ， - ． 卜 ” 卜 ” ． _” 卜 ” 卜”． 卜- ． 、 卜 ” 卜 ” - -“ ” 卜 “ 非常适应岩石夹层多 ， 矿体与围岩分界不明， 矿体和 夹层厚度变化大和地表不允许塌落的矿体开采。 2 全矿床除 1 个主运输水平外， 不设辅助中 段运输水平 ， 不 留顶柱 ， 比多中段 开采节约 4 0 ％ 以 上 的工程 量 。 3 通过增加点柱 ， 在保证采 场安全的前提下 增大分段和分层高度 ， 减少采准工程量 ， 采准比降低 约 3 0 ％ 以上 ； 采场沿矿体走 向布置 ， 增大沿矿体走 向一次拉开面积 ， 形成多工作面的局面， 减少充填对 回采 的影响 ， 提高采 、 充 、 出工艺连续性 。 4 有效解决 了两步骤 回采效率低 、 充填强度 要求高的问题 。采场一分层只需 一步骤 回采 ， 一次 采完、 充填后 即向上开采二 分层 ， 充填体 强度要求 低 ， 使用灰砂 比 1 1 2的充 填料与废石一起 充填空 区， 大幅减少水泥用量 ， 降低充填成本 。通过实践 ， 灰砂 比例还有降至 1 2 0的可能。 5 高分层 回采工艺可灵活调整 回采边 界 ， 剔 除夹石和有效降低损失贫化率 ； 采用浅孔设备凿岩 ， 在保证生产能力的基础上又保持了采矿灵活性 ； 无 轨设备调节能力强 ， 可同时服务多个采场 ， 出矿效率 高 ， 为快速达产提供 了有利技术支撑。 参考文献 [ 1 ] 马毅敏 ．李官集铁 矿开采 设计优 化实践 与思考 [ J ] ．采 矿技 术 ， 2 0 1 0， 1 0 5 1 1 - 1 2 ． [ 2 ] 杨 国春 ， 徐兵 ， 黄 铁平 ．安庆铜 矿大 型采场 回采工艺 研究 [ J ] ．矿业工程， 2 0 0 4 ， 2 5 2 1 _ 2 4 ． [ 3 ] 周罗忠， 鲁洪军， 张永林， 等．倾斜复杂中厚矿体的连续采矿 技术研究 [ J ] ．采矿技术 ， 2 0 0 7 ， 1 0 3 1 ． 3 ． [ 4 ] 王立君 ， 葛富英 ， 王剑 波， 等 ．盘 区上 向高分层连 续 回采 充填 采矿法试验研究[ J ] ．黄金 ， 2 0 0 2 ， 2 3 1 1 7 _ 2 1 ． 收稿 日期2 0 1 3 - 0 8 -01 信 息苑 提供 服务找矿 突破 战略行动产 品 国土资源部 2 0 1 3年发布的 关于提供服务找矿 目录等。 突破战略行动专题产品的公告 2 0 1 3年第 1 5号 需到全国地质资料馆和省级地质资料馆借阅非 明确 ， 从公布之 日起全 国地质资料馆和省级 地质资 涉密地质资料和产 品的， 凭本人居 民身份证 借阅利 料馆向社会公开提供服务找矿突破战略行动专题产 用； 借阅涉密地质资料和产品的， 凭本人居民身份证 品， 包括地质资料电子阅览服务系统、 全国地质资料 和本单位的 涉密地质资料借阅复制证书 借阅利 信息集群化共享服务平台、 地学空间信息检索系统 、 用。同时， 用户还可登录国土资源部 门户网站或全 全国整装勘查 区地质资料 目录、 全 国整装勘查 区地 国地质档案馆 网站获取相关信息。 质钻孔分布图及钻孔 目录、 地质工作参考标准规范 矿业 1 1 4网 1 3