落凼矿床深部矿体开采技术研究.pdf

第 6 5 卷第 2 期 有 色 金 属 矿山部分 2 0 1 3 年 3 月 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 6 7 1 4 1 7 2 ． 2 0 1 3 ． 0 2 ． 0 0 3 落凼矿床深部矿体开采技术研究 朱振 华 凉 山矿 业股份 有 限公 司 ， 四川 会 理 6 1 5 1 4 6 摘要 为了解决落凼矿床深部 矿体合理规划 、 经济 开采 、 安全 生产 的问题 ， 根据 矿体赋存 条件 ， 对开 采方式 、 地下开拓 系统 、 采矿方法 、 空区处理和投资效益分析等 内容进 行深入的优化 和研 究 。结果表 明 ， 所 选择 的露～坑 联 合开采方式 、 平硐一斜井一竖井联合 开拓 系统 、 有底部结 构分 段空场 嗣后联 合充 填无 问柱 回采 方案 ， 具有安 全 、 可 靠和技术经济 指标 先进 等优点 ， 对今后 的开发具有一定 的指导意义 。 关键词 开拓系统 ； 采 矿方法 ； 联合充填 中图分类号 T D 8 5 4 ． 1 文献标 志码 A 文章 编号 1 6 7 1 4 1 7 2 2 0 1 3 0 2 一 O 0 1 1 - 0 4 S t u d y o n d e e p o r e b o d y mi n i n g t e c h n o l o g y i n Lu o d a n g De p o s i t ZHU Zhe n hu a Li a n g s h a n M i n i n g Co ． ，L t d ．，H u i l i S i c h u a n 6 1 5 1 4 6，Ch i n a Ab s t r a c t I n or d er t O s o l v e r a t i o n al pl a nn i n g，e c o no mi c e xpl oi t a t i on，pr o duc t i o n s a f e t y p r o bl e ms o f t he d e e p o r e b ody i n Lu o da ng De po s i t，we f oc us o n t h e op t i mi z a t i on a nd r e s e a r c h o f t h e c o nd i t i on s o f or e b od y，mi ni ng me t h o ds，un de r gr ou nd d e v e l o pme nt s y s t e m ，m i ni n g m e t h ods ，go a l p r o c e s s i n g a nd i nve s t me nt be ne f i t a n a l ys i s ．Th e r e s ul t s s ho w t ha t t he s e l e c t i on of t he ope n pi t c o mbi ne d m i ni ng mod e，a di t i nc l i ne d s ha f t s h a f t c o m b i n e d d e ve l o pme nt s ys t e m ，a n d o pe n s t o p e f i l l i n g no n - pi l l a r s u b l e v e l c o mb i n e d mi ni n g s c h e me wi t h b ot t o m s t r uc t u r e i s s a f e a n d r e l i a b l e ，whi c h h a s a dv a nc e d t e c hn i c a l a n d e c on o mi c i nd i c a t o r s ．I t ha s c e r t a i n g u i d i n g s i g ni f i c a nc e f or t h e f u t ur e d e v e l o pme n t ． Ke y wo r d s d e v e l o p me n t s y s t e m；mi n i n g me t h o d；j o i n t f i l l i n g 凉 山矿业的核心矿 山拉拉铜矿是 一座拥有五 十多 年 开采历史 的露天 矿 山， 所 开采的落 凼矿床 是一个 以 铜为主 ， 伴生钴 、 钼 、 铁 、 金 、 银 、 硫 、 稀土等矿种的多金 属 矿床。公司以采矿、 选矿为主体 ， 生产铜、 钴、 钼、 铁四 种精矿产品含金 、 银 、 硫三种 计价元素 。经 过半个多 世 纪 特别是 近 十年来 的发展 ， 已形成 5 0 0 0 t ／ d 的采选 生 产规模， 年产铜精矿含铜 1 _ 2 万 t ， 同时钴、 钼、 铁精矿 产 品及伴生的金 、 银 、 硫元 素也具有相 当 的规模 。据 公 司核实 ， 截至 2 0 1 1 年底 露天矿 山开采范 围内保 有矿 石 储量 1 1 1 7万 t ， 金属量 1 1 ． 2 8 万 t。 为 延 长 矿 山 的服 务 年 限 ， 增 强 矿 山资 源保 障能 力 ， 保证 公 司可 持续 发展 ， 近 五年来 公 司加 大 了对落 凼 矿床 深部 的探 矿 力 度 ， 在 露 天 开 采 境 界 以下 的深 部 ， 通 过 钻 探 、 坑 探 工 程 控 制 ， 探 清 主 要 工 业 矿 体 3 3 2 3 3 3 类 型铜 矿 资 源量 ， 铜 金 属 量 7 ． 9万 t ， 品位 1 ． 1 8 ， 矿石 量 6 6 7 万 t 。 作者简介 朱振华 1 9 6 1 一 ， 男 ， 工程 师 ， 采矿工 程专业 ， 主要从 事矿 山开发相关 的设计和安全管理工作 。 为 了解 决 今后 露天 转坑 下后 采选 生产 能力 的 匹 配 问题 ， 从 现 在开 始 应 尽 快着 手 考 虑 深 部 矿体 的坑 下开 采技 术 问题 ， 以实 现露坑 联 合开 采 ， 确 保公 司正 常、 稳定、 健康发展 。 1 矿床地质及 开采技术条件 1 ． 1矿 床地 质 拉拉 矿 区位 于扬 子 滩 面 地 台康 滇 地 轴 中段 ， 河 口复式背斜南翼的次一级双狮拜象背斜南端西侧 ， 区 内 出露 的 地层 为前震 旦 系会 理群河 口组沉 积一火 山变 质杂 岩 中部 旋 回 p t h 。 、 p t h 。主 要 含 矿 岩 石 为 变质火 山凝 灰 质岩 石 。成矿 受火 山作 用及旋 回的 控制 ， 属 火 山一沉 积变 质矿 床 。 矿 区 1 8 9 0 I T I 以下 含 矿 地 层 有 p t h i 、 p t h 和 p t h 。所圈定的 I 2 、 3 矿体在 1 8 9 0 I T I 以下深部延长较 好 ， 矿体 连续 ， 规模较大 ， 工程控 制程度较 高 ， 具有 工业 价值 ； 新 发现的 3 3 号矿体规模较小 ， 控制程度一般 。 矿体 一 般呈 似层 状 、 透 镜状 ， 以重叠一 叠 瓦状 产 出 ， 膨胀 现象 明显 ， 也 有分叉 复 合 、 尖 灭再 现等 现象 。 l 2 有 色 金 属 矿山部分 第 6 5卷 矿体产状与围岩产状一致。矿体总体走 向近东西 ， 倾 向南 ， 倾 角 2 0 。 ～4 7 。 ， 一般 为 2 1 。 ～3 5 。 。 1 ． 2开 采技术 条件 落 凼矿床 深部 矿 体 开 采 范 围为 沿走 向 自 5 0 1 E 线 至 5 1 8 E线 ， 倾 向上 高 程 为 1 8 9 0 ～ 1 7 2 0 m。J 、 3 、 3 3号 矿 体 沿 走 向方 向 的长 度 分 别 为 5 4 0 1T I 、 5 4 0 m 和 2 4 0 m； 沿倾 斜 方 向的 长 度分 别 为 2 0 7 m、 1 2 3 i n和 7 7 m； 矿体 平 均 厚 度 分 别 为 9 ． 8 3 m、 1 2 ． 3 1 1 T I 和 7 ． 3 3 m， 矿 体 的倾 角 为 2 O 。 ～4 0 。 ， 含 铜 品 位分 别 为 1 ． 3 2 ％ 、 1 ． 6 4 、 2 ． O 7 。矿 体 直 接 底 板 多 为 石 英 钠长 岩 ， 结 构坚 硬 致 密 ， f 8 ～ l 1 。矿 岩平 均 密 度 为 2 ． 6 5 t ／ m。 ， 松散 系数 为 1 ． 6 。 2 开拓 系统 2 ． 1开 拓 系统 选择 根 据矿 山地质 地 形 、 矿体 赋 存 以及 现 有地 表 建 筑物 等情 况 ， 结 合现 有选 矿厂 、 露 天采 矿场 的具体 位 置 ， 本着 安全 ， 高效 、 经济 、 合理 的原则 进行 开拓 系统 选择 。经 过 多 方 案 的 技 术 经 济 比 较 ， 最 终 确 定 平 硐一斜井- - - - 箕斗竖井联合开拓方案 。 2 ． 2开拓 系统简 述 以现有的 1 8 4 0 排水坑道为基础 ， 沿矿体东 西两侧 外围分别从地表下掘进 1 斜井、 从 1 8 4 0水平掘进 2 盲斜井至 1 6 9 0 水 平 ， 1 斜井为人行 进风斜 井 ， 2 斜 井 用作下放 材料及废石 提升 ； 在东南部 从地表沿 矿体边 缘向下开掘 3 斜井至 1 7 2 0中段顶沿 ， 其 间与各中段顶 沿连接形成充填 、 回风系统 ； 各 中段 的矿 石经溜井统一 下放至 1 7 2 0中段 ， 从主石门用 电机车运输至旁侧溜井 ， 经箕斗竖井 提升 至地表 ， 进入 选厂原 矿仓 。这样 即可 形成完 整 的以各 中段运输道 、 箕 斗竖井 为主体的矿石 提升 、 运输系统 ； 以各 中段 顶沿 和 3 斜井 为主 体 的充 填 回风系统 ， 以 1 8 4 0排水坑 道 及 1 斜井 为主 体 的人 行 、 进 风系统 ， 以 2 斜 井及顶 沿 为主体 的具有 材料 下 放 、 废石提升 、 运输 功能的辅助提升 、 废石充填 系统 ； 以 1 6 9 0 井底水仓 、 沉砂池 为 主体 的排水 、 排 泥 系统 ； 以地 表充填料制备 站 包 括尾砂 分级 、 尾砂 浓缩 、 水 泥胶 结 料添加 、 压风站 、 3 斜井 、 各 中段顶沿为 主体 的充 填系 统。开拓系统见图 1 。 2 ． 3 中段 划分 由于矿体倾角较 缓 ， 采 场用 5 5 k w 电耙 出矿 ， 通 过对 中段高度 与开 拓工 程量 、 采切 工 程量 、 采 场耙 距 等因素之间的关系进行综合分析研究， 中段高度 2 5 4 3 0 m， 将 1 8 9 0 I 7 2 0 m 之间 的矿体划 分为 6 个 中 段进行 回采 ， 即 1 8 7 0 、 1 8 4 0 、 1 8 1 0 、 1 7 8 0 、 1 7 5 0 、 1 7 2 0 。 1 1 8 4 0进风平 巷； 2 --箕斗竖井； 3 l 人行进风斜井 ； 4 2 斜井 ； 5 填 充回风斜井 ； 6 1 7 2 0主运输平巷 ； 7 填充回风顶沿 ； 8 旁侧溜井 ； 环形车场 ； 1 0 沉砂池 1 】 水仓 、 水泵房； 1 2 采场 ； 1 3 新鲜风流 ； 1 4 污风 图 1 开 拓 系统 示 意 图 Fi g． 1 Sc he ma t i c di a gr a m o f t h e d e v e l o pme nt s y s t e m 3 采 矿 方 法 3 ． 1采矿方 法选择 采 矿方 法 选 择是 一项 十分 复杂 的系统 工 程 ， 寻 求 安全 、 高效 、 经济 、 合 理 的采 矿方 法 是 矿 山生 产 建 设 的迫切 需要 ， 也 是 矿 山进 行 合 理规 划 、 经 济 开 发 、 安 全 生产 的经济基 础口 引。根据 矿床 地 质条 件 和开 采 技术 经济条 件 ， 在充 分 收 集 整理 国 内外 类似 矿 山 资料 的基础 上 ， 应 用模 糊 数 学 原 理辅 以计 算 机优 化 选择 ， 用定量 分 析 的方 法 ， 确 定深 部矿床 采矿 方法优 选方 案 。 边部 薄矿体 厚 度 小 于 5 m 时 选 用普 通 房 柱 采矿 法 见 图 2 。 4 r Ⅱ l T 一 ．Ⅱ一Ⅱ 1 阶段运输巷 ； 2 -进风巷道 ； 3 ～回风天井 ； 4 上部回风巷道 ； 5一出矿 口； 6 新鲜风流 ； 7一污风 图 2普通房 柱采矿法示意 图 Fi g ．2 S c h e ma t i c di a g r a m of t h e g e ne r a l r o o m a nd p i l l a r m i n i n g m e t h o d 中等厚 度 厚 度大 于 5 m 以上 的矿 体 选用 有底 部结 构分段 空场 嗣后 充填 采矿法 ， 其 中 ， 矿体倾 角小 于 2 5 。 时选 用 底 盘 漏 斗 分 段 空 场 嗣后 充 填 采 矿 法 见 图 3 。 第 2期 朱振华 落凼矿床深部矿体开采技术研究 1 3 Ⅱ L Ⅱ - J I ； 』 业 1 一矿块出矿小井 ； 2 电耙道； 3一斗穿； 4 一斗颈 ； 5 - 一电耙道联络道 ； 6 一打眼道联 络道 ； 7 一填充回风顶沿 ； 8 充填回风小井； 9 炮 孔； 1 O 切割天井 ； 1 1 一切割平巷 ； 1 2 打眼巷道 ； 1 3 一 联络井 圈 3 底盘漏斗分段空场嗣后 充填采矿 法示意图 Fi g ． 3 S c h e ma t i c di a g r a m o f t he c ha s s i s f un ne l s ub l e v e l o p e n s t o pi ng wi t h s ub s e q ue nt ba c kf i l l i ng 当矿体 倾 角 大 于 2 5 。 时 ， 选 用 底 盘 堑 沟 分 段 空 场 嗣后 充填 采矿 法 见 图 4 。 7 1 Ⅱ 1 人行进风井 ； 2 溜矿井； 3 电耙聚矿 道； 4 -一 电耙道 ； 5 斗穿 ； 6 一斗井 ； 7 一堑沟 ； 8 凿岩坑道 ； 9 电耙联 道； 1 0回风小井 ； 1 1 顶沿 ； 1 2 一炮孔 ； 1 3 一胶结填充体 图 4底盘堑沟分段空场嗣后 充填 采矿法示意圈 Fi g ． 4 S c he ma t i c di a g r a m o f c ha s s i s t r e nc h s ub l e v e l o pe n s t o p i n g wi t h s u bs e q u e nt f i l l i ng 3 ． 2盘 区与采 切划 分 采 用底 盘 堑沟分 段 空场 嗣后 充填采 矿 法 时盘 区 沿走向布置 ， 长度 4 5 ～6 O 1T I ， 中段矿柱宽 4 m， 将盘 区划分为上、 中、 下 3个采场 ， 每个采场布置 1条 电 耙道和两条堑沟。采用底盘漏斗分段空场嗣后充填 采 矿法 时 ， 盘 区 垂 直走 向 布 置 ， 采 场 沿 走 向宽 度 1 2 m 采场 斜 长 4 5 ～6 0 r fi ， 每 条采 场布 置一 条 电耙 道 和 两排 受 矿漏 斗 。 3 ． 3回采顺 序 采 用底 盘 漏 斗 受 矿方 式 时 ， 按设 计 把 盘 区作 为 最小 回采 单元 ， 根 据 不 同的 空 区处 理 方 式 把 盘 区分 为两 种情 况 ， 一种 是一 个采 场作 为一 个盘 区 单 采场 盘 区 ， 另一 种是 两条 采 场 作 为 一个 盘 区 双 采 场盘 区 [ 4 -- 6 ] ， 回采 过程 中按 设 计 先 回采单 采 场 盘 区 ， 结 束后 ， 进行 胶结 充 填 ， 待 胶结 充填 体强 度达 到设 计要 求时， 再对双采场盘区进行回采 ， 采后进行废石、 尾砂 联合充填 。这样就实现了真正意义上的无间柱回采。 采用底 盘堑沟受矿形 式时 ， 盘 区沿走 向分 为上 、 中 、 下 3 个采 场 ， 回采 时 ， 先 采 中 间采 场 ， 结束 后 ， 进 行 胶结 充填 ， 待胶结 充填体 强度达到设 计要 求时 ， 再 进行 下 、 上两个采 场的 回采 ， 采后进行尾砂 充填【 7 ] 。 3 ． 4主 要采 场工 程布 置 采用 下盘 脉外 平巷 、 脉外 溜井 的采 矿方 式 ， 采场 的采 切工 程 有 人 行 斜 上 山、 采 场 端 部 溜 井 、 电耙 联 道 、 电耙 道 、 斗 川 、 斗 井 、 受 矿 漏斗 、 堑 沟 、 凿 岩 巷 道 、 切割 天井 、 切割 横巷 、 充 填 回风天 井 。 3 ． 5 回采工 艺 3 ． 5 ． 1 采 场凿 岩爆 破 当采场切割工程结束后 ， 即可 进入 回采 阶段 。 回采 落 矿 采 用 Z G一 9 0凿 岩 机 配 凿 岩 台 架 钻 凿 垂 直扇 形 中深 孔 ， 柱 齿 钻 头 凿 孔 直 径 5 5 ～ 5 8 ram ， 深一 般 不 超 过 1 5 m， 采 用 小 抵 抗 线 、 大 孔 距 ， 矿 房 采用 三 排 一 组 ， 抵 抗 线 1 m， 排 距 1 ． 5 r n ， 孔 底 距 2 ． 5 ～3 m， 凿 岩 台 效 可 达 3 0 m。切 割 槽 也 用 中 孔 制作 ， 最 小抵 抗 线 0 ． 8 ～1 m， 眼底 距 1 ～ I ． 5 m， 作 为崩 矿 自由面 和 补 偿 空 间 。采 场 落 矿 采 用 散 状 硝 胺炸 药 、 风动 装 药 器 装 药 ， 非 电毫 秒 管 及 导爆 索 复 式 网络 起 爆 ， 每米 炮 孔 崩矿 量 可 达 4 ． 5 t ， 炸药 单 耗 0 ． 4 k g ／ t 。 3 ． 5 ． 2 采场 出矿 采场 出矿 用 5 5 k w 电耙 配 0 ． 6 m。耙 斗 ， 最 大 耙 距 不超 过 6 0 m。崩 落矿 石 在 空 场 条 件 下 由漏 斗 底部 结构 或 堑 沟 底 部 结 构 放 出。采 场 沿 走 向布 置 时 ， 采 场 电耙 道所 出矿石 ， 需 经 电耙 聚矿道 进行 二次 倒 矿 ， 二 次破碎 在 电耙道 或漏 斗 内进行 。 3 ． 5 ． 3采场 通风 采场靠主风流通风 ， 新鲜风流经运输道进入 电 耙联 道 、 电耙 道 、 凿岩 上 山后 ， 对 工作 面进 行通 风 ， 污 风经 采场 尾部 的 充填 回风 天 井 进 入 充填 回风 顶 沿 ， 经 3 充 填 回风斜 井排 出地 表 。 1 4 有 色 金 属 矿山部分 第 6 5 卷 3 ． 5 ． 4空 区处 理 采场出矿完毕 后 ， 采场各 通道 口用 钢筋混 凝土密 闭， 由充填 回风顶沿按充填设 计 ， 进行 胶结充填和废石 全尾砂 联合 充填 ， 充填 过程 中向相邻采场倾 向溢 流脱 水 ， 利用电耙道“ ’ 型滤水设施进行溢流和渗滤脱水 。 3 ． 6技术经 济指 标 表 1 采矿 方 法 技 术 经 济 指 标 3 b l e 1 Th e t mi c a l a n d e c o n o mi c i n d e x e s o f n ing me t h o d 4 投 资估算与效益分析 按照 基本建 设 工程量 的确定 原则 确定基 本建 设 工程 量后 ， 根据 建设项 目预算 定额 ， 经初 步估算 该 项 目总投资 为 5 9 0 0万 元 ， 其 中建设 投 资 5 7 0 0万 元 ， 流 动资 金 2 0 0万 元 。项 目建 成投 产 后 ， 项 目年 均 销 售 收入 2 4 9 0 2 ． 1万 元 ， 年 均 利 税 总 额 1 1 4 7 6 ． 6万 元 ， 年均税 后利 润 8 6 0 7万 元 ， 矿 山服务 年 限 1 4年 ， 税 后投 资 回收期 2 ． 6 8年 含 2 年 建设 期 ， 投资利 润 率 1 4 5 ． 8 9 ， 投资估算和效益分析见表 2 ～5 。 表 2产 品 产 量 Ta b l e 2 Pr od u c t y i e l d C u 二 0 M o F e 4 ． 5 1 ． 1 8 0 9 ． 4 5 0 ． 0 2 0 2 0 ． 0 4 1 9 ． 0 6 0 1 ． 0 7 0 0 ． 0 1 8 0 ． 0 3 7 8 ． 2 0 0 9 1 4 3 8 1 ． 6 5 3 6 2 9 ． 1 6 2 5 1 2 8 ． 2 5 3 2 】 1 8 O ． O 0 表 3投资估算 费用构成／ 万元 Ta bL e 3 Es t i ma t e d i n v e s t me nt c o s t c o mpo s i t i o n 表 4总成本 费用 Ta b l e 4 To t a I c o s t 5 结 论 对落 凼 矿床 深 部矿 体 进行 综 合 开发 利 用 ， 实 现 采 选 匹配 ， 采用露 坑联 合 的生产方 式 ， 可避免露 天转 地下 开采后 出现 的 产 量波 动 ， 可 有 效 延长 矿 山服 务 年 限 。同时 ， 对 深部 矿体进 行无 间柱综 合开 采 ， 及 时 对空 区按设 计要 求进 行废石 、 尾砂 胶结 充填处 理 ， 使 井下 开采 过程 中 的空 区处 理 、 地 压 控 制 等安 全 问题 得 到很好 地解 决 ， 采 矿 技 术 经济 指 标 得 到极 大 的优 化 ， 同时也能解决矿 山充填的骨料来源和尾矿处置 问题 ， 特别 是 能大大 减少 1 5 k m 长 距离 的尾矿 输 送 和 长距 离的 回水成本 。 采用 废石 、 尾 矿 、 胶 结充 填 技 术 ， 做 到井 下 废 石 不 出坑 ， 既能 减少废 石运 出地 表 的运 输成 本 ， 又 能解 决 固体废 弃 物堆存 给 矿 山带来 的一 系 列环 保 问题 ， 实 现无 污染 、 无塌 陷 、 无 矸石 的绿色 开采 。 参 考 文 献 [ 1 ] 周君才．难 采矿体新 型采矿法 [ M] ．北 京 冶金 工业 出版社 ， 1 9 9 8 1 3 4 1 4 7 ． [ 2 ] 尹代华 ， 吴爱 祥．缓倾斜 中厚矿体 采矿 方法现 状及 发展趋 势 [ J ] ．金 属 矿 山 ， 2 0 0 7 1 2 1 O - 1 3 ． [ 3 ]吴爱祥 ， 黄明清 ， 王洪江．平底结 构分段 空场 法在倾斜 中厚矿 体 中的应用 [ J ] ．矿业研 究与开发 ，2 0 1 1 3 1 3 ． [ 4 ] 章清涛．堑沟受矿 空场采矿 嗣后 充填法在缓 倾斜 中厚 矿体 中 的应用 [ J ] ．现代矿业 ， 2 0 1 2 8 1 1 1 2 ． [ 5 ] 梁乃跃， 杨 鹏 ， 吕文生 ， 于 跟波．伪倾斜 单采尾 砂胶结 充填采 矿法在缓倾 斜薄 矿体 开采 中的应 用 E J ] ．有 色金 属 矿 山部 分 ，2 0 1 2 ， 6 4 4 6 - 9 ． [ 6 ] 刘立顺 ， 徐开吉 ， 张长锁 ．薄 矿脉无 间柱 非胶结充填 连续开采 技术[ J ] ．有色金属 矿山部分 ， 2 0 1 2 ， 6 4 5 1 9 - 2 2 ． [ 7 ] 张富民 ， 赵永 安 ， 赵 光炎 ， 等．采 矿设计 手册 矿床 开采 卷下 [ M] ．北京 冶金工业出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 8 ] 刘同有 ， 周成浦 ．充填采矿技术与应用[ M] ．北京 冶金工业 出 版 社 ， 2 0 0 1 ． [ 9 ] 李金中， 张济礼 ， 沈 和明．四川省会理 县拉拉铜矿 落凼矿 区延 深勘查地质报告[ R] ．2 0 1 0 ．