某铜矿不同厚度矿体采矿方法与工艺优化研究.pdf

第 4 卷第 6 期 2 0 1 3 年1 2 月 色金 属科 学与工程 Me t a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g Vo 1 ． 4， No ． 6 De c ． 201 3 文章编号 1 6 7 4 9 6 6 9 2 0 1 3 0 6 0 0 7 8 0 4 某铜矿不同厚度矿体采矿方法与工艺优化研究 刘 洪 兴 ， 王进 ， 何 文 1 ． 江西理工大学钨资源高效开发及应用技术 教育部工 程研究 中心 ， 江西 赣州 3 4 1 0 0 0； 2 ． 江西稀有稀土金属钨业集团有限公司 ， 南昌 3 3 0 0 4 6 摘 要 根 据 某铜 矿矿 体赋 存 状 态 ， 在 高温 高硫 采 场 的条件 下 ． 针 对矿 体 的具体 情 况 选 用不 同的采矿 方 法 ， 优化 选择 中厚 以上 及 急倾 斜 矿体 采 用分段 空场 嗣后 充填 采矿 法 ， 中厚 以下倾斜 矿体 采 用爆 力运 矿 空场嗣后充填法， 并对两种采矿方法进行 了结构参数优化， 从现场实施效果来看。 试验研 究获得 了 成 功 ， 取得 了良好 的技 术 经济指 标 ． 为 国 内外 类似矿 体 的开 采提供 了成 功 的经验 ． 关 键词 高温 高硫 ； 分段 空场 ； 爆 力运 矿 工 艺优 化 中图分 类号 T D8 6 2 ． 1 文 献标 志码 A M i n i ng m e t ho ds o f or e bodi e s wi t h d i f f e r e nt t hi c kne s s e s i n a c op pe r m i ne a nd i t s pr o c e s s o pt i m i z a t i o n LI U Ho n g - x i n g ，W ANG J i n ，HE W e n 1 ．E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r o f H i g h e ff i c i e n c y D e v e l o p me n t a n d A p p l i c a t i o n T e c h n o l o g y o f T u n g s t e n Re s o u r c e s ， Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n J i a n g x i Uni v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ，Ga n z ho u 3 41 0 0 0，Ch i n a ； 2 ． J i a n g x i Ra r e E a r t h a n d Ra r e Me t a l s T u n g s t e n G r o u p C o ． L t d ． ， N a n c h a n g 3 3 0 0 4 6， C h i n a Abs t r a c t Ac c o r di ng t o o c c u r r e nc e s t a t e o f a c o pp er o r e b o d y，di f f e r e nt mi ni ng me t h o ds a r e c ho s e n und e r hi g h t e mp e r a t u r e a n d hi g h s ul f u r p i t c i r c ums t a n c e ．Su bs e qu e nt f i l l i n g by s u bl e v e l o pe n s t o pi ng mi ni n g met h o d i s o p t i ma l l y c h o s e n f o r me d i u m- t o - t h i c k a n d s t e e p l y i n c l i n e d o r e b o d y e x t r a c t i o n ， wh i l e s u b s e q u e n t f i l l i n g b y e x p l o s i v e t r a ns p o r t a t i o n mi ni n g me t ho d i s a d o pt e d f o r me di um-t o t hi n a n d s t e e p l y i nc l i n e d o r e b o dy e x t r a c t i o n． St r u c t ur a l pa r a me t e r s o f t he s e t wo mi n i n g me t ho d s a r e o pt i mi z e d ．Fi e l d e x pe r i me nt s a r e s uc c e s s f ul l y c o nd uc t e d a nd g o o d t e c hn o l o g i c a l a nd e c o no mi c i n di c a t o r s a r e o bt a i ne d ，whi c h pr o v i d e s uc c e s s f ul e x pe r i e nc e s f o r o r e bo d y mi ni ng wi t h s i mi l a r c o nd i t i o n s b o t h a t ho me a n d a br o a d． K e y wo r ds h i g h t e mpe r a t u r e a n d h i g h s u l f u r； s ub l ev e l o pe n s t o pi ng； e x pl o s i v e t r a ns p or t a t i o n； pr o ce s s o p t i mi z a t i o n 1 地质概 况及矿床开采技术条件 某铜矿经过 4 0余年开采 ， 矿山已步入老龄化时 期 ， 矿 山年 产 铜 量 3 0 0 0 t ， E t 产 矿 石 量 1 0 0 0 t ／ d ． 矿 区多为第四系覆盖 ， 露头较少 ， 为松散堆积物 、 砾石及 红 褐色 黏 土 。 厚度 0 ～ 3 5 m． 矿体 顶 板 为二 迭 系下 统栖 霞组 大理岩 和二迭 系弧峰组大理 岩 ，厚度 分别 为 1 5 0 ～ 2 0 0 m和 1 0 0 m 矿体底板为 泥盆 系上统五通组石 英砂岩和花岗闪长斑岩． 矿床为层控矽卡岩矿床． 主矿 体分布于 1 2线～ l 7线之间，赋存标高 2 2 ． 5 ～ 1 7 9 m， 矿 体上部尖 端埋藏 l 4线 以西较 浅 。 一 般在 9 ． 2 5 ～ 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 6 一 l 3 基 金项 目 江西 省 教 育厅 科 学 基金 资 助项 目 G J J 1 2 3 6 4 ； 江 西 省科 技 支 撑计 划项 目 2 0 1 3 2 BB G 7 0 0 2 1 ； 江 西 省 自然 科 学 基 金 资 助项 目 2 01 3 2 BAB21 601 9 ． 作者简介 刘洪兴 1 9 8 0 一 ， 男 ， 讲 师， 在读博士 ， 主要从事采矿 工程及地压控制方面的研究， E ma i l l h x l h x 9 7 1 1 6 3 ．c o m． 第 4卷 第 6期 刘洪兴。 等 某铜矿不同厚度矿体采矿方法与工艺优化研 究 7 9 2 2 ． 5 m， 以东埋藏较深 。 在 1 4 ． 5 1 6 r n之间 矿体 下部埋藏 1 4线最深 ， 为一 1 7 9 m， 向西逐渐变浅． 矿体 沿走 向的东部和 中部稍厚 ， 沿倾向上部较厚 ， 向下逐 渐变薄 ， 一般在 5 ． 4 2 ～ 1 1 ． 7 6 m之问． 矿体形态较简单 ， 为透镜状～ 似层状矿 体． 矿体走 向 N E ～ S W, 矿体倾 角 35 。 一 45 。 ． 矿石 自然类型为含铜黄铁矿 、含铜 角砾状大理 岩 、 含铜花 岗闪长斑岩等． 矿体平均含铜 品位 1 ． 0 8％， 含硫品位 2 7 ． 1 4％， 最高达 4 6 _ 3 8％， 具有黏结性和 自 燃性． 矿段以溶洞 、 裂隙充水为主 ， 孔 隙充水次之 ， 矿 体位于 当地侵蚀基准面以下 ， 矿体顶板直接进水 ， 地 质 构 造 较 为复 杂 。 顶 底板 岩 层 一般 稳 定 ， 无 大 的地表 水体 ， 水文地质条件为中等类型． 矿体上部地表有农 庄且两者相距深度小 ， 坑采时 ， 要求不能影响到地表 的下沉 和移 动 ． 2 方案优化设计原则及 结果 根据矿 山地质条 件和 开采 技术条 件及矿 山实 际生产情况 ， 对矿 山开采方案优化选择提 出以下原 则【 卅 1 矿 山采场的生产能力要大 ， 实现矿 山 日产矿 石量 1 0 0 0 t ／ d 。 必须要切实提高矿山生产能力． 2 提高矿 山的采矿工效 ， 降低矿 山的流动密集 程度 ， 是提高矿山经济效益和降低生产成本的主要途 径 之一 ． 3 采切比要尽量小． 降低矿 山采切 比， 可使矿山 在 回采同样的矿石量情况下 ，节约矿山生产成本 ， 缩 短矿 山生产周期 ． 增加矿山企业的经济效益． 4 矿山采矿贫化率和损失率低． 尽量降低矿山 采矿贫化率和减少矿石损失率 ， 采矿贫化率和矿石损 失率是矿 山企业重要的技术经济指标． 5 降低采矿成本 ， 使其达到最小化． 一个矿山 企业 的经营管理水平如何 ， 经济效益是否 良好 ， 最主 要看 它 的采矿 成 本 ， 矿 山 的采 矿 成本 越 低 ， 矿 山企 业 经济 效益 越好 ． 6 安全程度高． 所选采矿方法要考虑采场高温 高硫 的实际情况 ，要充分保证采场人员和设备的安 全 ， 同时为保护地表工业设施和民宅 。 地表不允许 陷 落和 移动 ． 7 采矿工艺要易于工人掌握 ， 有利于工人施 工 操作． 在矿山推广一种简单实用的方法 和工艺 ， 将对 矿山生产效率和管理水平的提高极为有利． 8 要 最 大 程 度 的 利 用 矿 山 已有 的工 程 和 生 产 设 备 ． 根据以上的原则及要求 ， 适合矿山开采的方法有 上向分层充填法、 分段嗣后充填法及下向分层充填法 等． 它们的主要技术指标如表 1 所示． 表 1 主 要 技 术 指 标 表 经过 综合 技术 经 济 比较 ． 优 化选 择 中厚 以上及 急 倾斜矿体采用分段空场嗣后充填采矿法 ， 中厚 以下倾 斜 矿 体采 用爆 力运 矿空 场 嗣后 充填 法． 3 分段空场嗣后 充填 采矿法工艺 1 采场结构参数15 - 9 ] 垂直矿体走 向布置矿块 ． 每 个矿块划分为矿柱和矿房 ， 分两步骤 回采 ， 先 回采矿 柱 ， 再回采矿房． 矿柱宽度 8 ～ 1 0 m， 矿房宽度l 2 ～ 1 6 m， 矿块长等于矿体 的水平厚度 ， 阶段高 4 5 m， 分成 4个 分段． 最下部分段为堑沟拉底凿岩分段 ， 分段底柱 高 8 ～ 1 1 i n ， 最上分段 留 4 m顶柱． 矿房和矿柱均采用分 段凿岩和阶段出矿的方式 ， 嗣后进行一次性充填． 2 采准 、 切割工作 如图 1所示 ， 采准工作 主要 从上盘阶段运输平巷向矿柱 、 矿房分别各掘进一条运 搬横巷 ， 均匀分布于房、 柱交界处 ， 在运搬横巷内每隔 6 8 m左右分别向矿柱 、矿房掘 3至 4条装矿斜巷 。 于运搬横巷斜交 ， 再由装矿斜巷分别向矿房 、 矿柱掘 堑 沟 拉底 凿 岩横 巷 ， 矿 房 中 央布 置 两 条 。 矿柱 中央 一 条 。 中心距约为 6 m． 由此最终形成 堑沟拉底底部结 构． 将矿房专用运搬横巷末端延掘到矿体下盘 ， 掘下 盘铲运机运搬平巷 、 阶段溜矿井 矿块下盘中央处 、 人行天井 矿块下盘 ， 再掘分段凿岩横巷 、 分段凿岩 联络平巷． 切割工作 主要是在采准工程结束后 ， 在各 分段凿岩横巷靠近上盘处上掘切割天井． 3 回采工作 回采工作包括落矿 、 采场通风 、 出 矿等． ①落矿 从堑沟拉底凿岩分段上一分段开始 ， 先崩落切割立槽和靠近下盘的三角矿带 ， 然后由铲运 机出矿 ， 出矿形成补偿空间后 ， 再崩落本分段余下部 分矿体， 崩落完本分段后继续崩落上分段的切割立槽 有 色金 属科 学与 工程 2 0 1 3 年1 2 月 和靠近下盘的三角矿带． 依此进行 ， 直到崩完本 阶段 中最后分段 的全部矿体 ； ② 采场通风 新鲜风流通过 从阶段运输平巷流人 。 流经拉底凿岩横巷、 运搬横巷 、 装矿斜巷等到达采场 。 清洗工作面后 ， 污风经分段凿 岩横巷 、 分段联络平巷 、 充填井排至上一个 中段 的回 风巷道． 铲运机出矿时 ． 一部分通风风路与采场 的通 风风路相同 ， 另一部分风路由阶段运输平巷流入 ， 经 人行天井 、 充填井排至上一个 中段的回风巷道 ； ③ 出 矿 各个分段每次爆破崩落的矿石全部集结到的底部 V形堑沟内，由 T 4 G型铲运机进行出矿． T 4 G型铲运 机 由运搬横巷进入装矿斜巷进行装矿。 装矿由原路退 回， 再经铲运机运搬联络平巷后将矿石倒入溜矿井 ， 矿石在下一中段进行统一装车提升； ④嗣后充填 各 分段出矿完毕后 ． 对矿房和矿柱进行阶段嗣后一次充 填 ， 矿房采用尾砂充填 ， 矿柱采用尾砂胶结充填 ， 充填 应 尽可 能接 顶[ 1 0 J ． 图 1 分段空场 嗣后 充填采矿法图 1 ． 底板运输巷道 ； 2 ． 切割横巷； 3 ． 顶柱 ； 4 ． 充填联络道 ； 5 ． 炮孔排线 ； 6 ． 切割天井 ； 7 ． 凿岩巷道 ； 8 ． 人行井 4 爆 力运矿 空场嗣后充填 法工艺 1 矿块结构参数I “ 4 】 矿块垂直走 向布置 ， 划分 矿柱 、 矿房 ； 先采矿柱 ， 后采矿房 ； 采用中深孑 L 凿岩， 分 次爆 破 ， 爆力 运 矿 ， 电耙 出矿 ； 矿 块布 置 如 图 2所 示 ， 主要结构参数如下 采场宽度 1 0 ～ 1 2 m，分段高度 2 O 2 5 m， 底柱高度 6 8 m． 矿房回采长度 3 2 m， 漏斗 间距 6 m， 切割槽宽 3 m， 高 1 2 ． 5 m， 长 7 m． 矿柱 回采 后采用尾砂胶结充填 ． 矿房回采后采用尾砂充填【 】 5 J ． 2 采准切割工作 ． 采准切割 工作 由切割平巷 、 电耙道 、 绞车硐室、 凿岩上 山、 人行通风井等组成． 电 耙道布置在中段运输水平 以上 2 m处 ， 沿矿体走 向 布置 ，电耙 道布置在矿体 内靠近矿体下盘 的位置 ， 以保证 电耙 道 的安 全 ．同时可 以减少 其支护工 程 量 ；中段运输平巷水平 以上 6 ～ 8 m处掘切割平巷 ， 沿矿体走 向布置 ， 电耙道与切割平巷之间设有两漏 斗连通 ， 漏 斗间距 6 m； 在切 割平 巷中央 ， 于矿岩交 界 处 以上矿 体 内 ．沿矿体倾斜 方 向向上掘凿岩 上 山 ； 通过绞车硐 室 、 凿岩上 山联络道使 凿岩上 山在 上部与川脉巷道相贯通 ， 通过在绞车硐室一侧掘进 与上 中段贯通 同时人行通风井作为矿块 回采后 的 嗣后充填井． 3 回采工作． 采用分段矿房 回采 的方法 ， 先 回采 上一分段矿体 ， 回采结束后进行充填 ， 充填完再进行 下一分段的回采 ； 在矿房 内， 先形成一条切割槽 ， 切割 槽垂直矿体走 向布置 ， 以切割槽 为 自由面 ， 向切割槽 两侧依次进行爆破 。 通过爆破形成切割堑沟和补偿空 间 ． 然后进行矿石 的回采． 拉底工程是在切割平巷 内 垂直矿体布置扇形中深孔 ， 以切割槽为 自由面， 依 次 向两侧爆破 。 最终形成堑沟和崩矿补偿空间． 采用堑沟集矿 ， 电耙 出矿的出矿方式 ， 电耙有效 耙距即为矿块的宽度 ， 约为 1 0 ～ 1 2 m， 耙矿效率得到 了极大的提高． 采场通风新鲜风流首先由中段运输平巷进入 ， 然后经川脉巷道到达电耙道 ， 再流经斗川 、 斗颈和人 行天井 ， 最后进入采场 ， 清洗作业面后 ， 污风从凿岩上 山进入上一 中段的回风巷道排走． 第 4卷 第 6期 刘洪兴， 等 某铜矿不同厚度矿体采矿方法与工艺优化研 究 1 ． 中段运输巷道 2 ．4 mx 2 ． 6 5 m ； 2 ． 凿岩巷道 2 ．8 rex 2 ． 8 m ； 3 ． 炮孔排线 ； 4 ． 电耙硐室 2 mx 2 m 5 ． 人行风井 1 ． 5 mx 2 m ； 6 ．联 络道 1 ．5 mx 1 ． 8 I l 1 ； 7 ． 电耙道 2 m x 2 m 5技术经济指标 现场的试验结果表 明 不同的矿体采用不 同的采 矿方法 ， 均取得 了较好的技术经济指标 ， 分段空场嗣 后充填采矿法和爆力运矿空场嗣后充填采矿法的技 术 经 济指标 见 表 2 ． 6结 论 1 某铜矿矿体属于高温高硫矿体， 应严格按照高 温高硫矿体防自爆安全技术规程要求施工 ，加强通风 防尘管理 ， 改善采场现场作业环境 ， 预防矿山火灾事故． 2 通过对矿体的赋存状态的深入研究 ， 针对矿体 表 2技术经济指标表 的具体情况选用不 同的分段空场嗣后充填采矿法和爆 力运矿空场嗣后充填采矿法 ， 试验研究获得了成功， 取 得 了较好的技术经济效果 ，为企业带来可观的经济效 益 ， 而且为国内外类似矿体的开采提供了成功的经验． 参 考 文献 【 1 】吴金荣 ， 吴贤振． 某 铜矿上向水平分层尾 砂充填采矿法 工艺优化研 究l J I_ 矿业快报 ， 2 0 0 5 5 3 2 3 3 ． 【 2 】马毅敏 ，连民杰． 倾斜 中厚低品位铁矿采矿方法选择 与优化研究『 J ] ． 金 属矿 山 ， 2 Ol 1 9 1 2 1 5 ． [ 3 J 王 燕． 关 于缓倾斜 中厚矿 体两种采 矿方法 的比对分 析l J 】 ，现代矿 业 ， 2 0 1 3 2 9 1 1 ． 【 4 】 赵奎 ， 许振华 ， 吴贤振． 某钼矿采矿方法的优化设计f J 1 ． 江西理工大 学学报 ， 2 0 0 6 ， 2 7 1 1 6 1 8 ． [ 5 】 解世俊． 金属矿床地下开桌[ M】 ． 北京 冶金 业出版社 ， 1 9 7 9 ． 【 6 ] 吴 贤振 ， 饶运章 ， 熊正明． 铜 山铜 矿分段凿岩 阶段矿房嗣后充 填采 矿法工艺优化研究【 J J ． 南方冶金学 院学报 ， 2 0 0 3 ， 2 4 4 1 - 4 ． [ 7 】王惠庆 ， 王 文茂 ， 周述峰 ， 等． 九仗沟金矿下盘破碎矿体开采技 术研 究f J ] ． 有色矿冶 ， 2 0 1 3 ， 2 9 2 1 6 - 1 8 ． [ 8 ]吴贤振 ， 饶运章 ， 潘建平．电耙漏 斗分段凿岩 阶段 矿房嗣后充填法 lT艺改进的研究[ J ] ． 矿业 工程 ， 2 0 0 4 ， 2 4 1 6 一 l 7 ． [ 9 】 蔡 泽 山．中深 L 分段 空场法 在赛 什塘铜 矿 的应用[ J 】 ．现代 矿业 ， 2 0 1 l 3 6 9 - 7 1 ． 【 1 0 ] 谢永生． 分段空场嗣后充填采矿法在巴基斯坦杜达铅锌矿的研究 与应用叨． 有 色金属工程 ， 2 0 1 2 1 3 9 4 2 ． 【 l 1 ]古德生 ， 李夕兵 ． 现代金 属矿床开采 科学技 术【 M】 ． 北京 冶金工业 出版社 ． 2 0 0 9 ． [ 1 2 】袁世伦． 爆力运 搬分段空场采 矿法在铜 山铜矿 的研 究与应用 f J 1 ． 中国矿山工程 ， 2 0 0 4 ． 3 3 6 1 3 1 5 ． 【 l 3 1 王锐． 爆力运搬分段 空场采矿法倾斜_ b_ t t t 的施 工技术与工艺 【 J J - 现 代矿业 ， 2 0 l 0 3 1 0 3 1 0 5 ． 【 1 4 】 许荣 勇． 爆力运搬 采矿技 术在倾斜 中厚矿体 中的运用 [ J 1 _矿 业工 程 ， 2 0 0 5 ， 3 3 1 2 一 l 5 ． 【 l 5 】 王杰 ， 颜 土荣 ， 简云林 ， 等． 中深 L 房柱式爆 力运搬嗣后充填 法在 用沙坝的应用『 J 1 ． 现代矿业 ， 2 0 1 0 5 8 2 8 4 ．