叁沟矿缓倾斜中厚至厚矿体采矿方法研究.pdf

S e r i a l No ． 5 58 Oc t o b e r ． 2 0 1 5 现代矿业 M0DERN MI NI NG 总 第 5 5 8 期 2 0 1 5 年 1 0月第 1 0期 叁沟矿缓倾斜 中厚至厚矿体采矿方法研究 杨清林 孙德宁 于政海 1 ． 八家矿业股份有限公司； 2 ． 东北大学资源与土木工程学院 摘要针对叁沟矿缓倾斜 中厚至厚矿体的赋存条件 ， 提 出了分段 空场嗣后充填法和胶结矿 柱房柱法联合开采 ， 介绍 了联合采矿方法的采准、 切割、 回采、 充填过程。结果表 明 分段 空场嗣后 充填法能够较好地适应缓倾斜厚矿体 ， 回采率高， 成本低 ， 经济效益显著， 同时， 房柱法又能很好地 解决小矿体的开采问题 ， 联合采矿方法取得 了预期 的效果 ， 为矿 山合理经济开采提供 了依据。 关键词缓倾斜 中厚至厚矿体分段 空场嗣后 充填法胶结矿柱房柱法 Re s e a r c h o n t h e M i n i n g M e t h o d o f t h e S l o wl y I n c l i n e d M e d i u m T h i c k a n d Thi c k Or e bo dy i n Sa n go u M i n e Y a n g Q i n g l i n S u n D e n i n g ’ Y u Z h e n g h a i 1 ．B a j i a Mi n i n g C o ． ， L t d ． ； 2 ．C o l l e g e o f R e s o u r c e s a n d C i v i l E n g i n e e r i n g ， N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e o c c u r r e n c e c o n d i t i o n s o f t h e s l o w l y i n c l i n e d me d i u m t h i c k a n d t h i c k o r e b o d y i n S a n g o u mi n e ，t h e c o mb i n e d mi n i n g s c h e me b a s e d o n s u b l e v e l o p e n s t o p e fi l l i n g me t h o d a n d c e me n t e d p i l l a r r o o m a n d pi l l a r me t h o d i s pr o po s e d，wh i c h i t s p r o c e s s o f mi ni ng，c u t t i n g，s t o p i ng a n d fi l l i n g a r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l ．T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e s u b l e v e l o p e n s t o p e fi l l i n g me t h o d c a n a d a p t t o t h e s l o wl y i n c l i n e d o r e b o d y，wh i c h h a s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f h i g h r e c o v e r y r a t e，l o w c o s t a n d s i g n i fic a n t e c o n o mi c b e n e fit s ，a nd c e me n t e d pi l l a r r o o m a n d p i l l a r me t h o d i s s u i t a b l e t o t h e s ma l l e r o r e b o d y ． Th e e x p e c t a n t e f f e c t o f t h e c o mb i n e d mi n i n g s c h e me i s o b t a i n e d，w h i c h c a n p r o v i d e t h e b a s i s f o r t h e r e a s o n a b l e a n d e c o n o mi c a l mi n i n g ． Ke ywo r d s S l o wl y i n c l i n e d me d i u m t h i c k a n d t hi c k o r e b o d y，S u b l e v e l o pe n s t o pe fil l i n g me t h o d， C e me n t e d p i l l a r r o o m a n d p i l l a r me t h o d 缓倾斜 中厚 至厚 矿体 的开采一直是 世界性难 题 ， 这类矿体通常倾角为 5 。 一 3 0 。 ， 厚 44 0 m， 在我 国占有相当大的比例 ， 据统计 ， 我 国 1 8 ％铁矿储量 ， 5 ％ 一9 ％有 色金属矿 山储量为该类矿体 j 。 目前 我国开采此类矿体的方法中， 5 0 ％为房柱采矿法， 3 5 ％为底盘漏斗采矿法 ， 其他主要为分层充填法和 电耙留矿法 。而 国外开采 这类矿体则 主要采用 房柱法， 其 比例高达 6 1 ％， 采用充填法的 比例达 2 3 ％ ， 其他主要用爆力运搬采矿法lL 3 4 。 。房柱法是开 采水平到缓倾斜矿体常用的采矿方法， 采准切割工 程量不大， 工作组织简单 ， 坑木消耗少 ， 通风 良好 ， 但 矿柱矿量所 占比重较大， 矿石损失大 J ， 一般间断 杨清林 1 9 6 3 一 ， 男， 副总经理， 工程师， 1 2 5 3 1 6辽宁省葫芦岛 矿柱占1 5 ％ ～ 2 0 ％， 连续矿柱占4 0 ％[6 -7 ] 。此外， 在 回采过程中还要面对空场条件下的作业安全问题， 顶板处理主要采用喷锚、 留设点柱及浅孔预切顶等。 目前采场出矿设备主要为电耙 ， 效率低下 ， 采场生产 能力有限。底盘漏斗空场法是在矿体底盘围岩中布 置底部结构， 崩落的矿石借助 自重溜放到底盘漏斗 中 引， 工人在底部结构 中作业 ， 安全性较好 ， 但采场 底部漏斗数量众多 ， 千吨采切 比大 ， 对于低品位或价 值不高的矿体经济上不合理， 且辟漏工艺复杂， 工人 劳动强度大， 对采场的组织和管理要求高 。 。 。可 见 ， 我国 目前在对缓倾斜 中厚至厚矿体开采的方法 和工艺方面存在较多不足 。 1 地质概 况及开采技术条件 叁沟矿位于建昌县八家子镇西南 2 k m， 矿区中 心地理坐标为东经 1 2 0 。 0 2 3 7 ” ， 北纬 4 0 。 3 4 0 8 。区 1 5 总第5 5 8期 现代矿业 2 0 1 5年 1 0月第 1 0期 域内以断裂构造为主， 褶 皱构造次之。断裂构造 以 北东和北西 向最 为发 育， 断裂多显示 逆断层性质 。 主要工业矿体赋存在高于庄组含锰白云岩与大红峪 组陆源碎屑岩的接触破碎带中。矽卡岩蚀变为成矿 提供 了良好的围岩条件 ， 并萃取 出成矿物质 ， 而后期 的热液充填交代作用最终铸就了矿床。 矿体形态主要呈透镜状、 脉状、 似层状 以及不规 则状等。矿体走 向 N W， 倾向 N W， 垂直厚 6～ 3 0 m， 平均为 1 5 m， 赋存标高为 一 3 3 0一一 5 2 0 m， 倾角为 1 0 。一 4 5 。 ， 平均为 3 0 。 。矿体及其顶底板岩石质量多 为中等， 岩体结构较完整， 属于中等稳定； 矿体品位 较低 ， 铅 、 锌的平均品位分别为 0 ． 6 4 ％和 2 ． 0 7 ％ ， 伴 生硫平均品位为3 0 ％， 伴生铜品位为0 ． 3 ％， 伴生银 品位为 5 2 ． 3 81 0～。 2 现有采矿方法 目前叁沟矿采用多种采矿方法 全面法 、 机械化 上向分层充填法 、 底盘漏斗空场法。采用全面法的 采场回采率仅 为 6 0 ％ ， 且 工人在 顶板暴 露面下 作 业 ， 安全条件差 。而底盘漏斗空场法采场除采准切 割工程量大之外 ， 由于矿体垂直厚度不高 ， 底柱所 占 整体矿量 比重大 ， 约 3 0 ％ ， 且漏斗上部存矿多 ， 回采 率不高 ， 为 6 0 ％ 一 7 0 ％。机械化上向分层充填法采 用尾砂充填 ， 工艺复杂 ， 回采循环时间较长 ， 生产能 力相对较低 ， 采矿与充填配合不 好 ， 充填工 艺不成 熟 ， 对矿块生产能力影响较大； 由于倾角较缓 ， 采准 工程量 大； 此 外 ， 由于本 区铅锌矿 磨矿粒 度细 ， 达 一 4 0 0目， 不易分级， 尾砂沉降困难， 固结性差， 不适 用于尾砂充填。 3 采矿方法改进 根据相关文件及规定 ， 新建金属非金属地下矿 山必须对能否采用充填采矿法进行论证并优先推行 充填采矿法 。充填采矿法 的适用条件 ①矿石 品位 高的富矿 ， 稀有 、 贵重金属矿床 ； ②矿体形态很不规 则 ， 厚度 、 倾角变化大， 分枝复合现象严重 ， 含夹石多 的矿床； ③矿体的上、 下盘围岩不稳固或矿石、 围岩 都很破碎的矿床 ； ④地表有河流 、 湖泊、 农 田、 果 园、 铁路村庄等需要保护的矿床 ； ⑤埋深超过 8 0 0 m的 某些矿床； ⑥开采有内因火灾或有放射性危害的矿 床 ； ⑦若贫矿在上部 ， 富矿在下部 ， 需优先开采富矿 的矿床 ； ⑧矿体垂深很大， 需在垂直方向上分数区段 同时开采的矿床； ⑨需由下而上回采推进的矿床。 由于尾砂充填工艺复杂 ， 成本较高 ， 所以采用基 于毛石的干式充填 ， 另分层充填不适宜充填大量毛 石 ， 所 以对厚度 1 0 1 13以上的主要矿体采用分段空场 】 6 嗣后充填法 ， 充填料主要为毛石 ， 而厚度 1 0 m以下 的薄矿体采用房柱法 。 3 ． 1 分段空场嗣后充填采矿法 3 ． 1 ． 1 矿块布置及构成要素 矿块沿走向布置 ， 长 1 0 0 m， 阶段高度为 4 0 m； 为减少底柱矿量损失 ， 凿岩巷道沿矿体下盘布置； 为 适应矿体倾角变化， 分段高度为 1 0 ～ 2 0 m， 矿房宽 度为 8～2 0 m， 倾角大 时取大值 ， 倾角小 时则取小 值 ； 采用平底堑沟式底部结构 ， 见图 1 。 4 3 图 1 平底 堑沟式底 部结构 1 一 出矿巷道 ； 2 一装矿进路 ； 3 一堑 沟巷道 ； 4 一充填联络道 ； 5 一 充填井 3 ． 1 ． 2 采准切割 从阶段运输平巷掘凿穿脉至矿体， 在矿体下盘 掘凿 出矿巷道 ， 然后掘凿切割天井 ， 自各 阶段运输平 巷掘系统溜井 。自分段出矿巷道向分段凿岩巷道掘 进装矿进路。利用上 阶段运输平巷掘进充填斜井 ， 在斜井内沿矿体走 向掘进充填巷道 ， 然后掘进充填 联络道。利用 F B ． 1 0 0型钻机 ， 由上 向下布置炮 孔 ， 采用大直径深孔分段爆破法形成充填井 。分段空场 嗣后充填采矿法示意见 图2 。 图 2 分段 空场 嗣后 充填 采矿 法示意 1 一本 阶段运输巷道 ； 2 一放矿溜井 ； 3 一分段凿岩巷道 ； 4 一分段出 矿巷道； 5 一上 阶段运输巷道 ； 6 一 充填巷道 ； 7 一充填 回风斜井 3 ． 1 ． 3回采工 艺 切割槽 以切割天井为 自由面 ， 由下分段至上分 段逐次爆破拉槽炮孔形成。采用 Y G Z 9 0型凿 岩机 打垂直扇形炮孔 。钎头直径为 6 0 m m， 炮孔直径为 6 5 m m， 最小抵抗线为 1 ． 5 m， 孔间距为 2 m， 孔深 1 0 2 0 m。采用粉状乳化炸药 ， 非 电导爆管起爆 。以 切割槽为 自由面起爆垂直扇形炮孔 向两侧后退 ， 每 次爆破一排或多排。采下的矿石借自重落至装矿巷 道 ， 由 WJ D 一 1电动铲运机将矿石转至溜矿井下放。 3 ． 1 ． 4 充填工艺 地表充填站采用立式 砂仓 ， 1个水 泥仓 和 2个 杨清林孙德 宁等 叁沟矿缓倾斜 中厚至厚矿体采矿方法研 究 2 0 1 5年 1 0月第 1 0期 尾砂仓， 充填料混合后经原有勘探大钻孔送入井下， 充填倍线为 5～ 7 。尾砂胶结充填灰砂 比为 1 6 ， 料 浆浓 度为 6 0 ％ ～ 7 0 ％。从采场充填 巷道 吊挂外包 滤布的塑料波纹泄水管 ， 在 出矿进路 中构筑充填泄 水挡墙 ， 采用钢筋柔性挡墙 。干式充填采用井下岩 巷掘进所出废石 ， 经各阶段运输巷道和斜井运至充 填巷道 ， 倒人采完采场。充填料浆经充填管输送到 充填巷道 ， 从充填天井 或残 留炮孔进入采场。在靠 近下一采场边界 ， 预设注浆管 ， 采用尾砂胶结充填 。 3 ． 2 胶结矿柱房柱采矿法 目前 ， 房柱法仍然是开采水平到缓倾斜矿体最 常用的方法 ， 具有灵活性强 ， 适应范围广 的特点。因 此 ， 对于厚度在 1 0 IT I 以下的边角矿和小矿体， 采用 房柱法。然而普通房柱法的突出缺点是矿柱所 占比 重大， 损失矿石比重大。因此， 采用胶结矿柱房柱采 矿法。该法分两步骤开采 ， 第一步先采矿柱 ， 然后胶 结充填 ； 第二 步 回采矿房 ， 采用尾砂充 填。矿房宽 1 5 i n ， 矿柱宽 5 I n ， 工作面沿倾斜方 向布置 ； 矿柱和 矿房采用浅孔落矿法 回采 ， 7 6 5 5型凿岩机凿岩 ， 当 矿体厚度大于4 in 时， 局部留矿， 以便工人站在矿堆 上凿岩 ； 使用 3 0 k W 电耙 0 ． 3 m 耙矿 ， 将矿石耙 至放矿溜井中， 放至阶段运输巷道装车， 由于双滚筒 电耙绞车只能直线耙矿 ， 在采场顶板稳 固性较好时 ， 改用三滚筒绞车 ， 可在较大范 围内耙矿 ， 扩大采场宽 度 ， 提高生产能力 ； 矿柱采完后 ， 分别在其两端设置 挡板和滤水 网， 进行 胶结充填 ， 充填料浆灰 砂 比为 1 6 ， 距离顶板 0 ． 5 m时， 掺入膨胀水泥， 以利于接 顶 。胶结矿柱房柱采矿法示意见图 3 。 囱 l 、 ＼ 2 m I 图 3 胶结矿柱房柱 采矿 法示意 1 一阶段运输巷道 ； 2 一矿柱 ； 3 一切割平巷 ； 4 一 电耙绞车 ； 5 一切割上山 ； 6 一通 风联络巷 ； 7 一溜井 ； 8 一人行井 4 主要技术 经济指标 依据矿山实际生产情况， 通过计算并修正后， 确 定分段空场 嗣后充填 法 回采率 为 8 5 ％ ， 采切 比为 6 ． 3 m ／ k t ； 胶结矿柱房柱法 回采率为 9 0 ％ ， 采切 比为 1 2 ． 8 m／ k t 。主要技术经济指标见表 1 。 表 1 主要技术经济指标 5 结语 1 叁沟矿多年来一直未找到适合本矿缓倾斜 中厚至厚矿体的开采方 法， 长期 困扰着矿 山生产。 分段空场嗣后充填法能够有效解决缓倾斜矿体开采 的回收率和经济效益问题 。凿岩巷紧贴矿体下盘布 置， 对矿体倾角变化的适应性强， 加之采用堑沟式底 部结构， 矿石回收率可达 8 5 ％。由于采用毛石 回 填 ， 可减少矿山废物排放 ， 同时节约提升费用 。叁沟 矿仅 一 4 0 0 i n 2个掘进面所出毛石充填后 ， 每天可节 约提升电费和人工费 1 0 0 0元 ， 经济效益明显 。 2 对于小矿体和三角矿体 ， 采用房柱法 ， 很好 地解决了矿体赋存条件的复杂性和多样性。同时工 作面沿倾斜方向布置， 对缓倾斜矿体适应性强， 采用 两步骤开采， 胶结充填矿柱， 可使回采率达到 9 0 ％， 生产效率大幅提高。 参考文献 [ 1 ] 黄胜生． 国内外缓倾 斜 中厚矿 体采矿 方法现状 [ J ] ． 矿业研 究 与开发 ， 2 0 0 1 4 2 2 - 2 4 ． [ 2] 尹升华 ， 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 7 1 0 ． 1 3 ． [ 3 ] 胡际乎． 国外缓倾斜 中厚矿体采矿方法的新发展[ J ] ． 化工矿 山技 术 ， 1 9 8 9 ， 1 8 1 7 - 1 0 ． [ 4 ] g ,l 、 宏生． 浅孔采矿方法在缓倾斜中厚矿体中的应用[ J ] ． 金属 矿山 ， 2 0 0 6 9 2 9 - 3 3 ． [ 5 ] 采矿手册 编辑委员会． 采矿手册 第四卷[ M] 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