铜绿山铜铁矿大直径深孔采矿方法应用研究.pdf

S e r i e s N o ． 3 5 8 金 禹 矽 山 ME T AL MI NE 总 第3 5 8期 2 0 0 6 年第4期 铜 绿 山铜铁矿 大直径 深孔 采矿 方 法应 用研 究水 谢本贤 中南大学 摘要铜绿山铜铁矿大直径深孔采矿法 自1 9 9 5年试验成功以来，以其高效和低成本的优点迅速得到了推 广应用， 并在近 1 O年多来发挥了很大的作用。然而 ， 近来调查表明， 由于地质条件的变化 ， 其应用存在诸多问题。 阐述了铜绿山大铜铁矿直径深孔采矿法的应用现状与主要的生产问题 ， 并在此基础上研究了其主要诱因。通过综 合分析认为， 提高大直径深孔采矿法凿岩质量、 改进爆破参数与爆破工艺是解决其问题的关键 ， 而研究完善大直径 采矿工艺 、 建立适应的安全防护预警系统， 是确保大直径深孔采矿法推广应用、 矿山持续稳定地供矿及三期安全顺 利开采的基础。 关键词 大直径深孔采矿方法采场安全 Re s e a r c h o n t h e a p p l i c a t i o n o f L a r g e Di a me t e r Lo n g h o l e M i n i n g M e t h o d i n To n g l u s h a n Co p p e r a n d I r o n M i n e Xi e Be n x i a n C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y Ab s t r a c t T h e l a r g e d i a me t e r l o n g h o l e mi n i n g me t h o d h a s b e e n wi d e l y a p p l i e d a n d p l a y e d a g r e a t r o l l i n T o n g l u s h a n C o p p e r a n d I ron Mi n e wi t h i t a d v a n t a g e s o f g o o d s a f e t y．h i g h e f f i c i e n c y a n d l o w e o s t s i n c e 1 9 9 5 i t s f i r s t s u c c e s s f u l l y a p p l i - c a t i o n i n t h i s mi n e ．Ho we v e r ，t h e r e a r e ma n y p r o b l e ms i n t h e p r o d u c t i o n ，f o r w o r s e g e o l o g i c c o n d i t i o n ．T h i s p a p e r g i v e s a i n t r o d u c t i o n t o i t s a p p l i c a t i o n a n d i t s p r o b l e m s ， a n d t h e m a j o r c a u s e s b a s e o n i t s i n v e s t i g a t i o n ．A c o o r d i n g t o t h e a b o v e r e 。 s e a r c h ．T h e p a p e r p o i n t s o u t， t h a t t h e k e y t o s o l v e t h e p r o d u c t i o n p r o b l e ms a n d wi d e l y a p p l i c a t i o n f o r l a r g e - d i a me t e r l o n g - h o l e mi n i n g me t h o d i n To n g l u s h a n C o p p e r a n d I r o n Mi n e ，i s i mp r o v e me n t o f t h e d r i l l i n g q u a l i t y，a n d t h e b l a r i n g p a r a me t e r s ， a n d t h e b l a s t i n g t e c h n i c s a n d e s t a b l i s h a u s e f u l s a f e mi n i n g p rot e c t i o n s y s t e m ， wh i c h c o u l d e s t a b l i s h a g o o d b a s e f o r i t s f u r t h e r d e e p l y mi n i n g ． Ke y wo r d s L a r g e - d i a me t e r l o n g h o l e，Mi n i n g me t h o d ，S t o p e s a f t y 铜绿山铜铁矿是一大型采选联合矿山， 设计规 模为 日采选矿石 4 0 0 0 t 。矿山目前拥有 l 2个矿 体， 其中以 I、 Ⅲ、 Ⅳ号矿体规模最大， 为矿山的主要 矿体。该 3 个矿体的铜金属量高达全矿区铜金属量 的8 8 ％。其中， I 号矿体采用露天开采， Ⅲ、 Ⅳ号矿 体采用地下开采。Ⅲ号矿体长 3 7 0 I n ， 平均厚度 5 0 m， 最厚达 1 0 0～1 5 0 m， 倾角5 0 。 ～7 5 。 ， 最大延深达 8 3 0 m； IV 号矿体长 6 5 0 m， 平均厚度 1 5 m， 最厚4 5 m， 倾角5 5 。 ～7 5 。 ， 最大延深4 0 0 m以上。矿岩属中 等稳固。 2 0世纪 8 0年代 以前 ， 铜绿 山矿井下一直采用 上向水平分层充填法开采。由于其 回采工艺复杂 ， 作业安全性差、 生产能力低 、 采矿成本高， 为了改变 这种状况， 矿山试验采用大直径深孔采矿法， 并于 1 9 9 5 年获得成功。目前Ⅲ号矿体应用大直径深孔 采矿法的比例按矿石产量计算高达 6 0 ％， 其余采用 分层充填法开采。 通过 l 0年多的实践 ， 铜绿山铜铁矿大直径深孔 采矿工艺获得了改进和完善 ， 取得了一定的经验 ， 同 时也存在着不少问题。以下就目 前应用的工艺做一 简要的叙述， 对其存在的问题及原因进行初步研究。 1 铜绿山矿大直径深孔法应用现状 1 ． 1 采场结构参数 矿山中段高度为 6 0 11 1 。采场垂直走向布置。 每个采场宽 1 0 m， 长为矿体厚度， 约4 0～5 0 m。沿 湖北省攻关项目 ． 项 目编号 J J J o 1 5 6 。 谢本 贤 1 9 6 5一 ． 男． 大冶有 色金属 有限公 司副总经理 ， 中南 大学在 凄博士， 4 3 5 0 0 5湖北省黄石市。 鞭 酝 豁 嚣 维普资讯 谢本 贤 铜绿山铜铁矿大直径深孔采矿方法应用研 究 2 0 0 6年第 4期 采场轴线平行布置两条凿岩硐室。其断面为4 m X 3 ． 5 m。硐室之间留 2 m宽 的条柱 ， 并 隔 8～ 1 0 m 用联络道贯通。采场下部采用堑沟底部结构 出矿 ， 底柱高9 m。采场布置见图 1 。 图1 铜绿山矿大直径深孔采矿法示意 1 ． 2 采准切割工艺 采准工程主要包括分段巷道、 出矿穿脉、 出矿进 路、 出矿溜井、 凿岩硐室、 联络道。中段出矿巷道布 置在矿体脉外， 从中段出矿巷道向矿体内掘出矿穿 脉， 出矿进路在出矿穿脉中每隔 1 0 m以4 5 。 掘到采 场拉底巷道 。采用堑沟式底部结 构。掘进 时， 从 中 段出矿巷道向矿体内掘出矿进路， 每个出矿进路的 问距为 1 0 m， 然后掘进拉底巷道和堑沟。堑沟下部 宽3 m， 上部宽 1 0 m， 高为9 m。 1 ． 3 凿岩爆破工艺 1 ． 3 ． 1 凿岩工艺 采用瑞典 A t l a s 公司生产的 S i m b a 2 6 1 潜孔钻机 国产 T一 1 5 0潜孔钻机作为备用设备 凿岩。在硐 室内钻凿下向平行炮孑 L ， 钻孑 L 直径 1 6 5 m m， 孑 L 深 约4 0 m。炮孔排距 2 ． 7～3 ． 0 m， 孔距 2 ． 5～3 ． 0 m， 边孑 L 距 0 ． 5 m。沿采场轴向布置 4排炮孑 L ， 其关 系见 图2 。 图 2 采场炮 孔布 置平面示意 1 ． 3 ． 2 爆破工艺 采场爆破采用后退式侧向阶梯崩矿工艺。其主 要工艺过程为 先在采场中部用 V C R法爆破超前形 成高8～1 0 m的切割槽， 并以此为 自由面， 分段向 两侧爆破至采场边界 ； 然后向上拓展切割槽 ， 再依次 分段向两侧爆破。回采至采场上部7 ～1 0 m后 ， 对 上部矿体进行一次破顶爆破。其工艺过程见图3 。 切割槽面积为 6 m1 0 m， 孔距 2 m， 排距 2 m。 采用高威力乳化油炸药球状药包分层爆破。药包埋 深2 ． 1 m， 药包填塞厚度 1 ． 8 ～2 m 。分层崩矿高度 3 m， 崩矿量约8 0 0～l 0 0 0 t 。 图 3大直径深孔爆 破示意 侧向炮孔的孔距2 ． 5 m， 排距3 m。采用重铵油 炸药分段向采场两侧进行多排微差爆破。 每次爆破4排孔， 分段崩矿高度 3 m， 崩矿量为 1 1 5 0 t 。为了简化工艺， 侧向爆破每个孔的装药结 构相同。每孑 L 装药3 7 ． 5 k g 1 2 ． 5 k g ／ 袋 ， 每次最大 单响药量为6 0 0 k g ， 炸药单耗为 0 ． 5 2 k g ／ t 。其装药 结构见图4 。 图4炮孔装药结构示意 单位 m 侧向爆破结束后， 对采场上部 7 ～1 0 m厚矿体 进行一次破顶爆破。起爆时首先起爆切割槽， 其余 部分采用多排微差爆破。崩落矿石 9 0 0 0～1 3 0 0 0 t ， 最大单响药量为5 0 0 0～6 0 0 0 k g ， 炸药单耗高达 0 ． 5 5～ 0 ． 6 5 k g ／ t 。 1 ． 4 采场 出矿和充填工艺 回采崩落下来的矿石， 通过采场底部的集矿堑 沟溜到出矿进路 ， 用斗容 2 ． 0 m WJ D一 2 ． 0型 电动 铲运机将矿石运出。 回采分两步进行， 第一步 回采矿房 隔二采 一 ， 充填后再回采矿柱。矿房采用全尾砂膏体胶 结充填； 矿柱回采结束后， 在其底部先用全尾砂膏体 胶结充填 1 0 m 厚的隔离层后 ， 再用 非胶结尾砂充 填 。 1 ． 5 主要技术经济指标 铜绿山大直径深孔采矿法 的主要技术经济指标 见表 1 。 ． 1 ． 维普资讯 总第 3 5 8期 垒 矽 山 2 0 0 6年第 4期 表 1 主要技术经济指标 项 目 指 标 千吨采掘比／ m。 k t 每米炮孔崩矿量／ t m 切割槽炸药单耗／ k g t 。 。 侧向崩矿炸药单耗／ k g t 侧向最大单响药量／ k g 次 破顶爆破规模／ t - 次 出矿效率／ t d 采场生产能力／ t d 采矿直接损失率／ ％ 采矿间接损失率／ ％ 采矿直接贫化率／ ％ 采矿间接贫化率／ ％ 注 间接损失贫化指对相邻采 场破坏造成 的损失贫化 。 2 大直径深子 L 法应用存在的主要问题 通过十余年的应用， 铜绿山铜铁矿不仅熟练地 掌握了大直径深孑 L 采矿技术， 并在爆破工艺方面作 了进一步的完善和改进， 将全断面侧向爆破工艺改 为后退式分段侧向爆破工艺， 对提高采场的稳定性 起了很大的作用。 然而， 近年来由于矿体赋存条件的变化， 以及采 矿工艺环节存在的诸多问题， 严重地约束了该工艺 的应用， 对矿山生产的发展和稳定供矿都产生了影 响。 调查表明， 该采矿方法应用中主要存在如下 问 题 。 2 ． 1 采场垮塌冒落严重 近年来， 尤其是在 一 3 0 5 in 水平以下， 矿体稳固 性变差。V C R法采场片帮、 垮塌、 冒落严重 ， 个别采 场甚至 冒落到了上中段 ， 严重地影响了安全回采 ， 并 造成很大的采矿贫化损失。 据对2 0 0 5 年矿山应用大直径深孑 L 法的采场调 查表明， 所有采场均出现过不同程度的垮塌 各采 场垮塌冒落情况见表 2 ， 以下以 7 3 1 2 、 7 3 1 9 、 7 3 2 2 采场为例予 以说 明。 1 7 3 1 2采场 该采场是 问题最严重 的采场之 一 。受含云母矽卡岩的影响， 在回采爆破中采场两 帮出现局部片帮。破顶后采场两侧出现大面积片 帮、 垮塌， 同时引起凿岩硐室的条柱垮塌， 一个星期 后硐室顶板冒落， 并向上发展， 直至上部 6 3 0 5采场 普通法 的底部及采场的工作面。冒落高度达 2 O r B ． 以上 。 2 7 3 1 9采场 由于采场下盘矿体倾角发生变 化， 而拉底未将其全部揭露， 该部分打的孑 L 全为盲 ． 1 4 孑 L ， 结果爆破时未能将该部分爆下， 并影响到上部矿 体爆破不充分。 3 7 3 2 2采场 受矽卡岩的影响， 仅上采了一 半。回采时采场边帮朝 7 3 2 0采场方向垮塌， 采场破 顶后 ， 则产生大面积冒落。 表 2 大直径深孔采场调查结果 采场 采场垮塌冒落情况 上采 2 0 m后受矽卡岩影响， 采场硐室垮塌。 与 7 3 2 0采场相同。 开始垮塌 3 O～4 0 m， 破顶后大面积垮塌， 并导致上中段 6 3 0 7采场垮塌。 凿岩硐室出现局部片帮 回采中 。 上采 了 1 ／ 3 ． 回采 尚正常 。 两侧充填体垮塌， 提前放弃了该采场的回采。 硐室垮塌， 放弃了该采场的回采。 矿体受相邻采场回采破坏严重． 无法回采。 2 ． 2 相邻采场开采困难 由于矿房回采时采场片帮、 垮塌严重， 相邻采场 的矿体受到严重破坏 ， 导致相邻采场开采十分困难。 据初步统计， 目前约有 1 0余个采场， 近 1 1 0万 t 矿 石受此影响而开采困难。矿山曾在 6 3 2 1 、 V 2采场 做过尝试和努力， 终因凿岩困难或采场垮塌严重而 不得不放弃 回采。 2 ． 3 凿岩工作紧张， 凿岩质量降低 由于采场片帮频繁、 矿石损失严重， 造成不少采 场提前结束， 致使回采工序发展速度过快， 紧追凿岩 工序， 使凿岩工作十分紧张、 被动。而凿岩工序匆忙 赶进度， 又因质量问题影响回采爆破效果， 从而形成 恶性循环。 3 大直径深孔法应用问题的研究 上述问题严重地影响了矿山生产， 不仅造成了 资源的浪费， 降低了企业的效益， 还直接影响着矿山 人员、 设备的安全。调查研究表明， 铜绿山铜铁矿大 直径深孔法应用中的系列生产问题主要源于以下几 个方面的原因。 1 凿岩偏斜率高。由于铜绿山矿钻机使用年 限长 8 年 等诸多原因， 凿岩偏斜率很高。据 7 3 1 8 采场初步统计， 凿岩偏斜率高达 8 ． 4 ％， 个别孔下部 偏斜到出矿沿脉中， 偏斜距离高达 34 m 。另外， 从 6 3 0 2采场统计， 采场凿岩 8 7 ． 5 ％的边孔出现较 大的偏斜， 整体向外偏斜， 所有孑 L 成为盲孔。 凿岩偏斜率大可导致以下严重后果 ①实际爆 破参数紊乱 设计的爆破参数失控 ， 造成有的炮孔孔 下转第 2 2页 加 他 ∞2 乃 ∞ v m ∞ Ⅺ ， 醴 一 ㈨ ㈣ ㈣ ～ 一 m 珀 维普资讯 总第 3 5 8期 垒 鬣 砖 2 0 0 6年第 4期 参考文献 [ 1 ] 郑涪麟． 高频振动细筛在密地选矿厂的工业试验[ J ] ． 金属矿 [ 3 ] 山 ． 2 0 0 4 8 4 8 - 4 9 ． 高振学， 郑洁， 高志苗 ， 等． M V S电磁振动高频振网筛存大孤 -卜 ” - 卜” - 卜 ” 一 - 卜 ” - 卜一 - 卜 ”” 山选 厂的工业 试验[ J ] ． 金属矿 山， 2 0 0 3 8 l 8 - 2 0 ． 曾懋华． 从铅锌选矿厂沉积物中回收金[ J ] ．金属矿山， 2 0 0 5 6 6 3 -6 6 ． 收稿 日期2 0 0 6 - 0 2 1 2 “ - 卜” - 卜 一 - 卜“ - 卜 “ - 卜” - 卜 - 卜 - 卜 “ - 卜 ” - 卜” - 卜 - 卜 ” 卜 - 卜” 卜 ” - 卜 ” - 卜”卜 卜 ”” 卜 ”卜”卜 卜 ”卜 上接第 1 4页 距过小， 有的炮孔孔距过大； 为避免拒爆， 不得不使 用过量装药 据对 6 3 0 2采场初步统计， 侧向崩矿单 耗达0 ． 5 9 k g ／ t ， 最大达 0 ． 8 8 k g ／ t 。炮孔的孔距参 差不齐， 爆破块度级差大， 爆破效果差。②引起采场 片帮 个别或整排边孔偏斜到相邻采场， 爆破时必然 将相邻采场矿体爆下， 造成采场暴露面积过大， 而引 起采场片帮甚至大面积塌落 ， 严重地削弱了采场 的 稳定性。③破坏相邻采场矿体 如上所述， 炮孔偏斜 到相邻采场， 爆破时将相邻采场矿体带下， 从而破坏 了相邻采场矿体的完整性和稳定性， 致使相邻采场 开采困难。 2 采场破顶爆破规模过大 。据我国大直径深 孔采矿法矿山大量应用统计表明， 爆破是影响采场 稳定的主要环节之一， 一般而言， 采场最大单响药量 宜控制在6 0 0～8 0 0 k g 内， 每次爆破规模宜控制在 2 0 0 0 k g内。而铜绿山铜铁矿的岩性仅属中等稳 固， 控制爆破规模更为重要。然而在铜绿山铜铁矿 采场破顶时， 爆破规模达6 0 0 0～9 0 0 0 k g 崩落矿 石达 9 0 0 0～1 3 0 0 0 t ， 爆破规模超过上述要求 的3 ～ 4 倍调查分析认为， 这是铜绿山矿采场与硐室 大面积垮塌的直接诱因。 3 采场边界失控。采场边界失控一方面会增 大采场的暴露面积， 削弱采场的稳定性 ， 另一方面还 会造成对相邻矿体的破坏， 导致相邻矿体开采困难。 调查表明， 铜绿山矿采场边界失控严重， 主要原因 有 ①边孔与采场边界的距离不合理 边孔与采场的 边界铜绿山矿一般设计为0 ． 40 ． 5 IT I 。根据我国 矿山对 S i m b a 2 6 1 潜孔钻机偏斜率调查表 明， 该机大 部分偏斜率在 2 ％左右， 亦即4 5 m孑 L 深偏斜距离为 0 ． 9 m。而如前所述 ， 铜绿山矿凿 岩偏斜率均大 于 2 ％， 大部分边孑 L 必然会穿入相邻采场的矿体， 从而 导致爆破时采场边界失控。②边孑 L 装药结构不合 理 根据国内应用的经验， 为确保采场边界爆破规 整 ， 维护采场边帮的稳定性 ， 边孑 L 一般采用不耦合装 药控制爆破的方法。然而， 铜绿山矿为简化工艺， 其 边孑 L 与其它孔一样 ， 采用全耦合装药的方法 ， 由此造 成采场边帮较大的破坏。 由此认为， 铜绿山矿大孔采场边界失控是其生 产问题的主要诱 因之一。 4 围岩稳固性降低。铜绿山矿在 一 3 0 5 m水 平以下矿体稳固性逐步变差， 尤其受岩性较差的含 铜矽 卡岩频繁穿插 ， 稳固性整体下 降， 并在局部呈极 差的状况。如5 3 0 9采场在凿岩硐室拉开后就出现 垮塌 ， 而被迫放弃了回采 。调查认 为， 围岩稳固性降 低也是采场频繁片帮、 垮塌的原因之一。 4 安全 问题治理途径 解决上述 问题 的核心要点 、 重点是要根据矿 山 开采条件， 完善凿岩、 爆破与采矿方法工艺， 使之更 适合矿山的生产， 以提高采矿安全性、 降低采矿成 本 、 减少采矿贫化损失 ， 提高采场生产能力。 另外， 应建立适用的采矿安全预警和防范系统， 根据围岩不同稳固性的级别， 揭示不稳固或危险的 部位。然后根据围岩不稳固、 危险的部位和状况， 在 设计和开采施工前， 提出安全预警和防范措施， 指导 合理的设计和施工， 有效地避免和防范事故的发生。 只有这样， 才能确保矿山当前安全、 稳定、 持续 的生产和三期工程安全顺利地开采。 5结语 在铜绿山铜铁矿的地质品位随升采深度逐步降 低的情况下， 应用大直径深孔高效采矿技术开采厚 大矿体是今后主要的发展趋势， 而加强其现代安全 科学技术的研究， 提高大直径采矿法凿岩质量、 改进 爆破参数与爆破、 回采工艺， 建立适用的采矿安全预 警和防范系统， 有效地解决大直径深孔采矿法目前 的安全生产问题， 是确保当前持续稳定地供矿及三 期工程顺利开采的关键环节之一。 参考文献 [ 1 ] 周圣元．铜 绿山铜 铁矿深孔 爆破技 术 [ J ] ．矿业开发 与研究 ， 1 9 9 6 6 6 2 - 6 7 ． [ 2 ] 黄玉焕．大直径深孔爆破技术在矿柱叵 睬 中的应用[ J ] ． 金属 矿山 ， 2 0 0 2 1 1 9 - 2 1 ， 4 8 ， [ 3 ] 李樟鹤．高阶段大直径深孔爆破技术在安庆铜矿的应用[ J ] ． 金属矿山 ， 2 0 0 2 2 2 5 ． 2 7 ． 收稿 日期2 0 0 6 -0 2 -07 维普资讯