上下盘均不稳固缓倾斜中厚矿体采矿方法研究.pdf

2 0 1 1 年 4 月 第 4 0 卷第 2 期 中国矿 山工程 Ch i n a Mi n e En g i ne e r i n g Ap t ． ， 201 1 Vo 1 ． 4 0 No ． 2 上下盘均不稳固缓倾斜 中厚矿体采矿方法研 究 S t u d y o n mi ni n g me t ho d o f g e n t l y i nc l i ne d me d i u m-t h i c k n e s s o r e b o d y wi t h h e a v y h a n g i n g wa l l a n d f o o t wa l l 谢 成彬 云 南 金 鼎 锌 业 有 限 公 司， 云 南兰 坪6 7 1 4 0 1 摘 要 针对蜂子 山矿段矿 体产状及 使用的采矿方法的弊端 ， 提 出了两种 较优 的采矿方法 ， 即柔性假顶 有底 柱分段崩 落法和先 空场再诱导 冒落采矿 法 ， 通过 生产 实践对这 两种采 矿方法的采场结构 、 回采 工艺、 技术 经济指标 等方 面进行 比较 ， 认 为先 空场 再诱导 冒落采矿法为该矿体的首选方法 ， 并对其存在 的 问题提 出了改进措 施。 关键 词 柔性假顶 ； 诱导 冒落 ； 采矿 方法； 比较 Abs t r ac t I n v i e w o f t h e o e cu r r e n ee o f Fe n g z i s h a n o r e bo d y a n d t he s h o r t a g e o f mi n i n g me t h o d，t wo b e t t e r mi n i n g me t ho d s a r e pu t f o r wa r d o n e i s s u b l e v e l i n g wi t h s i l l pi l l a r a nd f l e x i b l e a r t i f i c i a l r o o f ,a nd an o t he r i s o pe n s t o pe -b e for e ～i ndu c e d c av i n g me t ho d． The s t o pe s t r u c t ur e ，s t o p i n g t ec h n ol o g y a n d t e c h ni ca l -e c o n o mi c a l i nd e x e s o f t wo mi n i ng me t ho ds a r e c o mpa r e d ba s e d o n p r o du c t i o n pr a c t i c e ．The o pe n -s t o pe -b e f o r e i nd uc e d c a v i ng mi ni ng me t ho d i s t he o pt i mum me t h o d，an d t h e i mp r o v eme n t me a s ur e s f o r e x i s t i ng pr o b l e ms ar e p ut f orw a r d． Ke y wor ds fle x i b l e a rti f i c i a l r o o f ；i nd uc ed c a v i n g ；mi ni ng me t h o d；c o mp a r i s o n 1 前 言 由云南金鼎锌业有 限公 司开发 的金顶铅锌矿位于 云南省金沙江 、 澜沧江 、 怒 江“ 三江” 成 矿带 的中心部位 兰坪县金顶镇境 内， 属特大型铅锌矿床。蜂子山矿段是 金顶铅锌矿7 个矿段之一， 并由l 8 个矿体组成， 其中Ⅺ V 主 矿体受 F 断层控制构成一个“ S ” 型的扭曲面 ， 因而矿体倾 角变化 大， 从缓倾斜 、 倾斜 到急倾斜都有 ； 矿体厚度从薄 矿体 、 中厚矿体到厚矿体都有。 蜂 子山矿段含矿 层为景星组 K 。 J ， 其总体走 向北 东 ， 倾 向北 西。产状上部缓下部 陡。岩石致密坚硬 ， 为 石英细粒砂 岩 ， 岩体 系块状结构 ， 在未受到风化和构造 影响的情况下该层属中等稳 固程度。矿体直接顶 板为 花开组 J 2 h 软弱岩层 ， 岩性为粉砂质泥岩 ， 泥质粉砂岩 互层 ， 夹粉砂岩和细砂岩 ， 力学强度低 ， 岩体为层状碎裂 结构 ， 稳定性差 。矿体底板为云龙组 E y b 一 2 ， 系坚硬岩 层 ， 为含石膏砂质角砾岩 ， 细砂岩 。顶部数米至十余米 的岩体往往 比较破碎 ， 稳定性差 。矿层 同顶 、 底板之 间 的接触 关系均为大型软弱结构 面。矿围岩物理力学参 数见表 1 。 蜂子山矿段一期 开采范 围为 2 3 0 0 m标高以上勘探 线 P 4 2 ～ P 5 0 之间的矿体 。上下盘均不稳 固缓倾斜厚大矿 4 中国矿 山工程 2 0 1 1 年 第4 0 卷 表 1 矿 围岩物理力学参数 体位于P 4 2 ～ P 4 5 线之间 ， 平均倾角为 3 0 。 ， 铅垂厚度 为 2 0 m， 平均品位为含铅 4 ． 8 ％， 含锌 1 ． 6 3 ％， 无氧化 结块趋 向， 属低品位的铅锌矿体。上下盘同岩均不 含矿 ， 矿围接触面比较明显。 2 目前使用的采矿方法及存在问题 蜂 子山矿段 一期 开采 工程 2 3 0 0 m以上设置 4 个 中段 ， 分别 为 2 3 0 0 、 2 3 4 0 、 2 3 8 0 、 2 4 2 0 m中段 ， 已完 成 2 3 8 0 m中段 以上 的开拓工程 ， 并正在 实施 2 3 8 0 、 2 4 2 0 m中段 的采矿工作 。根据蜂子山矿段 P 4 2 ～ P 4 5 之间矿体产状及围岩的物理力学性质 ， 目前正在使 用的采矿方法为有底柱分段崩落法 。该采矿方法虽 然在理论上非常成熟 ， 但在该矿段的 P 4 2 ～ P 4 5 之问 矿体的应用并不理想 ， 主要存在问题 一是矿体倾角 较缓 ， 大量工程布置在下盘脉外 ， 而下盘同岩不稳 固， 施工难度大 ， 增加了工程成本 ； 二是矿石品位不 高 ， 不允许有较大的贫化 ， 但矿体和上盘围岩均不稳 固 ， 在拉底 、 切割过程中上盘围岩 即垮塌 ， 造成矿石 大量贫化 ； 三是采场内矿石靠 自重溜入漏斗 ， 因矿体 倾角缓 ， 上部形成一个三角体矿石不能溜下， 造成矿 石损失过大。鉴于现有采矿方法在开采 P 4 2 ～ P 4 5 线 矿体时存在的问题 ， 必须找到更优的采矿方法以解 决采矿成本高 、 矿石贫化损失大的问题。 3 采矿方案的提 出 针对矿体赋存条件 ， 结合矿山多年生产实践， 并 经过充分 的技术论证 ， 提出了两种采矿方法 一是柔 性假顶的有底柱分段崩落法 ； 二是先空场再诱导冒 落的有底柱分段采矿法。为了得到这两种采矿方法 的相关数据 ， 以进行优化选择 ， 在 2 3 8 0 m中段 P 4 3 线 安排一个矿块进行柔性假顶的有底柱分段崩落法的 试验 ， 在 2 3 8 0 m中段 P 4 5 线安排一个矿块进行 先空 场再诱导冒落的有底柱分段采矿法的试验。 3 ． 1 柔性假 顶有 底柱分 段崩 落法 该方法是将矿体顶板2 m厚矿体用壁式崩落法 回采后 ， 铺上钢丝绳等柔性材料 ， 然后进行放顶 ， 这 样在 E 盘岩石与未采矿石之间形成假顶。然后回采假 顶下面的矿石， 由于柔 的存在， 在覆盖岩石与崩落 矿石之间形成一隔离层， 从而达到控制矿石贫化的目的。 在 P 4 3 线设置的矿块沿走 向布置 ， 长度为5 0 m， 宽度为矿体厚度 ， 高度为 阶段高度 4 0 m。根据工作 面长度 的需要 ， 采用两个分段进行切顶工作 。切顶 工程 中矿石溜井 断面为 1 ． 5 m 1 ． 5 m， 安全 道 、 切割 拉底 巷道、 切割上山为2 m 2 m， 采场布置见图 1 。 按照设计布置好采准切割工程以后 ， 进行回采 ， 回采包括落矿 、 出矿 、 顶板管理等工作。落矿采用浅 Ⅱ一 Ⅱ 1 一阶段运输平巷 ； 2 一 阶段沿脉平巷 ； 3 一切 割平 巷 ； 4 一 切割上山 ； 5 一 联络和回风巷道 ； 6 一 穿脉巷道 ； 7 一 矿石溜井 ； 8 一 安全和 回风巷道 ； 9 一上阶段下盘沿脉巷道 ； 1 0 一分段矿柱 ； l 1 一 间柱 ； l 2 一采 场人行 通风上山 ； 1 3 一底 部结构 ； 1 4 一 采场放矿溜井 ； 1 5 一木支柱 ； 1 6 一 覆盖岩 层 ； 1 7 铺设柔性假顶 区； l 8 ～炮孑 L 图 1 柔性假 顶有 底柱分段崩落法示意图 第2 期 谢成彬 上下盘均不稳固缓倾斜中厚矿体采矿方法研究 孔爆破 ， 炮孑 L 深度 1 ． 6 1 ． 8 m， 稍大于工作面的一次推 进距离。出矿采用电耙 ， 电耙绞车安设在切割巷道 或硐室内， 随工作面的推进， 逐渐移动电耙绞车。顶 板 管理包括支护 、 铺设柔性假顶 、 放顶 。采用木支 护 ， 支柱直径 1 8 0 mm， 排 距 1 ． 5 m， 柱距 l m。假 顶采 用钢绳加金属网， 最底下铺直径 2 5 mm的废钢绳 ， 上 面铺 两层金 属 网 ； 中间层 为 大 网格钢 筋 网 ， 网格 1 0 0 mm x 1 0 0 ram， 钢筋网 由钢筋焊接而成经纬网， 横 向筋为受力筋 ， 直径为 1 0 m m， 纵 向筋直径为 6 mm； 上 面 一层 为金 属 网 ， 网孔 4 0 m mx 4 0 mm， 金 属 网用 1 2 号 铁丝编制而成 ， 网片用铁丝扎结成整体 ； 为减少层问 的移动 ， 可喷射5 0 ram的混凝土。假顶布置见图2 。 I L I 圆 钢丝绳／ ＼ 喷射 混凝 土～ II 图2 柔性假顶结构示意 图 当回采工作面推进到一定 的悬顶距 时， 暂 时停 止 回采 ， 需进行放顶 。放顶过程为先用绞车回收支 柱 ， 顶板将 自然 冒落 ， 必要时强制崩落。 3 ． 2 先空场再诱导冒落的有底柱分段采矿法 该方法在分段 内分矿房 和矿柱 ， 在矿房内先预 留护顶层和顶柱 ， 并在护顶层和顶柱下用空场法将 矿石无贫化的采出， 然后回采矿柱， 并诱导护顶层和顶板 垮落， 如果不能诱导冒落， 可采用强制崩落， 最后在覆岩下 出矿。采用电耙加漏斗底部结构采准形式， 中深孔落矿。 按 照设计要 求 ， 在蜂子 山矿段 2 3 8 0 m中段 P 4 5 线沿走向布置一个采场进行试验。采场阶段高度为 4 0 m， 分段高度 1 0 m， 底柱 6 m。矿块沿走 向布置 ， 以 电耙道为单元划分 ， 耙运距离为3 0 m， 电耙巷道 间距 1 2 m， 规 格 2 mx 2 m。漏 斗间距 5 m， 斗穿 和斗颈均为 2 mx 2 m， 采场布置见图3 。 儿一Ⅱ l ～ 阶段沿脉 运输巷道 ； 2 一 阶段穿 脉运输巷道 ； 3 一行 人通风上 山 4 一矿 石溜井 ； 5 一 电耙 巷道 ； 6 一 凿岩巷道 ； 7 一 矿石护顶层 ； 8 ～ 上 阶段沿 脉巷道 ； 9 ～凿 岩天 井 ； l O 一炮 孔 ； 1 1 一 崩落 矿石 ； l 2 一 垮落围岩 ； 1 3 一 桃形矿柱 ； l 4 一间柱 图3 先空场再诱导 冒落 的有底柱分段 采矿 法示意 图 由于矿体倾角较小 ， 出矿 、 行人 、 通风和运送材 料等采准工程设置在下盘脉外。电耙道布置于下盘 脉外 ， 双侧对称布置漏斗 。分段采用独立垂直放矿 溜井 ， 阶段运输采用穿脉装车的环形运输系统。由 于在 P 4 5 线 附近矿体 下盘与 围岩之 间有 一层角砾 岩 ， 岩体相对 围岩更稳 固。因此将采准工程布置在 角砾岩之中。在堑沟上部沿矿房走向掘进一条凿岩 平巷 ， 在平巷的尽头采用“ 丁” 字形拉槽法形成切割 槽 ， 进而形 成补偿 空 间。使 用 YG 一 9 0型凿 岩机凿 岩 ， 用 电磁 雷管引爆 导爆 索起爆 。炮 孔呈 扇形布 置 。在炮孔 布置过程 中必须严格控制其深度和倾 角， 以避免在爆破过程 中破坏护顶层和顶板。在将 中深孔爆下的矿石通过电耙道耙运至溜矿井 出到一 定程度后 ， 再通过浅孔将护顶层和顶板诱导冒落下 来 ， 在覆岩下出矿 。 4 采矿方法 的 比较 在两种采矿方法试验结束后 ， 通过试验数据计 算出这两种采矿方法 的技术经济指标 ， 见表 2 。 表 2 两种采矿方法的技术经济指标 下转 第 2 1 页 第2 期 付世伟 中铝贵州分公司铝土矿山办矿模式探讨 ． 2 1． 【 参考文献】 【 1 】 刘 中凡， 杜 雅君． 我 同铝土矿 资源综 合分 析I J 1 ． 轻 金属矿 山 ， 2 0 0 0． 1 2 ． 【 2 】 中铝 贵州分公 司矿产 资源部． 贵州铝土矿资源发展 战略 调研报告【 R ] ， 2 0 0 5 ． 上接 第 5页 柔性假顶有底柱分段崩落法放矿管理难度大 ， 要求多分段平行放矿 ， 在 出矿不均匀的情况下或放 矿高度下降到一定程度后 ， 柔性假顶将破裂 ， 造成矿 石较大的贫化 ； 该法除 了正常的采切工程 以外 ， 需要 切顶铺设钢筋 网柔性假顶 ， 工艺复杂 ， 采 切工程 量 大 、 周期长 。先空场再诱导 冒落的有底柱分段采矿 法 由于人员要到留底矿石上的空问内诱导顶板 冒落 或强制崩落 ， 存在一定的安全风险； 在 冒落下来的矿 石 出到一定程度后 ， 因矿石急剧贫化 ， 而达到无法使 用 ， 从而造成矿石的损失。 5 结语 根据本公司蜂子山矿段生产实践证 明， 先空场 再诱导 冒落 的有底柱 分段采矿 法具有采矿工艺简 单 ， 贫化率较小 ， 生产成本较低等优点 ， 该法已成为 蜂子山矿段上下盘均不稳 固缓倾斜低品位中厚矿体 最优 的采矿方法 。对于存在的安全性差 ， 损失大等 缺点 ， 已采取 了措施进行改进 。①在 间柱 内掘进人 行井和凿岩硐室对护顶层和顶板进行诱导 冒落或强 制崩落 ， 避免人员直接暴露在顶板下 ， 从而有效地提 高安全性 。②留足够 的护顶层和顶板 ， 并且加强 中 深孔 的控 制范围和减少爆破震 动。③加强 出矿管 理 ， 尽量使崩落下来的矿石均匀下降， 以减缓矿石的 贫化时间， 从而提高矿石的回采率。 【 参考文献】 【 1 】 解世俊 ． 金属矿床地 下开采 修订版 [ M】 ． 北京 冶金工业 出版社 ， 1 9 9 5 ． [ 2 ] 采矿 手册 编委会． 采 矿手册第 第 4 卷 【 M】 ． 北 京 冶金 工业出版社 ， 1 9 9 9 ． 【 3 】 姚宝魁 ． 矿 山地下开 采的稳定性研究[ n1 ． 北京 中国科技 出版社 ， 1 9 9 4 ． f 4 】 黄胜生． 国内外缓倾斜中厚矿体采矿方法l J J ． 矿业研究与 开 发 ， 2 0 0 1 ， 2 l 4 2 1 2 4 ．