松散破碎矿体采矿方法探讨.pdf

第 2 1卷第 2期 2 0 0 7年 6月 南华大学学报 自然科学版 J o u r n a l o f U n i v e r s i t y o f S o u t h C h i n a S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Vo 1 ． 2 1 No ． 2 J a n ． 2 0 o 7 文章编号 1 6 7 3- 0 0 6 2 2 0 0 7 0 20 0 8 9 0 4 松散破碎矿体采矿方法探讨 何春林 广东省大宝山矿业有限公司， 广东 韶关 5 1 2 1 2 7 摘要 在地表不允许崩落的情况下， 松散破碎矿体 回采， 不能采用崩落法和空场法， 而胶结充填成本又太高． 文章以大宝山矿2 主井②矿体为例提出采用胶结充填回采 矿柱 、 干式充填回采矿房 ， 连续采矿、 分步实施的采矿 方法 ， 就采矿工艺、 充填方法、 安 全保障措施进行探讨 ， 与传统方法相比 ， 在安全 、 效率、 成本 、 回采率、 最低可采品位等 多项安全 、 技术经济指标上取得 了成效 ， 具有一定的推广应用价值． 关键词 连续回采 ； 胶结充填； 盈亏点； 最低可采品位 ； 回采率 中图分类号 T D 8 5 3 文献标识码 B Di s c u s s i o n o n M i n i n g M e t ho d o f Re l a x Br o k e n Or e HE Chu n． 1 i n D a b a o s h a n Mi n i n g C o ． L t d ． ， S h a o g u a n， G u a n g d o n g 5 1 2 1 2 7， C h i n a Abs t r a c t Un de r t he s i t u a t i o n t h a t t h e e a r t h’ S s u r f a c e d o e s n o t a l l o w c o l l a p s i ng，r e l a x b r o k e n o r e b o d y c a n n o t a d o p t a c a v i n g mi n i n g a n d l e a v e t h e c o s t mo d e l i n g a f t e r ，b u t t h e c o s t o f c e me n t i n g fi l l i n g e mp t y i s v e r y h i g h ．T h e a r t i c l e t a k e s Da b a o mo u n t a i n o r e 2 ma i n s h aft s o r e b o d i e s a s e x a mp l e a n d s u g g e s t s the me t h o d s o f c e me n t a n d d r y s t y l e o f b a c k s t o p i n g fi l l i n g ，c o n t i n u o u s b u t s t e p b y s t e p mi n i n g ．I t s mi n i n g h a n d i c r aft ， fi H i n g me tho d，i n s u r an c e me a s u r e a r e di s c u s s e d an d c o mp a r e d wi t h t r a d i t i o na l me t h o d，wh i c h h a v e c e r t a i n a p p l i c a t i o n a n d di s s e mi n a t i o n v a l u e o n t e c h n o l o g y e c o n o mi c t a r g e t s s u c h a s s afe t y，e ff i c i e n c y，c o s t ，r a t e o f r e c o v e r y，mi n i mu m g r a de ． Ke y wo r d s C o n t i n u o u s b a c k s t o p p i n g ； C e me n t fi l l i n g ； P r o fi t a n d l o s s p o i n t s ； the mi n i mu m g a t h e r a g r a d e； Ra t e o f r e c o v e ry 0 前言 对于松散破碎复杂难采的高品位矿体， 传统 的采矿方法是采用分层充填采 矿法 ， 该方法 回收 率高 ， 贫化率低 ， 能有效的控制地压 ； 但充填 接顶 不好 ， 后期矿柱 回收安全性差 ， 生产效率低 ， 成本 高． 这些问题的存在 ， 使得大宝山矿在多年来开采 此类型的矿体时 ， 难 以实现分层充填法 回采 ， 而只 采用空场法 回采 了部分富矿体 ， 造成大量矿石资 源的浪费． 即使这样 ， 在回采过程中仍然出现垮方 收稿 日期 2 0 0 7 0 42 0 作者简介 何春林 1 9 6 3一 ， 男， 湖南宁乡人， 广东省大宝山矿业有限公司采矿工程师． 主要研究方向 采矿工程 维普资讯 南华大学学报自然科学版 2 0 0 7年 6月 冒顶等安全问题． 随着国民经济对矿产资源的消费需求 ， 矿产 品价格 日趁回升， 按照盈亏平衡点计算， 过去认为 没有开采效益的低品位矿石， 现在 已具有开采价 值． 在成本方面， 给分层充填采矿法的应用提供了 比较宽松的空间 ， 客观上要求我们运用新技术 ， 开 拓新思路， 在采矿技术上重点解决松散破碎复杂 难采矿石 的安全 回采问题 ， 尽可能多 的回收低 品 位矿石． 本文针对广东省大宝山矿业有限公司2 主井 6 5 0 7 0 0中段②矿体， 对松散破碎缓倾斜层 状矿体采矿方法， 提出一点革新和建议， 和采矿同 仁们一起探讨 ， 试图解决松散破碎矿体回采安全 问题 ， 降低采矿成本 ， 减少损失贫化 ， 创造一定的 经济效益． 1 采矿技术条件 大宝山矿2 主井6 5 0 7 0 0中段②矿体， 为高 品位铜硫矿体， 地质矿量 1 4 ． 4万吨， c u的平均品 位 1 ． 2 ％， S的平均品位 1 6 ． 5 ％， 矿体长 1 2 5 m， 宽 2 0 m， 厚2 0 m左右， 矿体走 向7 2 。 ， 呈水平产出， 主要为硫铁矿型铜矿石， 与其共生的硫铁矿， 产状 基本一致， 铜硫矿体可以一起回采． 矿体破碎、 含 水、 不稳 固， 顶板为 D d 岩层 泥盆系中泥盆统东 岗岭组上 亚组 ， 风化严重 的砂 页岩 ， 遇水澎胀 ， 极不稳固； 底板为 D d 岩层 泥盆系 中泥盆统东 岗岭组下亚组 ， 灰岩、 稳 固， 矿体顶板距地表 铁 矿露采场 约 7 0 m， 不允许崩落． 2 新采矿方法的构思 在大宝山矿井下铜矿开采初期， 由于铜矿价 格处于低谷 ， 充填 系统工程 尚不 完善等多方面原 因， 遇到上述松散破碎、 极不稳固的矿体， 因成本 太高， 无法应用胶结充填采矿法， 都是采用传统的 上向水平分层干式充填方法和空场法回采嗣后一 次充填方法回采． 在使用这些方法时出现了下列 问题 1 因胶 结充填成本 高， 没有 建立胶 充系统 ， 只是采用干式充填 ， 干式充填矿房接顶不严实 ， 难 以控制周边地压活动 ， 相邻采场 安全生产不能保 障． 留有大量的连续矿柱， 回收困难， 矿石损失率 高达3 0 ％ ～ 5 0 ％， 浪费大量的资源． 2 大宝 山矿高硫高铜矿 石大都赋存 在不稳 固的岩层之中， 单个采场面积只能在 4 0 0 m 以 下 ， 暴露面积稍微大点 ， 就会出现 冒顶 、 塌方 ， 许多 富矿资源浪费在塌方区之中； 作业不安全且出矿 效率低． 3 采用 Y 1 ’ 一 2 7普通小钻机分层采矿， 直接 在采场顶板下作业， 生产极不安全； 据历年统计， 大宝山矿井下安全事故， 冒顶塌方事故占6 4 ％． 为了解决实际工作中遇到的问题， 经过多年 的实践， 不断总结经验和吸取教训， 结合该矿体自 身特点， 提出采用胶结充填回采矿柱、 干式充填回 采矿房 ， 连续采矿、 分步实施的采矿方法 ． 首先 回采采场中的顶柱和间柱， 用胶结充填料构筑坚 固的人工矿柱 ， 在人工矿柱的保护之下 ， 进行矿房 的回采 ， 矿房只需干式充填． 该方法的特点在于 1 改变了传统胶结充填法的回采顺序， 连续 采矿、 先 矿柱后矿房 ， 不 留永久矿柱． 大大降低矿 石损失率． 2 采用锚杆注浆技术， 提高接顶密实程度和 整个矿柱框架强度， 确保人工矿柱具有良好的支 撑能力， 为矿房大规模回采创造了安全环境． 由于 采用空场法回采矿房， 大体积的矿房只需干式充 填， 回采充填效率高， 采矿成本低． 3 矿房采用 中深孔爆破 ， 一次爆破 量大 ， 劳 动生产率高， 穿爆人员在平巷中作业， 相对比较安 全 ． 4 运用声发射地压监测技术 ， 为矿房 回采提 供了更为可靠的安全保障． 3 采场结构和采切工程布置 矿体总长 1 2 5 m， 沿走向布置四个采场； 采场 长3 0 m 、 阶段高 5 0 m、 采场宽度与矿体厚度相等 为 1 5 2 5 m； 其中顶柱高度 4～ 5 m、 间柱厚度 8 m， 间柱 回采分层高度 4 I n ， 一采一充或两采一充 ； 矿房回采分层高度 8 m左右， 分两个分层进行回 采 ． 在每一个采场 布置两条独 立的人行通 风天 井 、 联络巷 、 凿 岩平巷和一条充填井 ， 沿走 向布置 电耙出矿的底部结构， 以采场中央切割天井为 自 由面， 用中深孔爆破形成切割槽， 以此作为矿房大 爆破的 自由面和补偿空间． 采矿方法如图 1所示． 4 凿岩爆破 考虑到矿房和矿柱回采作业空间的不同， 以 及矿体稳定性对采场暴露面积的要求， 为保障作 维普资讯 第2 1 卷第 2期 何春林 松散破碎矿体采矿方法探讨 9 1 业人员的安全， 分别采用不同的凿岩设备和相应 的穿爆方式． 顶柱回采高度仅 4 m， 作业空间狭窄， 采用 Y T一 2 7 钻机打上向孔， 分次爆破． 采矿时需密切 关注采场顶板变化， 控制采场暴露面积， 在岩石极 不稳 固的情况下 ， 可采用进路式回采 ， 及时进行充 填． 间柱 回采空间面积为 1 6 0 m 左右 ， 暴露空 间 ⑨ 较小 ， 相对 比较安全 ， 采用 Y S一 4 5钻机打上 向垂 直孔 ， 每分层高度 4 m， 全部将孔打完 ， 一次性爆 破 ， 有利于处理顶板松石 ， 也可减少矿石贫化． 矿房面积较大 ， 矿石本身不稳固， 穿爆人员不 宜直接进入采场内作业， 故采用 Y G Z一 9 0钻机， 在凿岩平巷 内打上 向扇形深孔 ， 每一分层 高度 8 m， 全部打完后 ， 采用非电导爆系统、 多排微差、 分 区分次爆破． ⑩ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ③ 5 充填工艺 ① ② ③ ⑧ ⑤ ③ ③ 图 1 采矿 方法示意图 Fi g ． 1 S c he ma t i c c ha r t o fmi n i n g me t h o d 大宝山铜尾矿为含硫含 铜可再利用资源 ， 不 能作为胶结充填料， 故暂未建成胶结充填系统， 因 此只能采用废石胶结充填， 砂浆和废石分开运送 至采场． 为了提高整个人工矿柱的强度 ， 保证矿房 大规模采矿的安全 ， 灵活运用钢筋砼 、 锚杆支护、 注浆工艺 、 胶结充填等多项技术 ， 既保证了充填强 度， 又节约了成本 J ． 1 采场顶柱的充填 底板浇灌 厚度 5 0 0 m m、 C 1 5以上 的钢 筋砼 湖南宝山铅锌银矿用废旧钢丝绳代替钢筋， 效 果 比较理想 ， 钢筋砼 底板与 四周岩壁 用锚杆连 接， 砼上部用废石充填， 到2 m位置， 预埋注浆管， 全部充完后进行注浆 ， 保证接顶严实 ， 增加整个顶 ⑩ ①6 9 O主巷 ②一6 9 0回风充填平巷 ③一 人行井联络巷 ④6 5 O主巷 ⑤一人行天井 ⑥一溜矿井 ⑦一 漏斗底部结构 ⑧一 电耙道 ⑨一人行充填井 ⑩一矿房 ①一6 5 0 穿脉运输巷 柱的强度． 废石充填体松散， 孔隙多， 砂浆渗透性 好， 注浆管间柱可在 3 4 m， 水灰比 体积比 控 制在 1 1 到 1 3之间． 2 采场间柱的充填 以露采废石和掘进废碴为骨料 ， 用水泥砂浆 胶结， 设计灰料比为 1 1 8 ， 废石与河砂比为 3 1 ， 为保证间柱和顶柱紧密接合， 充量上 2 m前预埋 注浆 管， 充填后注浆 ， 施 工较为方便． 因胶结充填 水量较大， 要做好 6 5 0 平巷的排水工作． 3 矿房的充填 占采场体 积的 6 5 ％为矿 房 ， 采用 干式充 填 ， 在矿房全部出矿结束后 ， 嗣后一 次充填 ， 干充量 大， 效率高， 即使没有结束充填， 也不影响相邻采 场的切采． 采矿工艺流程如图 2所示． 一 维普资讯 南华大学学报 自然科学版 2 0 0 7年 6月 1 ． 顶柱回采2 ． 顶柱砼底板3 ． 顶柱块石充填4 ． 顶柱注浆接顶5 ． 问柱回采6 ． 问柱胶结充填7 ． 矿房回采8 ． 矿房干式充填 图2 采矿工艺流程图 Fi g ． 2 F l o w c h a r t o fmi n i n g c r a f t 6 采场安全生产 的关键 1 顶板之砼强度必须保证在 C 1 5以上 ， 按规 定进行砼配合 比设计 ， 做好相应 的砼强度试验 ； 锚 杆和钢筋起到一个骨架作用 ， 一定要 与四周岩石 紧密相连； 砼底板相当于楼盖， 胶结充填间柱等同 于房屋的重墙 ， 在它们的保护下 ， 才能在矿房 内安 全作业． 2 间柱 回采 的分层高度 的控制 正因为该类矿体岩石性质不好 ， 才采用这种 新方法． 间柱的回采是在没有人工保 护的情况下 进行的， 间柱能否安全回采决定其暴露面积， 因 此， 必须严格控制间距 回采的分层高度， 强采强 出， 快速充填． 3 中深孔爆破设计 矿房凿岩是在凿岩平巷 中进行 ， 可 以保证穿 爆人员的安全， 但爆孔的设计和施工质量， 爆破装 药及控制爆破技术 的应 用 ， 必须保证 矿房 的穿爆 不破坏人工矿柱 ； 其 中准确的现场测控、 矿柱 回采 后 的地 质 取 样 、 素 描 和矿 体 的重 新 圈 定 ， 以及 C A D三维制图技术在爆破设计中的应用， 可大大 提高爆破设计质量． 4 采场稳定性的现场监测 为了预防可能发生 的采场岩移、 冒顶及人工 矿柱破坏现象， 大宝山矿应用多年的岩体声发射 监测技术在该采场 的回采 中可派上用场 ， 声发射 探头分布于上部 回风平巷 ， 顶柱充填井壁 、 人行天 井及间柱内， 通过声发射频率和强度的变化情况， 圈定地压活动范 围， 掌握该矿体具体地质条件下 的岩移活动规律 ， 推 断出采场顶板和人工矿柱 的 稳定性 ， 进行及时预报 ， 为采矿工艺的进一步改进 提供依据． 7 主要技术经济指标 比较和经济效 益预测 按照目 前铜金属价格和近年采矿成本核算计 算， 采用新的分层充填采矿法， 相对于传统的胶结 充填法和空场法 ， 在回采 6 5 0 2 矿体时，采矿 回 收率 、 充填成本等指标存在 明显优势 ， 新 旧采矿 方法 的采场回采主要技术经济指标对比见表 1 ． 表 1 采场回采主要技术经济指标对 比表 Ta b l e 1 M a i n t e c h n o l o g y e c o n o mi c i n d i c a t o r r e f e r e n c e t a b l e 下转第 1 0 9页 维普资讯 第 2 1卷第 2期 孔英戈等 固相萃取一高效液相色谱法测定蛹虫草中虫草素的含量 1 0 9 表 2 样 品分析结果 Ta b l e 2 Th e a n a l y t i c a l r e s u l t s o f t h e t e s t s a mp l e s 4 结论 通过对 固相萃取 一高效液相 色谱 法 S P E HP L C 测定蛹虫草中虫草素试验结果进行分析 ， 可 以得 出如下结论 ， 在提取剂为 2 O％无水 乙醇溶 液， 提取方式为超声法， 时间为2 0 m i n ， 固相萃取， 淋洗剂为水和 p H 8 ． 0 、 1 2％无水 乙醇溶液 ， 检测 波长为 2 6 0 r i m实验条件下 ， 测定实际样品中的虫 草素 ， 加标 回收率在 9 3 ． 2 ％ 一9 8 ． 7 ％之间， R S D 3． 2％ ． 参考文献 [ 1 ]王尔茂． 食 品营养与卫生[ M] ． 北京 中国轻工业 出 上接第 9 2页 设计 回采 6 5 0 2 矿 体 ， 新 的分层充填采矿 法和传统的胶结充填法对 比， 可 以降低采矿成本 6 8 4万元 ， 多 回收矿石 8 6 4 0吨 ， 价值 3 0 8万元 ， 总 计经济效益 9 9 2万元． 与空场法比较 ， 虽然采矿成 本要增加 4 5 8万元， 但能多回收矿石 5 万吨， 价值 1 8 2 0万元 ， 总计经济效益 1 3 6 2万元． 在 当前技 术经济条件下 ， 运用 2 0 0 6年的矿产品价格和改进 后的分层充填法成本进行盈 亏平衡计算 ， 在没有 综合计算铜矿体中硫的回收价值的情况下， 铜矿 石的最低可采品位为 0 ． 4 8 ％ ， 这证 明该方法的成 版社 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ]王光亚． 保健食品功效成分检测方法[ M] ． 北京中 国轻 工业 出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 3 ]陈发奎． 常用中草药有效成分含量测定[ M] ． 北京 人 民卫生 出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 4 ]王光亚． 保健食 品功效成分检测方法[ M] ． 北京 中 国轻工业 出版社， 2 0 0 2 ． [ 5 ]高庆祥 ， 陈乃春． 腺苷 的临床应用 [ J ] ． 上海医学， 1 9 9 4 ， 1 7 1 6 0 6 2 ． [ 6 ]李洁莉， 陆铃． 猴头菌及其药物制品腺苷等药效成分 分析[ J ] ． 中国食用菌， 2 0 0 2 ， 1 2 3 1 2 31 2 5 ． [ 7 ]N i c h o l s o n B C， R o s i t a n o J ， B u t c h M D ． D e s t r u c t i o n o f C y a n o b a c t e r i a l P e p fi d e He p a t o t o x i n s b y Ch l o ri n e a n d C h l o r a mi n e [ J ] ． Wa t e r R e s ， 1 9 9 4， 2 8 1 2 9 7 1 2 9 8 ． 功应用 ， 对开采松散 、 破碎复杂难采的低品位矿石 也具有较好的推广意义． 参考文献 [ 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 6 ． [ 2 ]刘同有． 充填采矿技术与应用 [ M] ． 北京 冶金工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ]G B J 1 3 4 9 0人防工程施工验收规范[ s ] ． 北京 中国 建筑工业出版社， 1 9 9 3 ． 维普资讯