在建矿山深部矿体开采的采矿方法优化选择.pdf

第 4 2卷 第4期 2 0 1 5年 1 2月 有色金属设计 N o n f e r r o u s Me t a l s De s i g n V0 1 ． 4 2 No ． 4 De e ． 2 0 1 5 在建矿 山深部矿体开采的采矿方法优化选择 田 敏 昆明有色冶金设计研究院股份公司， 云南 昆明 6 5 0 0 5 1 摘要 阐述了某在建铁矿山的矿体赋存及开采情况， 从采矿方法自身主要作业收支方面考虑， 结 合地表及开采现状对 1 0 0～3 4 0 m之间的深部矿体进行采矿方法的对比优化分析 ， 经过分析影响 各可行采矿方法作业收支的主要 因素 ， 结合采矿方法工艺进行作业收支计算， 从经济效果 出发确 定最优采矿方法。 关键词 采矿方法 ； 技术指标 ； 收支； 折现值 ； 产品价值 中图分类号 T D 8 5 3 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 2 6 6 0 2 0 1 5 0 4 0 0 0 8 0 5 Op t i mi z a t i o n S e l e c t i o n o f M i ni n g M e t ho d s o f De e p Or e b o d i e s o f M i n e s u n d e r Co n s t r u c t i o n T I AN Mi n K u n m i n g E n g i n e e r i n gR e s e a r c h I n s t i t u t e o f N o nfe rr o u s M e t a l l u r g y C o ． ， L t d ． ， K u n mi n g 6 5 0 0 5 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e o r e b o d y o c c u r r e n c e a n d mi n i n g s i t u a t i o n o f a n i r o n mi n e u n d e r c o n s t r u c t i o n we r e i n t r o d u c e d ．T h e r e v e n u e a n d e x p e n d i t u r e o f ma i n o p e r a t i o n s w e r e t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n ．Di f f e r e n t mi n i n g me t h o d s o f d e e p o r e - b o d i e s r a n g i n g f r o m 1 0 0 m t o 3 4 0 m w e r e c o mp a r e d a n d a n aly z e d b y c o mb i n i n g t h e s u r f a c e a n d mi n i n g s i t u a t i o n ． T h r o u g h a n aly z i n g t h e ma i n f a c t o r s i n fl u e n c i n g t h e r e v e n u e a n d e x p e n d i t u r e o f f e a s i b l e mi n i n g me t h o d s a n d c a l c u l a t i n g t h e r e v e n u e a n d e x p e n di t u r e，t h e o p t i ma l mi n i n g me t h o d s wi t h t he b e s t e c o n o mi c b e n e fi t c a n b e de t e r - mi ne d ． Ke y wo r d s mi n i n g me t h o d； t e c h n i c a l i n d i c a t o r ； r e v e n u e a n d e x p e n d i t u r e； p r e s e n t d i s c o u n t e d v alu e ； p r o d uc t v a l u e 0 引 言 地下采矿是一门动态艺术和科学。为矿床选 择最佳采矿方法时， 要考虑各种各样的设计、 生产 和经济准则。每一个矿体的开采条件几乎都是独 一 无二的， 必 须采用与其特点 和开采条件相适 应 的采矿系统， 以实现安全、 高效率和高效益采矿， 减小对生态环境的影响， 实现矿业可持续发展⋯。 采矿方法是矿 山系统 中的核心部 分 ， 矿 山能否顺 利达产 、 持 续稳产 ， 采矿 方法起 着 至关重 要 的作 用 ] 。采矿方法选择是矿山项 目的基本决策， 将 影响矿山其它主要决策。 1 某铁矿矿体赋存及开采情况 矿区处在低 山丘 陵地带 ， 沿南西 一北东 向展 布。原矿山开采采 用露天开采 ， 随着开采 深度 的 下降， 露天开采已经不经济， 故用地下开采取代露 天开采， 露天坑底至3 4 0 m标高之间的矿体已采用 无底柱分段崩落法。 1 0 0～ 3 4 0 m标高之间的矿体分布在 1 ～ 5 8 勘探线之间， 有 1 、 2 及 3 矿段， 矿体主要集中在 2 矿段 1 O 一3 6 勘探线 ， 走 向长约 1 ． 4 k m ， 为急 收 稿 日期 2 0 1 51 0 2 3 ． 作者简介 田敏 1 9 8 2 一 ， 女， 湖南人， 工学硕士 ， 工程师 ．主要从事采矿工程设计 田敏 在建矿山深部矿体开采的采矿方法优化选择 9 倾斜中厚矿体， 矿体厚 1 ． 1 2～ 4 8 ． 6 2 m不等， 平均 厚度9 ． 6 2 m， 矿体最小倾角7 4 。 ， 平均倾角为 8 5 。 ， 矿体呈似层状、 透镜状， 以单层及多层形态存在， 矿体分支较 多， 存在 分支复合 、 尖灭再 现、 膨胀 收 缩的现象， 走向上连续性较好， 矿体从上往下逐渐 变厚。矿体 品位 不高 ， 设计 范 围内可采 地质储量 中的 T F e 平均品位为 3 4 ． 7 0％， m F e 平均品位为 2 8 ． 0 5％。矿体及围岩为坚硬层状矽卡岩、 片岩、 变粒岩 、 大理岩岩组 ， 抗压强度高 ， 区内断层较多 ， 主要受横断层 F 1 、 F 3 ， 纵 断层 F 6的影响 ， 岩石破 碎 ， 岩体 自稳能力差。1 及 3 矿段地表有露 天采 场 ， 除露天采场及工业 场地 等已有场地外 ， 周 围地 表为橡胶林、 香蕉等经济作物。目前， 为保障矿山 的持续生产 ， 1 0 03 4 0 m标 高之 间矿体 的采矿方 法选择成为矿 山关键性工作 。 2 采矿方法初选 2 ． 1 无底柱分段崩落法 由于 3 4 0 m标高以上的地下开采矿体采用 的 是无底柱分段崩落法 ， 若 是延续原有采矿方法 ， 势 必在技术、 管理及设备使用成本等方面存在优势， 但 由于矿体赋存 条件 的限制 ， 最 低开采标高距 离 地表达5 0 0多米， 崩落范围较大， 征地范围较广， 且 矿区地表植被 主要是橡胶林及香蕉 等经济作物 ， 地问题上存在一定 困难 ， 且矿 山尾矿库容量有限 ， 若采用无底柱分段崩落法， 另建大型尾矿库条件 不足 ， 且存在上下部矿体压矿等诸多问题 。 若是 征地允 许 ， 则需结合上 述采矿方法的优 缺点与其它采矿法进行技术经济比较， 确定最经 济合理的采矿方法。此处采用无底柱分段崩落法 的技术 参 数 主要 是 中段 高度 6 0 IT I ； 分 段 高 度 2 0 m； 进路间距 1 5 m； 其 中垂直走向布置的无底柱 分段崩落法的 占比是 6 3 ． 9 1％， 沿走 向布置的无底 柱分段崩落法的占比是3 6 ． 0 9％； 该采矿方法的主 要开采技术指标见表 1 。 表 1 采矿方法主要开采技术指标表 Ta b ． 1 M a i n t e c h n i c a l i n d i c a t o r o f mi n i n g me t ho d 1 0 有色金属设计 第4 2卷 2 ． 2 点柱式上向分层充填法 点柱式上 向分层充填 法是上 向水平分层充填 法的变形方案， 其不同点是将房间矿柱分割为若 干方形或圆形矿柱 ， 这些矿柱不予 回收 ， 作为永久 损失 ， 使两步骤 回采变 为单步骤 回采 ， 采准 系统、 回采和充填工艺也不需作任何改变。点柱式上 向 分层充填法 中的点柱是处 于三 向受 压状态 ， 且充 分利用了充填体对矿柱施加横向侧压力这一重要 作用 ， 从而提高了矿柱的支撑能力 J 。 设计范围内的矿体为急倾斜中厚矿体， 且矿 体多以多层形态存在 ， 矿体分支较 多， 因而可以考 虑充分利用多层矿体之间的夹石作为点柱进行支 撑， 以减少矿石损失率。为减少尾矿库的堆存量， 可充分利用尾砂进行采场充填。无论从矿体赋存 条件还是采矿工艺方 面 ， 采用点柱式 上 向分层充 填法均能适应 。该方法设计选用 的技术参数主要 是 盘 区宽度 1 6 0 m； 沿走 向布置 的采 场 宽度 为 8 0 m 其 中矿房宽度 7 6 m， 间柱宽度 4 m， 点柱尺 寸为 4 ． 5 m 4 ． 5 m ， 垂直走向布置的采场宽度为 4 0 m 其 中矿房宽度 3 6 m， 间柱宽度 4 m， 点柱尺 寸为 4 ． 5 m X 4 ． 5 m ， 中段高度 6 0 m； 分段 高度 2 0 m； 分层高度 3 ． 3 m 。充填方面， 采场内的每个 分层 回采完毕后应及时充填采空 区， 充填前 应架 设钢结构的顺 路充填滤水井 ， 首先用废石 充填采 空区 ， 再用分级尾砂充填 ， 充填高度为 2 ． 7 m， 上部 0 ． 6 m最后用灰砂 比 1 4的胶结尾砂进行充填 ， 以 形成有一定强度 2～3 Mp a 的胶结面层 ， 作为采 矿设备作业 的垫层 。该采矿方法 的缺点有 工作 人员在较大的暴露面积下作业， 存在安全隐患； 损 失率大， 精矿总量少； 生产能力低； 每采一层须充 填一层 ， 采充 之间存在时 间限制。该采 矿方法 主 要开采技术指标见表 1 。 2 ． 3 阶 分 段空场嗣后充填法 阶段空场嗣后充填法 和分段空场嗣后 充填法 均属于阶段充填法 ， 其 实质上就是 嗣后 充填 的空 场法和留矿法 J 。其 回采分为矿房和矿柱 2个步 骤 ， 步骤 1回采完毕后需及时用充填材料充填采空 区 ， 目的是支撑上下盘围岩或周 围的充填体 ， 为步 骤2的回采创造条件 J 。该类型采矿方法生产能 力大， 回收率高， 但贫化率较大。对于该矿这种品 位不高且分支较多的矿体， 在进行开采之前 ， 应对 分支矿体进行合采和分采盈亏平衡点计算 。若是 采矿方法 的贫化率高于允许合采 的最大贫化 率 ， 则分支矿体进行合采处 于亏本状 态 ， 因而必须保 证采矿方法的贫化率小于允许 的最大贫化率。另 外， 分支矿体进行分采的另一条件是2 条矿脉之间 的夹层必须能够支撑两边矿 脉的 回采 ， 即夹层厚 度需达到允许的支撑厚度。多层、 分支矿体允许 合采的经济盈亏平衡点计算 的方法有 3种 ， 分别 是 临界品位法_ 5 J 、 最低含脉率法 和最大贫化率 法。其 中最大贫化率法是根据 I临界品位法和最低 含脉率法 ， 结合采 矿方法本身 的损失 贫化及废石 品位衍生 出的计算方 法 ， 更能真实反 应矿 山实 际 的盈亏平衡点 。根据最大贫化率法计算出允许 的 最大贫化率为 2 4 ． 6 1％， 反推的最低含脉率为 6 2 ． 4 3％ 。经计算 2条矿 脉之 间的夹层厚 度达到 8 m左右方能起到 良好的支撑作用 。 根据采矿方法研究 ， 该采矿方法 的技术参 数 主要是 中段高度 6 0 m 分段 高度 2 0 m ； 沿走 向 布置时盘区宽度 7 5 m， 其 中步骤 1采场宽度 7 0 r n ， 间柱宽度 5 m 不进行回收 ； 垂直走向布置时盘区 宽度 1 0 0 m， 步骤 1采场宽度 1 0 m， 步骤 2采场宽 度 1 5 m。该采矿方法存在的问题有 胶结充填 比 例大 占5 1 ％ ， 充填费用高； 井下装矿横巷工程较 多， 且步骤 2开采时 ， 装矿横巷需在步骤 1胶结体 中开凿巷道 ， 支护费用高 ； 阶段空场嗣后充 填法为 大直径深孔凿岩 ， 对凿岩工作要求较高 ， 而分段空 场嗣后充填法虽对凿岩要求不 高， 但采切 比很大 ； 需根据矿体厚度调整矿房矿柱宽度。该采矿方法 主要开采技术指标见表 1 。 3 采矿方法主要作业收支比较 根据 上述几种采矿方法 的特点及优 缺点 ， 在 这几种采矿方法本身方面， 影响作业收支的直接 因素主要有出矿品位 、 场 内损失 、 采切 比及材料消 耗 主要有 充填水泥 、 充填 密闭墙 、 采场顶底板及 巷道支护材料 、 人工假巷 、 炸药等 ， 间接因素主要 有征地费用 、 充填制备 系统及充填费用 、 尾矿处理 费用等。直接因素中出矿品位和场内损失直接影 响到精矿量， 对矿山总产值的影响比较明显。间 接因素中， 若采用无底柱分段崩落法 ， 则征地面积 大且尾矿堆存量多， 而采用充填法进行矿体开采， 可减少尾矿堆存量 ， 又不需大范围征地 ， 因而需根 据各 自的特点进行 收支费用对 比。当然 ， 影响 收 支费用 的因素远不止这些 ， 但对于采矿 方法本 身 来说 ， 上述 因素皆是 主要 因素 ， 对采矿方法本身的 田敏 在建矿山深部矿体开采的采矿方法优化选择 收支情况起着主导作用。故根据这些主要 因素罗 列 出各采矿方法 的收支情 况， 并 以点柱式 上 向分 层充填法为参照物进行对 比分 析 ， 最后进 行折现 值与产品价值计算 ， 根据计算结果择优 选择采矿 方法， 计算结果具体见表 2 ， 表 3 。 表 2 采矿方法作业收支对比分析表 Ta b ． 2 Re v e n u e a n d e x p e n d i t u r e c o m p a r i s o n o f v a r i o u s m i n i n g me t h o d s 1 2 有色金属设计 第 4 2卷 表 3 可比条件下的折现值及产品价值计算表 Ta b ． 3 Ca l c u l a t i o n t a b l e o f p r e s e n t d i s c o u n t e d v alu e a n d p r o d u c t v alu e u n d e r c o mp a r a b l e c o n d i tio n s 注 此处成本为可比条件下的采矿方法主要成本 ， 包括回采成本 、 采切工程费用、 尾矿处理及充填费用。 4 采矿方法确定 在采矿方法初选及各采矿方法主要作业 收支 比较的论述及计算结果 中可以知道 ， 采 用阶段空 场嗣后充填采矿法 时其折 现值与产 品价值 最高 ， 因此阶段空场嗣后充填采矿法在此矿 山设计 范围 内为最优采矿方法。该采矿方法不仅采场综 合能 力大， 损失率小， 成本低， 又因采场 内的矿体全部 落矿完毕后才 大规模 的集 中出矿 ， 回采期 间矿 石 对围岩和充填体可以起到临时支撑作用， 在大量 出矿后即进行充填， 因而采场围岩或充填体暴露 时间较短， 作业安全性高， 能有效利用尾砂进行充 填 ， 减少尾矿库 的库容压力 ， 且避 免 了征地 问题。 当然这种结果的确定是在特定的经济条件下进行 的， 若是经济条件发生变化 ， 比如 ， 精矿售价 、 水泥 单价 、 炸药单价或者是影 响采矿方法其它 的重点 因素发生较大变化， 则应结合变化的经济条件重 新进行采矿方法的经济效果对比分析， 再择优选 择采矿方法 。 5 结语 根据某矿 山的开采现状及 1 0 0 3 4 0 i n范 围内 的矿体赋存情况， 从采矿方法 自身主要作业收支 方面对设计范围内矿体进行了采矿方法的对比优 化选择， 虽考虑的收支费用影响因素不尽全， 但对 于初选的几种采矿方法本身来说， 决定采矿方法 本身收支情况的主要因素已悉数考虑， 对类似矿 山开采具有一定的参考及指导意义。 参考文献 [ 1 ]于润沧 ．采矿工程师手册上卷[ S ] ．北京 冶金工业出 版社， 2 0 0 9 ． [ 2 ]胡道喜， 汪亮， 程毓强 ．大高庄铁矿采矿方法优化选择 [ J ] ．现代矿业， 2 0 1 5 6 4 4 4 6 ． [ 3 ]徐树岚， 苏家宏 ， 潘键， 杨源伦， 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