新城金矿采矿方法和充填接顶工艺探讨.pdf

S e r i e s No ． 3 5 7 Ma r c h 2 0 0 6 金 属 矿 山 ME T AL MI NE 总 第3 5 7期 2 0 0 6 年 第 3期 新城金矿 采矿 方 法和 充填接 顶工艺探讨 崔栋梁 赵国彦 李夕兵 宫凤强 中南大学 摘要为开采新城金矿 一 4 8 0 m水平下部矿岩破碎、 稳 同性较筹的 V 矿体， 开展了开采工艺的技术经济沦 证， 确定用沿走向布置的机械化盘区上向进路充填采矿法 ， 并对充填接顾工艺进行了探讨 ， 该方法在满足_牛产持续 稳定的同时， 既解决了与矿山原有系统的衔接问题 ， 又有所创新。 关键词上向进路尾砂胶结充填充填接顶创新 Di s c u s s i o n o n M i n i n g M e t h o d a n d Ro o f - Co n t a c t e d F i l l i n g Te c h n i q u e f o r Xi n c h e n g Go l d Mi n e C u i D o n g l i a n g Z h a o Gu o y a n L i Xi b i n g Go n g F e n g q i a n g 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 e c h n i c a l a n d e c o n o mi c a l p r o o f w a s ma d e o n t h e mi n i n g t e c h n o l o g y f o r t h e f r a c t u r e d a n d u n s t a b l e Vo r e b o d y a t一4 8 0 l e v e l i n Xi n c h e n g G o l d Mi n e ．I t w a s d e t e r mi n e d t o a d o p t t h e t e c h n o l o gy o f o v e r h a n d d r i ft s t o p i n g a n d fi l l i n g me t h o d a l o n g t h e s t r i k e i n t h e me c h a n i z e d p a n e l a n d t h e r o o f - c o n t a c t e d fi l l i n g t e c h n i q u e W a S d i s c u s s e d ．T h e me t h o d c a n n o t o n l y s a t i s f y t h e r e q u i r e m e n t o f a s u s t a i n e d s t a b l e p r o d u c t i o n ， b u t a l s o s o l v e t h e p r o b l e m o f j o i n i n g w i t h t h e e x i s t i n g s y s t e m o f t h e mi n e wi t h i n n o v a t l o n ． Ke y wo r d s Ov e r h a n d d ri f t ，C e me n t e d fi l l i n g wi t h t a i l i n g s ，R o o f c o n t a c t e d f i l l i n g，I n n o v a t i o n 新城金矿是我国单体黄金产量最大和矿山机械 化程度最高的黄金矿山之一， 是一家具有 2 O 多年历 史的采、 选、 冶综合企业， 形成了以主斜坡道、 主竖井 一 辅助斜坡道、 主斜坡道等多种开拓方式共存， 机械 化盘区充填采矿法为主要采矿方法 的现代化矿 山。 矿山主要由I 和 V 两个矿体组成， 其中I 矿体位于 一 2 0 IT I ～ 一 6 3 0 IT I 标高， 1 4 3 ～1 9 3 线间， 矿体进入 一 4 8 0 m后， 矿体由厚变薄， 品位也变低， 至 一 6 3 0 in 水平尖灭。V 矿体为盲矿 体， 位 于 一4 3 0 in 一 一 7 3 2 IT I 标高， 1 5 9 ～1 9 1 线间。矿山 目前主要回 采矿体是 I 矿体， 主要开拓水平为 一 4 8 0 m， 主要回 采中段为 I 矿体的 一 3 3 0 in～ 一 4 3 0 I T I 水平 ， 一1 4 5 IT I ～ 一 3 3 0 IT I 中段矿体基本开采完毕， 尚存少量残 柱， 下部 V 矿体刚刚揭露， 尚未进行正式开采。矿 山正在进行 一 5 3 0 IT I 以下矿体的深部开拓设计与施 工 。 新城金矿由于 目前 一 4 8 0 I T I 水平 以上保有生产 矿量仪有 1 5 5万 t ， 按照现行生产规模 与进度计划 ， 矿山服务年限不足 3年， 且生产能力远远不能满足 矿山生产要求。凶此， 深部矿体的开采迫在眉睫。 2 2 1 采矿方法设计 矿山现用 的采矿方法为机械化盘区上向分层充 填法。随着矿体开采深度的增加， 与矿山上部 I 矿 体比较， V 矿体的地质成因与开采技术条件发生了 较大改变 ， 无论是矿床 的成 因、 矿岩 的稳 固性 ， 还是 品位、 厚度等都与上部矿体不同， 开采技术条件要复 杂得多。在此情况下 ， 原有的采矿 方法就显得不适 用于 V 矿体 。经详 细论证 及技术 经济 比较 ， 对 V 矿体采用沿走向布置的机械化盘区上向进路充填采 矿法进行 回采。 1 ． 1 方案设计 1 ． 1 ． I 盘区布置与构成要素 盘区沿走 向划分 ， 每个盘区长 9 0 m， 中段高 5 0 m， 分段 高 1 6 m。 盘区采用下盘脉外分段平巷和脉外集中出矿溜 井的无轨采准方式。矿体下盘边界布置分段巷道， 各分段巷道通过联络道与主斜 坡道相通 ； 盘区 中央 或两端分段联络道将分段巷道 与采场连结 ； 盘 区两 崔栋梁 1 9 8 1 一 ， 男 ， 巾南大学 资源 与安全 上程学 院， 硕士 研究 生 4 1 0 0 8 3湖南省长沙市岳麓山。 维普资讯 崔栋梁等 新城金矿采矿方法和充填接顶工艺探讨 2 0 0 6年第3 期 端位置垂直矿体布置分层联络巷； 盘区中央位置垂 直矿体布置充填通风联络巷； 溜井布置在矿体中央 分层联络巷与分段平巷位置， 从而构成盘区下盘脉 外无轨采准系统⋯。 盘区内沿分层联络巷划分一步回采进路与二步 回采进路， 一步进路与二步进路间隔布置， 宽均为4 m 。进路长为盘区长度之半， 即4 0 m。 1 ． 1 ． 2 底部结构 矿房所有底部先用进路法开采， 然后用 1 4高 灰砂比、 高浓度的水泥尾砂胶结料充填进路 ， 充填高 度为2 m， 其余空间则用 1 1 0的水泥尾砂胶结充 填， 最后 3 0 0 m m～5 0 0 m m空间用灰砂比 1 4的水 泥尾砂胶结充填接顶浇面。对于分层联络道下部， 用 C 2 5钢筋混凝土构筑人工假巷， 以利于下中段矿 体 回采时的通风与上部 出矿 。 1 ． 1 ． 3 回采 采用从矿体上盘开始的后退式回采方式。进路 断面尺寸为4 m 3 ． 3 m， 形状为带拱形的矩形。对 于靠近上盘大断层下的第一条进路， 为了回采安全， 采用留小垛的方式掏出矿石， 尽量减少矿体上盘的 暴露面积。进路采用垂直桶形掏槽方式形成爆破 自 由面， 以3 ％ 一5 ％坡度向上掘进。矿石爆破后用铲 运机出矿， 将矿石就近倒入盘区中央或脉外矿石溜 井中。为减少废气污染， 宜采用电运铲运机出矿。 采完一步进路并且充填后， 用同样的方式回采 二步进路， 二步进路的下部用尾砂非胶结充填。 然后 留下 3 0 0 m m一4 0 0 i n m空间， 用高灰砂比胶结充填 料充填接顶。 分层回采结束后， 转入上分层进行回采， 直到整 个盘区回采结束。 盘区内主要使用无轨采矿设备。凿岩用 7 6 5 5 式凿岩机； 2 铵油炸药爆破， 非电导爆管毫秒差雷管 起爆； 盘区出矿设备为芬兰 T a m R o c k公司的 T o r o 一 2 5 0 B D柴油铲运机 ； 凿岩巷道支护用液压锚杆 台车 进行锚杆和金属网联合护顶； 盘区内作业人员和材 料由 Mu l t i m o v e n一6 0 0型 多用 途服 务 车运送 至 采 场 。 采矿方法主要技术经济指标如表 1所示。 1 ． 2 方法创新 1 ， 2 ， l 生产简单、 技术可靠 该采矿方法采用巷道式掘进方法 ， 用矿山现用 采矿设备进行凿岩出矿， 技术成熟、 可靠。 表 1 主要技术经济指标 指 标 名 称 数帚 矿块地质储最／ k t 采切 比／ m k t 采矿损失率／ ％ 采矿贫化率／ ％ 采出矿石量／ k t 盘区生产能力／ t d 凿 岩工效／ t 工班 出矿工效／ t 工班 采矿工效／ t 工班 1 ． 2 ． 2 安全性好 巷道掘进式采矿方法， 便于控制进路采场的顶 板暴露面积和侧帮高度 ， 能随时根据矿岩的稳固性 调整矿体的顶板暴露宽度与回采高度， 回采时安全 性好。 1 ． 2 ． 3 施工简便， 机动灵活 进路法开采施工简便， 工人技术熟悉， 另外， 能 随时根据矿体的边界变化调整进路的宽度和进路条 数， 特别是分层与分层之间。也可以根据矿山生产 情况， 随时改变进路的结构参数和布置形式， 且生产 不受影响 ， 灵活机动。 1 ． 2 ． 4 盘区回采工作面多， 生产能力大 采用隔一采一的回采方式， 盘区中最多可布置 2 4 个工作面， 同时回采的工作面个数可达到 1 2 个； 另外各工作面回采技术参数与安全性不受矿体厚度 的影响， 采场数量多， 盘区生产能力大， 单位面积内 的回采强度大。 1 ． 2 ． 5 能有效地剔除夹石 V 矿体中分支复合现象严重， 且夹石走向与矿 体平行， 因进路回采方向与夹石生存方向一致， 因 此， 采矿时可有效剔除存在于矿石中的夹石， 使矿体 中的贫化或损失大大降低。另外， 可利用此夹石作 为支柱， 提高采场回采的安全性。 2 充填接顶工艺 2 ． 1 充填工艺 首先， 盘区两侧联络道充填超高一层。如图 1 所示， 进路采完后， 放炮挑顶打通联络道， 这样就形 成 了一个高差。设置隔离墙 ， 然后架设充填管道， 用 尾砂胶结充填。进路分 3次或 4次充填 ， 最后一次 充填浇面并接顶 。 2 ． 1 ． 1 充填管路架设 采场充填管路采用充填塑料软管， 在隔离木板 上方适 当位置 ， 预先埋 设一根 ， 吊挂在空场顶板上 ， ．23 5 5 。 Ⅻ 维普资讯 总第 3 5 7期 金 属 矿 山 2 0 0 6年第 3期 下料口离进路尽头不大于 1 0 m， 以利于进路充填接 顶。软管与采场主充填管用快速接头联接， 使充填 引路水、 洗管水不进入进路 。 图 l 进路充填示意 2 ． 1 ． 2 充填隔离墙架设 一 期进路充填前， 隔离墙架设在进路口处， 且尽 可能靠外， 以免加宽联络道的宽度， 影响联络道稳定 性。二期进路充填时 ， 可对若干条进路同时充填 ， 共 用一个隔离墙， 并将其架设在分层联络道内。 2 ． 1 ． 3 溜矿井架设 在靠分段平巷一侧 ， 布置一条钢溜井。用 4块 钢板焊接成直径 1 ． 5 m、 长 1 m的钢筒 ， 沿矿体倾 向 架设， 钢筒节与节之间焊接牢固， 并密封以防止跑 浆。 2 ． 1 ． 4 人行泄水天井架设 在每个联络道内架设一条人行泄水天井。其采 用圆木加背板架设而成， 即圆木方框外钉背板， 再包 以纱布， 并用板条钉牢。 2 ． 1 ． 5 采场充填脱水 分3 次充填进路全高， 即第 1 次充填 1 ． 5 m高， 第2次充填约 1 ． 5 m高， 第 3 次再充填剩余空问， 每 次充填后间隔 1 d ， 这样既可减少充填料对充填隔离 墙的压力， 又可保证充填接顶。采用沿圆木支架架 设隔离木板， 木板内侧铺双层滤水纱布的隔离墙， 脱 水效果较好。 2 ． 2 接顶工艺 针对山东新城金矿 的实际情况 ， 设计 了多种接 顶方案， 应根据实际情况灵活运用。 2 ． 2 ． 1 改进回采工艺充填接顶 改进后应使空场顶部齐整 ， 不出现局部超挖现 象， 因为超挖部位是充填死角， 难以接顶； 充填下料 位于最高点， 且向四周有一定的下向坡度， 这样可以 借助于充填料浆的自流， 充满整个空区。为使形成 的最终空场满足上述要求， 在回采最后一个分层时， 用上向孔挑顶后， 布置一排微倾斜炮孔 倾斜依最 终空场形 状而定 ，按光 面爆破方 式设计 爆破参 数， 进行压采， 以使最终空场齐整并具有所要求的坡 24 度 。 2 ． 2 ． 2 强制接顶 1 爆破顶板围岩， 充满空区。岩石破碎后 ， 有 一 定的碎胀性 碎胀系数约为 1 ． 3 5～1 ． 6 O 。利用 这一特性， 在分层充填工作结束后， 有计划地崩落部 分顶板围岩 ， 可实现强制接顶。 2 注浆接顶。将充填料浆用注浆泵通过专门 钻孑 L 压入未接顶空场顶部 ， 强制接顶。 2 ． 3 方法创新 2 ． 3 ． 1 合理回采 盘区的进路以 3 ％ ～5 ％的坡度进行回采 ， 这样 设计的 目的一方面在于有利于铲运 机出矿 ， 另一方 面在回采完毕进行充填时可充分利用充填体的自流 性 ， 保证其充满空区和接顶充分， 便于整个采场的整 体维护。 2 ． 3 ． 2 顶板与隔离墙的改进 对进路顶板与充填隔离墙做了改良设计。进路 断面设计成带拱形的矩形 ， 小拱形 的作用是便于充 填管道进入和观察充填情况 ， 同时能保证充填的密 实度和充填接顶的质量。墙体没有采用传统的水泥 封 口墙 ， 而是采用了轻盈 的木隔墙 如图 2所示 ， 加强了泄水的功能 ， 有利于充填接顶 ， 极大地增强了 采场的安全性 。 L ． ． - _ 图 2改进后 的隔离墒示 意 2 ． 3 ． 3 采用分次充填 其优越性在于使充填料有足够的时间脱水和沉 降压实， 同时不造成隔墙的受力倒塌。进路充填分 34次进行 ， 最后～次为充填浇面。 3 结语 对新城金矿 V 矿体从采矿方法到充填接顶工 艺进行 了合理的设计 ， 整个过程严格按照规范进行 ， 并在现场积极进行调研 ， 做了大量的现场试验 ， 证 明 这是一个符合新城金矿实际情况的采矿方法。在设 计过程 中贯彻了创新 的思想 ，在工程衔接 、进路布 下转第 7 6页 维普资讯 总第3 5 7期 金 属 矿 山 2 0 0 6年第 3期 由图4可知， 绝大部分粉尘沉积在第 2 块收尘 极板上。沿气流方向， 在第 1 块收尘极板上， 粉尘沉 积量由少到多 ， 由薄到厚 ， 而且沉积粉尘量相差 比较 大、 厚度变化也大。其原因是 第 1 块收尘极板被放 置在进气口端 ， 由于粉尘粒子受到气流运动的惯性 作用， 不能在电场力的作用下 粒子刚荷上电， 且端 部极板电流密度也较低 立即沉降， 同时进气 口的 气流紊流扩散也起了一定的作用。所以在第 1 块极 板上沉积的量很少。而从第 2块收尘极板开始， 粉 尘沉积量由多到少、 沉积厚度由厚到薄。第 2块和 第 1 块、 第 3 块极板上的粉尘沉积量相差悬殊， 第 4 块 、 第 5 块收尘极板上粉尘的沉积量相差不大 ， 沉积 粉尘的厚度变化也不大。这主要是在气流进 口端 ， 由于粗粉尘粒子的自然沉降和电场力的作用， 粗粉 尘粒子被前部极板所收集， 细粉尘粒子被后部收尘 极板收集， 微细粉尘粒子很难被捕集。所以， 电除尘 器后部极板的沉降量少 。 上述实验是在电场气流速度为 1 m ／ s 左右时做 的。现在， 分别调整气流速度为2 m ／ s 、 3 m ／ s ， 重复 上述实验， 极板上沉积粉尘的分布情况如图5 所示。 从图5可知 ， 在低风速时， 粉尘 的沉降量随距离的增 大而迅速减少； 在高风速时， 粉尘的沉降量随距离的 增大而减少， 但是变化幅度没有低风速时的变化幅 度大 。 3结论 通过实验研究得 出了电除尘器收尘极板上粉尘 粒子的沉降规律 1 含尘气体 由流速较高的电除尘器进 口管通 过喇叭口进入电场， 气流速度降为 1 m ／ s 左右， 大小 不一的尘粒会呈现不同沉降规律。粗尘粒较快地被 前部电场所收集， 电除尘器的后部电场断面上的粉 - 十 n n ” 十“ “ r _ “ “ ” 一- 4 - 一 - 4 - 一- 4 - - - 4 - 上接第 2 4 页 置、 合理回采、 隔离墙与顶板的改良设计 、 充填次序、 接顶效果等方面做了一些创新性的设计， 使之能更 适应新城金矿的实际情况 ， 创造更大的经济效益。 参考文献 [ 1 J 杨殿． 金属矿床地下开采[ M] ． 长沙 中南工业大学出版社， l 9 9 9． [ 2 ] 采矿手册编写委员会． 采矿设计手册[ M] ． 北京 中国建筑工 7 6 - b D ＼ 姻 禽 蛙 l Z q a 极板标号 图5 风速不同时。 收尘极板上沉积粉尘的分布 尘粒径比前部分断面的要小， 而且电除尘器前部分 的沉降量比后部分的沉降量大。因此， 沿气流方向 水平 ， 收尘极板的沉降粉尘呈现前粗后细、 前厚 后薄的沉降规律 。 2 由于重力的作用 ， 粒径较大的粉尘粒子分 布在收尘极板的下部 ， 且容易被极板收集 ， 收尘极板 下部收尘量大； 粒径较小的粉尘粒子分布在收尘极 板的上部， 且相对较难收集， 收尘极板上部收尘量 少。因此 ， 沿垂直方 向上， 收尘极板的沉降粉尘呈现 上细下粗、 上薄下厚的规律。 3 沉降量随距离增大而减少， 当气流速度增 大时， 沉降量变化幅度减小， 风流速度对粉尘的沉降 有重要影响。 参考文献 [ 1 ] [ 美 ] Wh i t eH J 著 ．工业电收尘 [ M] ． 王成汉译，北京 冶金工 业出版社 ， 1 9 8 4 ． [ 2 ] 肖福 春， 用概率方法求电除尘器效率公式 [ J ] ． 静 电， 1 9 9 3 1 0 5 96 0 ， [ 3 ] 张国权． 气溶胶力学除尘净化理论基础[ M] ， 北京 中国 环境科学出版社 ， 1 9 8 7 ． [ 4 ] 嵇敬文， 除尘器[ M] ． 北京 中国建筑工业出版社， 1 9 8 1 ． 收稿 日期2 0 0 6 _ 1 1 O -● 一- - ● 一 - 4-- - - 4-⋯- 4 - - - 4- ” 一 “十“十“n“““- 4 - - 4- 业出版社． 1 9 8 9 ， [ 3 ] 赵国彦． 上向进路充填采矿法关键问题的探讨[ J ] ．矿业研究 与开发． 1 9 9 7 ． 1 7 1 5 -9 ． [ 4 ] 肖凤元， 等，廉江银矿采场接顶充填技术[ J ] ．矿业研究与开 发． 1 9 9 9 ． 1 9 5 1 7 - 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