横县某钙芒硝矿采矿方法的选择.pdf

I SSN 1 6 71 29 00 CN 4 3 1 3 4 7 ／ TD 采 矿 技 术 第 1 3卷 第 4期 M i ni ng Te c h no l o gy，Vo1 ．1 3， No ．4 2 O 1 3年 7月 J u l y 2 0 1 3 横 县 某 钙 芒 硝 矿 采 矿 方 法 的 选 择 穆 刚 ， 李 学锋。 1 ． 广西 壮族 自治 区工 业建 筑设 计研 究 院 ， 广 西 南 宁 5 3 0 0 3 1 ； 2 ． 广西 大学 资源 与冶 金学 院 ， 广西 南 宁 5 3 0 0 0 4 摘 要 根 据 某 钙 芒硝 矿 矿床 地 质 特征 和 开采技 术条 件 ， 分 析 了可用 的 3种 采 矿 方 法 的 优 、 缺 点 ， 推荐 了硐 室水溶采 矿 法为 首选 方案 ， 并 详 细介 绍 了该 方 法 的溶 区结 构参 数 以及 回 采工 艺流程 。 关键 词 钙 芒硝 矿 ； 采矿 方 法 ； 硐 室水 溶 法 0 前 言 精芒 硝是 重要 的轻 工 、 化 工工 业原 料 ， 广泛 用于 化工 、 轻工 、 纺织 、 建材 、 医药 、 化肥 、 合成纤维等 2 O 多个 行业 。随着 中国经 济 的稳定快 速 发展 ， 预计 “ 十 二五 ” 期 间精 芒 硝 的 总 需 求 量 为 9 6 3 0万 t ， 在 2 0 1 5 年需 求 量将 达 到 2 3 0 0万 t ， 年 均 增 幅 1 0 左 右 ， 其 中深 加工 比例 达到 3 0 。因此 ， 尽 早 开 发 横县 陶圩 盆地的钙芒硝矿对广西的化工、 化肥及其它化工工 业的发展有极大的促进作用。 1 陶圩盆地 的地质概况 陶圩盆地位于邕宁县大塘～横县莲塘中生代盆 地 的北 东 端 ， 其 与大 塘 ～莲 塘 盆 地 原来 应 为 一 个 整 体 。 由于 喜 山运 动 时 盆 地 抬 升 剥 蚀 ， 在 F 1断 层 一 带出露一长条形基底老地层 ， 使之与大盆地相隔开 ， 形成现在石塘～陶圩长轴状独立的断陷型内陆湖相 沉积 小盆 地 。此小 盆地 长约 1 0 k m， 宽 3 ～4 k m， 面 积约 5 5 k m 。盆 地 中沉积 了一 套下 白垩 统地 层 ， 属 内陆湖相红色碎屑～化学岩建造 。芒硝矿矿体 层 赋存 于下 白垩 统新 隆组 下段 。 2 钙芒硝矿床地质特征 2 ． 1 矿体 赋存 层位 、 形 态产 状及 矿体 数量 矿体赋存于下 白垩统新隆组 K X 下段 d带 的地层 中。地 表无 矿体露 头 。钙芒 硝 矿层是 由较密 集的钙芒硝晶体沉淀于粘土矿物 中而成 ， 矿体呈似 层状 、 层状 顺层 产 出 ， 其 顶 底板 围 岩 为含 膏 质 泥 岩 ， 产状 与地 层产状 近 于 一 致 ， 即 由盆 地 四周 向 中心 倾 斜 ， 倾角 5 。 ～2 0 。 。根据矿体在含矿层中上下关 系划 分矿体 ， 上层矿为 I号矿体 ， 下层矿为 Ⅱ号矿体 。经 对 比， I号矿体厚度大 ， 分布广泛； Ⅱ号矿体厚度较 小 ， 分 布范 围较小 。两 层矿 相距 3 9 ～6 6 1T I 。 I号矿 体 见 矿 深 度 在 3 8 ～ 3 8 0 m 之 间 ， 推 测 有 矿 面 积 约 6 ． 6 k m 。I I 号矿体见矿深度在 2 4 1 ～5 5 1 I n之间 ， 有 矿 面积约 1 ． 1 k m。 。 2 ． 2矿体厚 度 、 品位及 其变 化 矿体的厚度 、 埋深 、 品位 的总体变化较小。 工号 矿体厚度 1 8 ． 5 4 ～1 7 3 ． 2 3 m， 平均 8 2 ． 0 6 1T I ； 单工程 品位 Na S O 1 6 ． 6 4 2 2 ． 6 6 ， 平 均 1 8 ． 7 2 ％ 。 Ⅱ号 矿 体厚 度 8 ． 3 2 2 8 ． 1 6 m， 平 均 1 6 ． 8 2 1 T I ； 单 工 程 品 位 Na 2 S O 1 5 ． 2 6 ～2 0 ． 4 5 ， 平 均 1 8 ． 7 2 。 2 ． 3矿石 特征 矿 区 内矿石矿 物有 钙芒 硝 ， 脉石 矿物有 硬 石膏 、 石 膏 、 水 云母 ～绢 云母 及少 量 的铁质 、 石英 等 。实验 室岩矿 鉴定 表 明 ， 有用 矿物 主要 为钙 芒硝 ， 有用 成份 为 Na 。 S O 。钙 芒硝 矿石 中的有用成 分 Na S O 可 溶 解 于水 。 3 钙芒硝矿床开采技术条件 3 ． 1工程 地质条 件 矿区地质构造简单， 为一平缓的向斜构造盆地 ， 向斜 内还发 育一 些起 伏不 大 的次级褶 皱 。盆地 内部 虽然有 较 多的推 测 断层 据 物探 资料 ， 但 多 数 没有 得 到证 实 。地表 及所 有钻孔 中均未发 现钙 芒硝 矿层 的风化 淋滤 及其 它破 坏现 象 ， 矿 层顶 、 底板 的石 膏层 也 未见 裂 隙及破 碎现 象 。 矿体的直接顶底板岩石为灰 色、 紫红色含粉砂 膏质泥 岩 ， 局 部 为 泥 质膏 岩 。岩 石 成 份 主要 为 泥质 水 云母 ～ 绢云母 、 硬石 膏 及 少 量 石英 等 。岩石 致 1 6 采矿技术 密 ， 较 硬 。岩层倾 角一 般较 平缓 ， 裂隙 不甚发 育 。矿 层及其直接顶 、 底板岩层即为隔水层。矿层及其顶 、 底板岩石物理力学性质测试结果表明 矿层抗压强 度平 均 为 2 8 ． 2 8 MP a ， 顶 板 抗 压 强 度 平 均 为 1 6 ． 5 MP a ， 属 中硬一硬 性岩 石 。 矿 区的工程 地质 条件属 较稳 固的类 型 。 3 ． 2矿 区水 文地质 条件 矿层顶板 K X 含水层水量虽然较丰富， 但 目 前 由 于 工 农 业 生 产 的 需 要 ， 本 区 水 井 密 度 约 为 1个／ 1 ． 5 k m。 。井水 量 不 断 减 少 ， 水 位 也 呈 不 断 下 降趋势 ， 相邻水井同时抽水降落漏斗互相干扰 ， 有的 水 井 已经 干涸 ， 这说 明开采 量 大于补 给量 ， 造成 补给 来源不足 ， 水 资源量 消耗不断增加 ， 地 下水逐渐枯 竭 。因此 ， 是水 文地 质条 件 比较 简单 的矿 床 。 在矿 区 内共进 行 了 1 3个 钻 孔 简 易水 文 地质 观 测 及编 录工 作 ， 根 据 矿 区范 围的 汇水 面 积 和 同类 矿 山水文 地质 各种 参 数 ， 预 测 前期 一 1 5 0 m 中 段矿 坑 正 常涌水 量 1 7 5 0 m。 ／ a ， 最 大 涌水 量 5 2 5 0 I T I 。 ／ a ； 一 2 7 0 m 中段 矿坑 正 常 涌 水 量 1 7 3 6 m。 ／ a ， 最 大 涌水 量 5 2 0 7 m。 ／ a 。 3 ． 3环 境 地质 矿 区属 四周环 山 的小盆 地 ， 环 山低缓 ， 盆地 内较 平 缓 ， 地 形地 貌条 件 对 矿 区 的环 境 地质 不 存 在 不 良 影 响 ， 陶圩 盆地历 年来 均未 发生崩 塌 、 滑坡 、 泥石 流 、 岩溶等地质灾害现象 。本区目前 尚未发现工业污染 源 的存 在 。 4可选开采方法分析 矿层为缓倾斜层状钙芒硝矿体， 矿体极厚 ， 矿层 顶底板为含石膏粉砂 质泥岩 ， 矿层及直接顶底均为 隔水层 ， 稳固性均较好 ， 矿体倾角为 5 。 ～2 O 。 ， 开采区 上部 地表 地形平 坦 ， 均为水 田， 需保护 。 4 ． 1旱 采法 主要 开采方 案为 采用 普通 房柱 开采 ， 从 井下 把 矿石 拉到地 面 ， 采用 地面浸 泡法 ， 或通 过破碎 、 浸 泡 、 密压 制硝水 。该 法存 在掘进 量 大 、 成本 高 、 污染严 重 的缺 点 。 陶圩钙芒硝矿是一种低价值矿种 ， 一般需大规 模开采 。若采用旱采法开采 ， 则投资高、 成本高 、 安 全 系数低 、 环境 污染 严重 ， 因此 不宜 采用该 方法 。 4 ． 2硐 室水 溶法 硐 室水 溶法是 盐矿旱 采 中在房 柱法 的基础 上发 展起 来 的 ， 适 用于低 品位 、 含沙 量及 泥质 较多 的盐矿 开采。它的优点是工艺流程简单， 开采 中 7 O 以上 的矿石经注水溶解后形成溶渣并滞留在溶 区充填采 空区， 采用管道水力运输代替矿石提升运输， 这样不 但减少 了提 升运 输量 ， 减 少 了地 面矿 石 处 理 工业 设 施的场地 ， 减少了矿石排放量的容积， 还有利于保护 地表基 本农 田， 减 轻井下 工人 的劳 动强度 ， 减少 地面 的环境 污染 等 。 硐 室水溶 采矿法 的工作包括矿 床开拓井巷工 程 、 采准 切割工 程 ； 注水 和抽 水设施 。陶圩盆 地钙芒 硝矿 分布 面积广 ， 埋 深 变 化 大 ， 厚度 变 化 大 ， 矿石 品 位稳定 ， 含水不溶物高 ， 属可溶性矿物 ， 其地质条件 适合 于用 硐室水 溶法 开采 。 该方 法 的主要缺 点是 新开拓 工作 不可 少 ， 开采 深 度和 向下延伸 受 到一定 限制 。 由于井 下掘 进巷道 多 ， 矿 石损 失 量 、 出井 量 大 ， 大 型机 械搬 运 频 繁 。而 注 水下 山和抽 水下 山贯 通 ， 硝 水浓 度 低 、 不 稳 定 ， 因 此 ， 材料 消耗 大 、 成 本高 ， 回收期 长 。 该 方 法 的关键 技 术 就是 合 理布 设 溶 区下 山 ， 减 少下 山数 ， 减 少掘 进 巷道 成 本 ； 合 理确 定 溶 区长 、 宽 度， 降低溶区形成成本； 合理确定炮眼排距 、 孔距 ； 保 障稳定地生产高浓度硝水 ， 以充分利用矿产资源 ， 提 高资源利用率 。 4 ． 3钻 井水 溶法 钻 井水 溶法 常用 的有单井 生产 和井组 生产 两种 方式 。 目前 在岩 盐开采 中 ， 只要地 质条件适 宜 ， 已普 遍采用 钻井 水溶 法 开 采 岩盐 。本 法 的优 点是 可 开 采埋藏 较深 目前 已达 3 0 0 0 m 左右 或 品位 较低 的 矿床 ； 投资 少 ， 见 效快 ； 设 备 和工艺 简单 ； 生 产 费用和 能耗低 ； 劳 动条件 好 ， 环 境污染 不严 重等 。其 主要缺 点为 开采 技术要 求高 ； 开采 过程 中会 出现不溶 物埋 管堵井 、 结晶堵管 、 中心管变形断裂等问题 ； 回采率 低 于 4 O ； 不 易控 制溶蚀 范 围 ； 对 埋 藏浅 的矿 床 ， 往 往会 引起 地表塌 陷 。 从该 矿 的地 质条 件和 目前 的钻 井水 溶开 采技术 发展 来看 ， 需要做 大量 的溶 矿试验 ， 取得 更多 的水溶 试验 数据 ； 且在 实地选 择一 口井做 开采试 验 ， 取得 可 靠的开采依据。由于该矿床地表均为基本农 田， 目 前无 法办 理钻井 水溶 开采 手续 。故硐 室水溶 法为该 钙芒 硝矿 开采 的首选 采矿 方法 。 5 硐室水溶采矿 方法方案介绍 5 ． 1 硐室水溶采矿法结构参数及溶区布置 设计确定 中段高度 4 0 m， 矿层倾角 5 。 ～2 O 。 ， 分 穆 刚， 等 横县某钙芒硝矿采矿方法的选择 1 7 段 斜长 1 2 5 ～1 3 0 IT 1 ， 溶 区 沿走 向 布 置 ， 溶 区 沿 走 向 宽 1 0 0 m， 倾斜 长 为 中 段斜 长 。溶 区之 间 留连 续 矿 柱 2 0 2 5 m， 中段之间留连续矿柱 1 0 ～2 5 m， 为便 于 出渣与通风联络 ， 在溶 区上部和下部均开 口与中 段 运输 平巷 及 回风平 巷相 通 。溶 区与溶 区之 间设 溶 区上 山 ， 断 面为 3 ． 5 m3 ． 0 m， 上 山 内布设铁 轨 ， 上 部安装提升绞车， 担负人员及材料上下及部分矿石 下放。中段运输平巷沿矿体底板布置 ， 采用三心拱 形 断 面 ， 断 面尺 寸为 3 ． 5 m3 ． 0 m。中段运输 平 巷 兼 做抽 放 硝水 平巷 。回风平 巷沿 矿体 顶板 在溶 区 上 部布 置 ， 兼 做 注水 巷 ， 巷 道断 面为 3 ． 5 m3 ． 0 m， 断 面形 式为 三 心拱 形 。在溶 区 中沿 走 向每 隔 2 0 m 凿 切割 上 山 ， 切割 上 山 的宽 度 为 3 ． 5 m， 高度 为 采 矿 厚 度 1 0 m， 用作爆 破 的 自由面及补偿 空 间。沿 倾斜 每 隔 1 5 m 凿 切割 平巷 ， 兼 做 凿 岩平 巷 ， 平 巷 的 断 面 为 3 ． 5 m3 ． 0 m。矿块 采 切 比 4 ． 4 m／ k t ， 补 偿 空 间系数 1 3 ． 3 。 5 ． 2回采 工艺及 设 备选择 溶 区 中切割 平巷 与上 山掘 进用 7 6 5 5凿岩 机 ， 出 渣 用 Z Y D l 1 耙 斗装 岩机 和 MF O ． 6 6矿车 ， 掘进 通 风 用 J K5 5系 列 局 扇 配 O6 0 0 mm 铁 皮 或 柔 性 风 筒 。溶 区 中落矿凿 岩 采用 YGZ 一9 O潜 孔凿 岩机 。 溶 区 内用扇形 中深孑 L 落矿 ， 微差 挤压 爆破 方案 。 爆 破采用 非 电微 差爆 破 ， 起 爆 网络 采 用 双 重 非 电 导 爆 管起爆 网络 ， 排 与排 间 的爆 破 时 间 间隔 为 5 0 ms 。 并田 l l 溶采区I I 溶采区l I 溶采区 开拓 叫 采准 切卜 _ 1中深 孔 卜 _ 叫中深孔 掘进 l l 割掘进I l凿岩 I I 落矿爆破 制硝汇聚废水 低予2 O 。Be 硝水 高于2 0 。B e 硝水 自流并 泵入制硝 采用 改性 硝铵 炸药 。 在 回采过 程 中崩下 的矿石 不运 出地 面 。溶 区中 除矿柱以外的矿体全部崩落后 ， 对上部注水 口外的 出口进行密封 ， 在溶区上部 回风平巷 安装注水管 ， 在溶 区下 部安装 排 硝 水 阀 门 ， 在 中段 运 输 平 巷 安装 排硝 水管 ， 即可 转 入 溶 区溶 浸 生 产 阶段 。在 溶 区上 部注水 口注入 淡水 ， 使溶 区 内温 度保 持 在 3 O～ 5 O ℃ ， 以提 高 Na S O 的溶 解 速度 ， 待 溶 区的 硝 水浓 度达 到 2 0 。 B e时 ， 开启 溶 区下部 的 阀 门 ， 硝水 经 阶段 运输巷的排硝水管排至硝水仓储存 。 溶 区生 产一 般 分 3个 阶段 ， 首 先 是正 常 生 产 时 期 ， 硝水的浓度较高 ， 能连续出硝 ， 一个溶区溶矿 3 0 万 t 左 右 ， 正 常 生 产 时 期 出 硝 水 能 力 平 均 为 1 0 4 0 m。 ／ d ， 硝水浓 度 2 0 。 B e ， 可 回 收 6 0 左 右 的硝 量 ， 生 产 时间 8 ～ 1 0个 月 。其 次 为 间断 生 产 期 ， 这 时 不 能 连续 溶 出 2 0 。 B e 的硝 水 ， 注 入溶 区 的淡水 ， 需 经 长 时 间浸 泡 ， 间断 出硝 ， 此 阶 段不 能 作 为 主 要 生产 阶段 ， 只能起 辅 助和调 节 生 产 的作 用 ， 尽 量 回收 溶 区 内 的 残余 Na S O ， 使整个溶区内的 Na S O 量 回收率达 7 2 左右 。最后 是 收尾期 ， 拆 除供水 管 和排水 管 ， 对 溶 区进行 充填 、 封闭 。 由于采 用硐 室 水 溶 采矿 法 ， 需 保 留连 续 的 间柱 和顶底 柱 ， 厚度 达 2 0 2 5 m， 故 回采 率 略低 ， 采 矿 回 采率 约 4 5 ， 采矿 贫化 率 5 ％ 。 硐室 水溶采 矿法 工艺 流程 如 图 1 所示 。 溶采医 l I溶 采区 注 水溶 解r 抽 取 硝 水 溶采区l l溶采区 硝水至 。 - - 1 硝水泵至 硝水仓l l 镧确备用 图 1 硐 室 水 溶 采 矿 法 工 艺 流 程 6 结论 嚣 慧 曩 孚 根据 横 县某钙 芒 硝矿矿 床地 质条 件 与开采 技术 面矿 石堆 场 占用 土 地面积 ， 减 少 了废 渣排 放量 ， 减 少 条件 ， 采 用 硐 室 水 溶 采 矿 法 开 采 芒 硝 矿 是 可 行 的 。 对 地 面 的环 境 污染 ， 有 效 地保 护 了地 表基 本 农 田等 其具 有生 产规 模 大 、 大 部 分水 溶 处 理 后 形 成 的 矿渣 下转 第 5 8页 到 矿 地厂 ● ， 一 澜 产至 一 ， 一 矧 灌