马子冲锰矿急倾斜极薄矿脉采矿方法研究.pdf

S e ri e s Nn 4 9 1 Ma v 201 7 金 禹 矽 灿 ME T AL MI NE 总 第 4 9 1 期 2 0 1 7年 第 5期 马 子冲锰矿 急倾斜极 薄矿脉采矿方 法研 究 张文方 王文丽 王 春 1 ． 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院， 云南 昆明 6 5 0 0 5 1 ； 2 ． 河南理工大学能源科学与工程学院， 河南 焦作 4 5 4 0 0 0 摘 要急倾斜极薄矿脉开采时， 常遇到采矿方法难以确定、 损失率贫化率高、 作业空间狭小等问题。为研究适 宜的采矿方法， 以马子冲锰矿的急倾斜极薄矿脉为研究对象， 结合矿山矿脉稳 固性较好、 底板稳 固性次之、 顶板稳固 性最差的实际工程地质条件 ， 提出采用削壁充填采矿法进行开采。同时进行了削壁厚度、 采场结构参数、 回采工艺方 面的研究， 针对顶板稳固性差的问题， 提出先进行削壁、 后进行矿石回采的回采顺序， 有效提高了采矿安全性。最后通 过试采， 分析矿脉回采时的主要技术经济指标 ， 如矿石损失率为 8 ． 3 7 ％， 矿石贫化率为 6 ． 4 5 ％等， 得出削壁充填法适 合急倾斜极薄矿脉的开采 ， 尤其适合马子冲锰矿矿脉的开采。 关键词 急倾斜极薄矿脉削壁充填法 浅孔留矿法 回采工艺 采场通风 中图分类号T D 8 5 3 ． 3 2 文献标志码A 文章编号1 0 0 1 1 2 5 0 2 0 1 7 一 0 5 一 o 3 3 - 0 5 S t u d y o n t h e Mi n i n g M e t ho d o f S t e e p l y I n c l i n e d a n d Ex t r e me l y Thi n Or e Ve i n i n M a z i c ho ng M a ng a ne s e M i ne Z ha n g W e n f a n g Wa n g n l i W a ng Ch u n 1 ． K u n mi n g P r o s p e c t i n g D e s i g n ￡ e o fC h i n a N o n f e r r o us Me t a l s I n d u s t r y ， K u n m i n g 6 5 0 0 5 1 ， C h i n a ； 2 ． S c h o o l o fE n e r g yi e nee a n d E n g i n e e r i n g， t t e n a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y ， J i a o z u o 4 5 4 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e p r o b l e ms s u c h a s d i f f i c u l t t o d e t e r mi n e t h e mi n i n g me t h o d ， h i g h l o s s r a t e a n d d i l u t i o n r a t e ， n a r r o w wo r k i n g s p a c e a r e e x i s t e d d u rin g t h e mi n i n g p r o c e s s o f s t e e p l y i n c l i n e d a n d e x t r e me l y t h i n o r e v e i n ． I n o r d e r t o s t u d y t h e s u i t a b l e mi n i n g me t h o d o f t h e s t e e p l y i n c l i n e d a n d e x t r e me l y t h i n v e i n i n Ma z i c h o n g Ma n g a n e s e Mi n e ， a mo n g t h e o r e v e i n s ， fl o o r a n d r oof ， t h e s t abi l i t y c h a r a c t e ri s t i c s o f v e i n s i s b e s t ， w h i l e t h e o n e o f r o o f i s w o r s t ． B a s e d o n t h e a c t u a l e n g i n e e ri n g g e o l o gi c al c o n d i t i o n ， t h e w a s t e l i ft i n g fi l l i n g mi n i n g me t h o d i s p r o p o s e d ． An d t h e r o c k wa s t e l i ft i n g t h i c k n e s s ， s t o p e s t r u c t u r e p a r a me t e r s， mi n i n g t e c h n i q u e are s t u d i e d， i n v i e w o f t h e p o o r s t a b i l i t y o f r o o f ， t h e mi n i n g p r o c e s s t h a t t h e mi n i n g p r o c e s s i s c o n d u c t e d a f t e r r o c k wa s t e l i ft i n g i s p r o p o s e d， t h e r e f o r e， t h e mi n i n g s a f e t y i s i mp r o v e d ． T h e e x p e ri me n t a l mi n i n g r e s ult s s h o w t h a t ， t h e ma i n t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c mi n i n g i n d e x a r e a n a l y z e d ， t h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e o r e l o s s r a t e i s 8 ． 3 7 ％ ， t h e o r e d i l u t i o n r a t e i s 6 ． 4 5 ％ ． T h e ab o v e s t u d y r e s ult s i n t h i s p a p e r s h o w t h a t t h e wa s t e l i f t i n g fi l l i n g mi n i n g me t h o d p r o p o s e d i n t h i s p a p e r a n n p r o v i d e i s s u i t abl e f o r t h e mi n i n g o f s t e e p l y i n c l i n e d a n d e x t r e me l y t h i n o r e v e i n， e s p e c i all y f o r t h e o r e v e i n s o f Ma z i e h o n g Ma a n g a n e s e Mi n e ． Ke y wo r d s S t e e p l y i n c l i n e d a n d e x t r e me l y t h i n o r e v e i n， Wa s t e - l i ft i n g fi l l i n g me t h o d， S h a l l o w h o l e s h ri n k a g e me t h o d， S t o p i n g t e c h n i q u e， S t o p e v e n t i l a t i o n 具有经济价值的矿石聚集在一起形成矿体 ， 不同 矿体的产状及赋存条件不同， 采用合理的采矿方法进 行开采时 ， 可提高矿 山生产 的安全性 ， 改善矿山的经 济效益。矿岩破碎、 稳固性差时常采用崩落法进行开 采 ， 如瓦厂铁铜矿 1 J 、 兰尖铁矿_ 2 J 、 程潮铁矿 _ 3 等 ； 矿 岩坚硬完整 、 稳固性较好时常采用空场法进行开采 ， 如雷家寨铜多金属矿 J 、 玉泉坝金矿 _ 5 j 、 新塘铜矿 等 ； 地表有需要保护 的构筑物， 不允许 塌陷时常采用 收稿 日期2 0 1 7 0 2 0 4 作者简介张文方 1 9 7 2 一 ， 男， 总工程师， 高级工程师。 充填 法 进 行 开 采 ， 如 盘龙 铅 锌 矿 、 紫金 山 金 铜 矿 J 、 鸡笼山金矿 9 等。矿体 的产 状也是影 响采矿 方法选择 的重要因素之一 ， 急倾斜极薄矿脉开采时， 面临的主要难题是 1m J 矿体太薄， 造成采矿作业空 间狭小 ； 采切工程量大 ， 造成采矿成本偏高 ； 损失率 、 贫化率高 ， 造成资源利用率低 、 采矿效益差等 。基 于 上述难题 ， 以马子冲锰矿的急倾斜极薄矿脉为研究对 象 ， 进行采矿方法的研究 。 3 3 总第 4 9 1期 金 赢 矿 山 2 0 1 7年第 5期 1 开采技术条件 1 ． 1 矿体特征 马子冲锰矿共 查明 2条矿 脉 ， 主矿 脉为 V 1矿 脉， 规模较大， 次矿脉为 v 2矿脉， 规模较小。矿区矿 脉主要赋存于中三叠统法郎组 T 2 f 4 泥质粉砂岩 、 粉 砂质泥岩、 含锰粉砂岩地层中。矿体连续稳定， 呈层 状产出， 产状与围岩一致 ， 走 向北偏东 8 0 。 ， 倾 向北偏 西 1 0 。 ， 倾角为 5 5 。 一 6 5 。 。矿脉走 向长 7 5 0 m， 出露高 差 1 9 0 r n ， 工程控制矿体最大倾斜延伸2 0 3 m， 矿体厚 度 0 ． 4 5 0 ． 9 4 m， 平均厚度 0 ． 7 2 m。根据矿体 的平 均厚度仅为 0 ． 7 2 m， 且倾 角大于 5 O 。 ， 故 马子冲锰 矿 矿脉为急倾斜极薄矿脉， 可将其作为开采研究对象， 进行急倾斜极薄矿脉的采矿方法研究。 1 ． 2 矿脉及顶、 底板工程地质条件 矿脉及顶 、 底板 的稳 固性是采矿方法选择时必须 考虑的重要因素之一 ， 马子冲锰矿矿脉为急倾斜极薄 矿脉 ， 选其作为研究对象 ， 进行采矿方法研究之前 ， 需 分析矿脉及顶 、 底板 的工程地质条件 。 1 矿脉工程地质条 件。马子 冲锰矿 的有用矿 物组分主要为褐锰矿 ， 其次为钙菱锰矿、 锰方解石 ， 偶 见水锰矿 、 黑锰矿 ； 矿石主要结构为微晶 变 粒状结 构 ， 其次为鲕豆状结构和碎屑结构 ； 矿石 主要构造为 致密块状构造和条带状构造 ， 其次为斑块状构造和缝 合线构造 。经矿山探矿工程揭露 ， 矿 区锰矿层主要由 致密块状和条带状灰质氧化锰矿和碳酸盐锰矿组成 ， 质坚性脆 ， 节理裂隙不发育 ， 裂隙主要 由方解石 脉充 填 ， 总体来说矿脉的稳定性较好 。 2 顶板 工程地质条件。矿区顶板岩性多 为粉 砂岩、 泥质粉砂岩 、 粉砂质泥岩、 泥岩 。粉砂质泥岩 、 泥质粉砂岩岩体质量中等， 但局部夹薄层泥岩， 降低 了岩体质量 ； 岩石抗压强度为 1 8 ． 3 0～ 5 1 ． 9 2 MP a ， 软 化系数 0 ． 5 8 0 ． 6 7 ， 岩体总体质 量 中等。总之 矿区 顶板稳 固性相对较差 。 3 底板工程地质条件 。矿 区底板多为含 锰灰 岩 、 砂质灰岩、 角砾状灰岩、 疙瘩状灰岩 ； 灰岩的抗压 强度小于锰矿石 ， 大于粉砂岩 、 泥岩 ， 矿 区底板岩石 的 平均矿压强度为 5 4 ． 3 2 MP a ， 岩体 质量 中等 ， 矿区底 板 的稳 固性 比顶板 的稳 固性 好 ， 但 比矿脉 的稳 固性 差 。 2 急倾斜极薄矿脉开采时存在的问题 急倾斜极薄矿脉进行开采时， 除了要考虑矿岩的 稳 固性、 含水率 、 地表环境条件等基本 因素 ， 还存在一 些难 以处理的问题 ， 如矿脉宽度较小 。选择马子冲锰 矿 的矿脉作为研究对象 ， 针对具体矿 山， 同样会遇到 一 些难题 。为了区别 ， 将所有 问题分为一般问题、 矿 3 4 ． 山实际问题进行介绍。 1 急倾斜极薄矿脉进行开采 时 ， 遇到的一般 问 题主要有 以下几点 ①采矿方法 的选择难度大 ， 即采 矿方法选择时考虑的因素较多； ②采场生产能力较 低 ， 如矿 山要求的年产量较大， 完成计划较难 ； ③采场 作业空间较小 ， 由于矿脉较窄 ， 如仅开采矿脉 ， 空间无 法满足作业； ④矿石损失、 贫化率高， 如为了满足作业 空间， 废石的开采量增多； ⑤劳动强度大， 生产率低， 其原因主要为不能进行机械化生产。 2 矿山实际 问题。以马子 冲锰矿矿 脉为研究 对象， 进行急倾斜极薄矿脉的采矿方法研究， 除一般 问题外 ， 最需考虑的便是矿 山的实 际开采技术条件 ， 即矿山矿岩的工程地质条件 。该矿矿脉稳固性较好 、 底板稳 固性次之、 顶板稳 固性最差 ， 如何 充分利用矿 岩自身条件进行安全开采， 便是矿山当前最具实际意 义的课题。 3 采矿方法研究 3 ． 1 采矿方法选择依据 矿产资源是不可再生资源 ， 其赋存于地壳 中， 不 同环境下形成 的矿物种类不同， 不同开采技术条件下 矿体的开采 ， 选用的采矿方法也有区别 。针对金属矿 山， 总体上采矿方法可分为空场法、 崩落法、 充填法 3 大类 ， 但急倾斜极薄矿脉 的开采 ， 其采矿方法的选择 具有一定 的难度 ， 需要考虑的因素众多。结合马子 冲 锰矿的实际开采技术条件， 确定适合矿山开采的采矿 方法必须满足以下条件 1 选择 的采矿 方法应 具有 安全 性高 、 灵 活性 强、 经济效益好、 便于管理等优点。 2 矿脉埋深大 、 宽度小 ， 采矿方法 的选 择应重 点考虑工作面空间及矿岩的运输条件 。 3 有效控制损失 率 、 贫化 率 ， 尽量考 虑将矿岩 分批处理 ， 降低矿石 回采 的损失率 、 贫化率。 4 单个采场生产能力低 ， 应寻求合理的采矿方 法 ， 实现多采场 同时生产 ， 确保满足矿山的生产能力 。 5 劳动强度大 ， 采矿方法的选择应采用有效措 施 ， 一定程度上降低劳动强度。 6 矿岩工程地质条件存在差异 ， 顶板 、 底板 、 矿 体 的稳固性逐渐增强 ， 应考虑如何充分利用矿岩的自 身条件进行 矿石的回采。 3 ． 2采矿方法确定 针对急倾斜极薄矿脉开采时存在的问题， 结合马 子冲锰矿矿脉开采时采矿方法选择 的依据 ， 同时立足 于矿 山的实际开采技术条件 ， 明显得出崩落法不适用 于该矿山开采 ， 其具有对环境的破坏大 、 损失率及贫 化率高 、 采场矿石难以放出等缺点。结合类似矿山开 张文方等 马子冲锰矿急倾斜极薄矿脉采矿方法研 究 2 0 1 7年第 5期 采经验 ， 选择采矿工艺简单 、 操作方便、 便于管理的浅 孔 留矿法 、 削壁充填法进行对 比分析 ， 最 终确定适合 急倾斜极薄矿脉开采的采矿方法 ， 见表 1 。 表 1 2种 采矿方法的主要 因素指标对 比分析 Ta b l e 1 I n d e x a n a l y s i s o f t h e m a i n f a c t o r s o f t wo mi n i ng m e tho ds 由表 1分析得 在一些主要的技术 指标方面 ， 如 采矿安全状况、 采空区处理难易程度以及矿石回采的 损失率 、 贫化率 ， 削壁充填法都优于浅孔 留矿法 ， 且前 者对地表环境 的影响较小 ； 在采矿工艺复杂程度、 工 人 的劳动强度及采场的生产能力方面 ， 浅孔 留矿法要 优于削壁充填法 ， 但只要加强管理 ， 确定合理 的开采 顺序 ， 仍可满足矿 山的生产需求 ； 在通风难易程度上 ， 2种采矿方法的差异不大 。综上分析 ， 最终确定削壁 充填法更适合马子冲锰矿急倾斜极薄矿脉的开采。 3 ． 3 采矿方法设计 经分析急倾斜极薄矿脉的特征及 马子 冲锰矿的 开采技术条件 ， 结合采矿方法选择依据及矿脉开采时 存在的问题 ， 通过对 比分 析浅孔 留矿法 、 削壁充填法 的技术指标 ， 确定削壁充填法适合马子冲锰矿急倾斜 极薄矿脉的开采。为确保矿山安全顺利进行生产 ， 需 合理设计采矿工艺 ， 选标准矿块为参考 ， 从削壁厚度 、 采场结构参数、 采切工程布置、 回采工艺等方 面进行 分析。 1 削壁厚度确定。由于极薄矿脉的开采 ， 矿体 宽度较小， 无法满足需求的作业空间， 故需进行合理 的削壁 ； 削壁产生的废石 ， 可用于充填采空区， 经平整 后作为回采工作的平台； 为不产生多余的废石， 增加 采矿成本 ， 需合 理确定 削壁厚度 ， 其可经式 1 进行 计算 B ， ㈩ 式 中， B为削壁厚度 ， m； A为矿脉厚度 ， 取矿脉 的平均 厚度 0 ． 7 2 m； 。 为岩石松散系数 ， 结合围岩物理力学 性质取值为 1 ． 4 4 ； 疋 为采空区充填系数， 在确保所需 作业空间基础上取值为 7 5 ％。 经计算 ， 在满足充填要求 的情况下 ， 削壁厚度为 0 ． 7 8 i n 。 2 采场结构参数。根据勘探程度和矿体赋存 高度， 中段高度设置为 2 0 m或 6 0 m； 采场沿矿体走 向布置 ， 采场长度根据矿体走 向长度划分 ， 确定矿块 长度为 5 0 m； 采场宽度 为矿体水平厚度与削壁厚度 之和， 为 1 ． 5 1T I ； 回采时， 矿房顶部预留顶柱、 底部预 留底柱、 两相邻采场之间预留间柱， 矿柱的尺寸设计 为间柱宽6 m， 顶柱厚 2 m， 底柱厚 6 in 。采场结构参 数详见图 1 。 II 厂 Ⅱ 图 l 采场结构参数及采切工程布置 m F i g ． 1 S t o p e s t r u c t u r e p a r a me t e r s a n d mi n i ng a nd c u t e n g i n e e r i n g ①一中段运输巷道； ②一联络道； ③～通风人行天井； ④一顺路废石溜井； ⑤一顺路矿石溜井； ⑥一问柱； ⑦一顶柱； ⑧一底柱； ⑨一拉底巷道； 4 一围岩； ⑧一矿体； ⑥一放矿闸门； ⑩～充填废石； ⑩一炮孔 3 采切工程布置。沿矿体下盘脉外掘进中段 5 m， 在间柱中央开掘矿块天井， 作为行人、 通风、 运送 运输平巷 ， 中段运输平巷 中心线距离矿体底板距离约 材料用 ， 天井通往上 中段运输平巷 或专用 回风平巷。 总第 4 9 1期 金 属 矿 山 2 0 1 7年第 5期 自矿块天井一侧 ， 沿矿房底部开掘拉底巷道 。 4 回采工艺。采切工程完成后 ， 自拉底巷道向 上分层 回采 ， 分层高度为 2 ． 02 ． 5 m。由于矿脉稳 固性较好 、 底板稳固性次之、 顶板稳固性最差 ， 为充分 利用矿岩 自身稳固条件 ， 确保安全生产 ， 设计先进行 下盘削壁充填采空 区， 然后再进行矿石回采。整个 回 采工艺涉及到凿岩、 爆破、 出矿 、 矿柱 回采等 ， 每个环 节都具有重要意义 。 凿岩 。凿岩采用上向凿岩方式 ， 钻凿上向扇形炮 孔 ， 凿岩时在采场顶板下作业 ， 根据矿岩性质 ， 设计选 用 Y S P - 4 5型凿岩机进行凿岩。 爆破。直径 4 0 m m、 孔深 2 ． 0～3 ． 0 IT I 的上 向扇 形炮孔形成 以后 ， 采用人工装药的方式进行装药 ， 最 后采用孔内导爆管 、 孑 L 外导爆索的毫秒微差起爆 网路 进行爆破。 出矿。进行爆破落矿前 ， 为了防止崩落 的粉矿 、 特别是高品位粉矿渗人废石中 ， 每次落矿前必须铺设 垫层 ， 垫层 的材料可 以是毡子 、 废胶带 、 木板等。随着 采矿的进行， 采场内设置的顺路矿石溜井和顺路废石 溜井不断增高。采场每次采下的矿石 ， 人工运至采场 顺路矿石溜井 ， 然后 由溜井底部 的漏斗装矿 ， 经脉外 运输平巷运出， 多余 的废石经采场顺路废石溜井、 脉 外运输巷道运 出。溜井内应保 留 2 ／ 3溜井高度左右 的存量 ， 以免采场出矿时矿石或废石对溜井造成较大 冲击 ， 造成破坏。 矿柱 回采。由于矿体太薄 ， 采场间柱和顶柱一般 不 回采 ； 底柱可以在上、 下 中段 回采结束后 ， 视安全情 况采用浅孔落矿的方式 ， 进行后退式回采。 4 采场通风。削壁充填法进开采时 ， 采场通风 方式与浅孔 留矿法的采场通风方式一致 ， 通风条件较 好 ， 主要依靠主扇形成风压 ， 促使整个采矿系统内出 现风流。采场工作面与中段运输平巷、 通风人行天 井、 采场联络道等相结合， 可形成完整的通风系统。 为确保 采场 通 风 安全 ， 每个 采 场 布 置 1台 J K 5 5 2 N O 4 ． 5型号的局扇 ， 采用压入式进行辅助通风 。采 场具体的通风线路见图 2 ， 图中箭头表示风流流 向。 下中段运输平巷 『 J 主回风系统 竽 j L -_]r J ～ 采场联络道 J I 另侧通风人行天井 回采 [ 作面 H另侧采场联络道 图 2采场通风流程 Fi g ． 2 S t o p e v e n t i l a t i o n s t r u c t u r e fl o w 4 采矿方法评价 通过研究分析急倾斜极薄矿脉的特征及 马子 冲 3 6 锰矿的开采技术条件 ， 最终确定采用削壁充填法进行 开采 ， 同时进行 了削壁厚度 、 采场结构参数 、 采切工程 布置 、 回采工艺等方面的设计研究。结合矿山试采情 况 ， 整理试采的主要技术经济指标 ， 详见表 2 。 表 2 试采主 要经 济技术指标 Tabl e 2 M a i n e c o no m i c a nd t e c hni c a l i nde x o f pr e pr o duc t i o n 项 目 指标 矿块地质矿量／ t 矿石损失率／ ％ 矿石贫化率／ ％ 矿块采 出矿石量／ t 矿块生产能力／ t ／ d 采切比／ m ／ k t 炸药用量／ k vCt 非电雷管用量／ 发／ t 导爆管用量／ m ／ t 钢板用量／ k t 旧胶带用量／ m ／ k t 塑料布用量／ m ／ k t 草垫用量／ m 2 ／ k t 坑木用量／ m ／ k t 由表 2分析得 ， 采用削壁充填法开采急倾斜极薄 矿脉时各项材料消耗的指标不是太高 ， 针对马子冲锰 矿， 试采的结果比较理想， 矿山可以取得一定的经济 效益 。同时考虑削壁充填法的安全度高、 对地表环境 的破坏小 、 作业空间可 以有效控制等优 点 ， 削壁充填 法是开采矿体顶板稳固性较差的急倾斜极薄矿脉的 理想采矿方法。综上研究， 削壁充填法适合马子冲锰 矿急倾斜极薄矿脉的开采， 为类似矿山的开采提供了 参考依据。 5 结论 1 研究分析了马子 冲锰矿的开采技术条件 ， 得 出矿脉稳固性较好 、 底板稳 固性次之 、 顶板稳 固性最 差 ， 且符合急倾斜极薄矿脉的条件。 2 总结 了急倾斜极 薄矿脉开采时的难题 ， 如采 矿法的选择难度大 、 采场生产能力低 、 劳动强度大 ， 最 重要的是矿体宽度太窄 ， 生产作业难度加大。 3 以马子 冲锰矿 的急倾斜 极薄矿脉为研究 对 象 ， 提出采用削壁充填采矿法进行开采 ， 进行 了削壁 厚度、 采场结构参数、 采切工程布置、 回采工艺等方面 的研究 ， 最终通过试采分析矿脉回采时的主要技术经 济指标 ， 得出削壁充填法适 合急倾斜极 薄矿脉 的开 采 ， 尤其适合马子冲锰矿矿脉的开采。 参考文献 [ 1 ] 王春 ， 周 宗红 ． 分层崩 落采矿 法在 瓦厂铁 铜矿 的应用 [ J ] ． 矿 一 蝴 ～ ∞ 一 2 加 张文方等 马子冲锰矿急倾斜极薄矿脉采矿方法研究 2 0 1 7年第5 期 冶 ， 2 0 1 3 ， 2 2 1 3 3 - 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