急倾斜中厚硅石矿体采矿方法研究.pdf

S e r i e s No ． 4 7 9 Ma v 201 6 金 氍 矿 山 METAL MI NE 总 第 4 7 9 期 2 0 1 6年第 5期 采矿 工 程 急倾斜 中厚硅石矿体 采矿方 法研 究 张文方 王文丽 中国有色金属_ r - ,3 k 昆明勘察设计研究院， 云南 昆明 6 5 0 0 5 1 摘要选择符合急倾斜中厚硅石矿体条件的上棉谷硅矿为试验基地， 通过研究矿岩地质结构、 物理力学性质 以及矿山原有采矿方案， 总结出硅石矿体回采时遇到的难题。针对硅石矿易碎， 矿体顶板、 底板稳定性差等采矿条件， 提出采用无底柱分段崩落法进行回采 ， 同时提出溜矿井中留矿的方案， 来减轻矿石的二次冲击磨损， 最后通过采场试 采证明了其适用于急倾斜中厚硅石矿体的回采 ， 且效果良好。 关键 词硅 石矿急倾斜无底 柱分段 崩 落法 中厚矿体溜矿 井 中图分类号T D 8 5 3 ． 3 文献标志码A 文章编号1 0 0 1 1 2 5 0 2 0 1 6 - 0 5 0 0 1 0 5 S t u dy o n M i ni ng M e t ho d s f o r St e e pl y I nc l i n e d M e d i um Thi c k ne s s Or e Bo dy Z ha n g W e n f a n g W a n g W e nl i K u n mi n g P r o s p e c t i n g D e s i g n I n s t i t u t e o fC h i n a N o n f e r r o u s Me t a l s I n d ust r y ， 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 S h a n g mi a n v a l l e y s i l i c o n mi n e w i t h s t e e p l y i n c l i n e d t h i c k s i l i c a o r e i s c h o s e n a s t h e t e s t b a s e ． Di ffic u l t i e s i n e x p l o r a t i o n o f mi n e s i l i c a o r e a r e s u mma riz e d t h r o u g h t h e s t u d y o f g e o l o g i c a l s t r u c t u r e ， p h y s i c a l a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d o ri g i n a l mi n i n g s c h e me o f mi n e ． F o r t h e mi n i n g c o n d i t i o n s i n s i l i c a mi n e s u c h a s e a s y f r a l e， p o o r s t a b i l i t y o f o r e r o o f a n d f l o o r ， t h e p i l l a r l e s s s u b l e v e l c a v i n g me t h o d i s p u t f o r w a r d ． At t h e s a me t i me ， a s c h e me t h a t o r e s a r e r e ma i n e d a t o r e c h u t e i s p r o p o s e d t o r e d u e e t h e s e c o n d a r y i mp a c t we a r o f o r e ． T h e p r o d u c t i o n t e s t o f mi n e p r o v e d t h a t t h e s c h e me w a s s u i t a b l e f o r s t o p i n g o f s t e e p l y i n c l i n e d t h i c k s i l i c a o r e w i t h g o o d e f f e c t ． Ke y wo r d s S i l i c a mi n e ， S t e e p i n c l i n a t i o n， N o n p i l l a r s u b l e v e l c a v i n g me t h o d， Me d i u m t h i c k n e s s o r e b o d y ， O r e c h u t e 硅石矿体具有易碎的特点 ， 常赋存于不稳定的岩 层中 ， 开采难度大 ， 尤其是急倾斜 中厚硅石矿体 的开 采难度更大 。为寻求经济适用的采矿方法 ， 以上棉谷 硅矿为研究基地进行研究 。采矿方 法是否合理决定 了矿 山的经济效益 ， 如瓦厂铁 铜矿 J 、 新塘铜矿 J 、 雷家寨铜多金属矿 等都进行过采 矿方法 的研 究。 针对倾斜 、 中厚到厚矿体 ， 岩体松散破碎 ， 围岩稳固性 差等情况有大量研究 。 ， 急倾斜中厚硅石矿体采矿 方法的研究鲜见报道。 1 矿床开采技术条件 1 ． 1 矿岩地质结构特征 1 矿石结构。矿石结构主要为他形粒状结构 ， 由 1～ 7 mi l l 大小的他形粒状石英和极少量绢云 母 、 铁泥质组成 。石英重结 晶， 彼此紧密镶嵌接触 ， 而绢 云母 、 铁泥质充填 于石英颗粒 间或局部不规则 裂纹 中。矿石构造以块状构造为主 ， 部分具 晶簇状构造。 矿体产于元古界高黎贡 山群下亚群 P t g l 1 混合岩 、 收稿 日期2 0 1 6 0 2 1 7 作者简介张文方 1 9 7 2 一 ， 男 ， 高级工程师 ， 硕士。 变粒岩中， 呈透镜状产出， 属酸I 生 侵人体 ； 矿体总体产 状为 2 9 8 。 ～ 3 0 6 。 ／_ _ 8 1 。～8 3 。 ， 属陡倾斜矿体 ； 矿体厚 为 1 2 ． 4 1 ～1 8 ． 8 9 n l ， 平均厚 1 5 ． 6 5 I n ， 厚度变化 系数 2 8 ． 6 2 ％， 属厚度变化稳定矿体。 2 围岩结构 。矿体 间接顶 板、 底板完整 性、 稳 定性 中等 ； 直接顶板、 底板为条带 、 条痕状混合岩 、 变 粒岩 ， 局部受风化、 变质作用的影 响， 节理裂 隙发育 ， 岩体破碎 ， 强度较低 ， 稳定性较差 。 1 ． 2 矿岩物理力学性质 矿岩 的基本物理力学性质是矿 山开采的重要影 响因素 ， 其决定了采矿方法 、 巷道支护方式 、 回采工艺 等的选择 ， 单轴压缩、 冲击荷载、 频繁动态扰动下岩石 力学特性的研究有助于矿山开采 。为进行急倾斜 中厚硅石矿体采矿方法研究， 以上棉谷硅石矿为研究 对象 ， 其矿体特征满足急倾斜 中厚矿体的特征。经化 学分析及基本物理力学试验 ， 测定 了矿岩的化学成分 及基本的物理力学性质 ， 结果见表 1 及表 2 。 张文方等 急倾斜 中厚硅石矿体采矿方法研 究 2 0 1 6年第 5期 表 3 浅孔留矿法主要技术经济指标 Ta b l e 3 Th e ma i n t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c pa r a me t e r s o f s ha l l o w- ho l e s hr i nkag e mi n i ng 及采矿劳动生产率较低， 最终造成采矿直接成本较高。 3 新 采矿法研究 3 ． 1 采矿方法确定依据 采矿方法决定 了矿 山生产的安全性与经济效益。 目前我 国矿山开采主要采用空场法 、 崩落法 、 充填法 ， 随着采矿技术 的进步 ， 各种新 型采矿方法 也陆续面 世 ， 但每种采矿方法都有具体 的适用条件 ， 矿 山选择 采矿方法都必须遵 守一定 的依据 。上棉谷硅矿新采 矿方法选择必须满足以下几条主要条件 1 矿山以往开采过程中易发生坍塌事故， 新采 矿方法 的选择必须确保安全 、 可靠 ， 尽量保证作业 面 顶板的暴露面积小 ， 使其处在安全暴露面积 内。 2 由于矿山对矿石 S i O 含量要求高 ， 要选择损 失率较小的采矿方法 ， 或者采取 必要手段 ， 降低 采矿 损失率 。 3 由于矿山对出坑矿石块度要求高 ， 矿石转运 加重矿块相互之间的磨损 ， 造成二次损失 ， 故 选择的 采矿方法要减轻矿石运输时产生的磨损。 4 选择 的采矿 方法要具 有灵 活性 强 、 便于 管 理、 经济效益好等的优点。 3 ． 2采矿方法确定 上棉谷硅矿硅石矿体产于元古界高黎贡山群下 亚群 P t g l 混合岩 、 变粒岩 中， 其总体产状为 2 9 8 。～ 3 0 6 。 L8 1 。 一 8 3 。 ， 厚度为 1 2 ． 4 1～1 8 ． 8 9 m， 为典 型的 急倾斜 中厚矿体。同时由于硅石矿体易碎 ， 再加上矿 体顶底板节理裂隙发育 ， 岩体破碎、 强度较低 、 稳定性 较差的特点 ， 选择的采矿方法必须确保作业面暴露面 积较小。矿山原采用浅孔留矿法进行开采 ， 经开采效 果证实， 采矿安全和经济效益都得不到保障。综合矿 山工程地质和矿岩具体特性以及矿 山对 出坑矿石 的 具体要求 ， 最终 确定采用无底柱分段 崩落法进行开 采 。 3 ． 3采矿方法设计 1 采场结构参数 。参照矿 山原有采矿方 法的 采场结构参数 ， 采场仍然沿矿体走向布置。新设采场 长度及垂直高度都为 5 0 m， 矿房进行分段 回采 ， 每个 分段的垂直高度设计为 1 0 m。与原采矿方法不 同之 处为采场 内不留顶柱 、 底柱 、 间柱 。详细 的采场结构 参数见图 2 a 。 2 采切 工程布置。采切工程 布置在 下盘岩石 移动线外 ， 首先每个矿块从 中段运输平巷 向矿块一侧 掘进阶段装矿穿脉 ， 阶段装矿穿脉间隔距离为 5 0 m。 阶段装矿穿脉掘进完成后 ， 在穿 脉一侧距矿体 下盘 1 6 ． 2 m处和 2 4 ． 2 m处 向上分别掘进放矿溜井至第 一 分段水平和人行通风材料天井 ， 且联通上中段装矿 穿脉 ， 然后再掘进分段联络平巷通达矿体 中部 ， 最后 掘进回采进路。为确保爆破时所需的补偿空间 ， 在未 采矿块边界、 回采进路端 部掘进切割横巷 和切割天 井 。具体的采切工程布置情况见图 2 b 。 a 采场结构参数 b 采切工程布置 图 2 无底柱分段 崩落 法采场结构参数及采切工程布 置 Fi g ． 2 Th e 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 n g - c u t t i n g e n g i n e e rin g i n n o n- p i l l a r s u b l e v e l c a v i n g me t ho d 1 一阶段运输巷道； 2 一装矿穿脉； 3 一人行材料通风天井； 4 一溜矿井； 5 一分段回采进路 ； 6 一炮孑 L ； 7 一分段联络巷道； 8 一崩落围岩； 9 一崩落矿石； 1 O 一切割天井； l 1 一切割横巷 ； 1 2 一下盘岩石移动线 总第4 7 9期 金 离 矽 山 2 0 1 6年第 5期 材 料 通 风 天 井 图 3采 场 通风 线 路 F i g ． 3 S t o p e v e n t i l a t i o n l i n e o 争一 新鲜风 流 ； 一污 风风 流 ； 日一 局扇 ； ⋯风筒 5 采矿方法评价。相对 于矿 山原来 采用 的浅 孑 L 留矿法 ， 无底柱分段崩落法具有安全性高、 经济效 益高 、 通风难度较大 的优缺点 ， 具体可概括为以下几 点 ①安全性高。无底柱分段崩落法的整个 回采工作 都是在分段回采进路 内进行 的， 包括凿岩、 装药 、 装矿 等 ， 工作面暴露面积小 ， 提高了安全性。②经济效益 高。每个分段的矿 石最终都运至溜井 ， 进行统一 出 矿， 由于溜井 出矿严格控制出矿量 ， 减少 了矿石的损 失 、 贫化 ， 使出坑矿石的利用率高 ， 提高了矿山的经济 效益。③通风难度较大 。无底柱分段崩落法 的分段 回采进路为独头巷道 ， 使得通风难度提高 ， 但采用局 扇辅助通风， 同时由于矿山生产规模小 ， 可以确保通 风安全。④管理难度较大。由于无底柱分段崩落法 采用溜井统一出矿 ， 同时又采用局扇进行压抽混合式 通风， 导致管理难度提高 ， 但该方面可人为进行控制 ， 加强管理， 可确保矿 山安全有序地进行生产。 4 采矿工业试验 4 ． 1采场位置选定 上棉谷 硅矿 划分 1 7 8 5 m、 l 7 3 5 m、 1 6 8 5 m、 1 6 3 5 m这 4个中段进行开采 ， 目前 1 7 8 5 m中段基 本开 采 结 束 ， 遵 循 由 上 到 下 的 开 采 顺 序 ， 选 定 1 7 3 5 m中段进行采场试采。为确保 采场试采工作 顺利进行， 选择具有代表性的地段进行采场布置。 4 ． 2 试 验采场 施 工 严格按照无底柱分段崩落法标准矿块设计方案 进行施工 ， 即先掘进阶段装矿穿脉 ， 然后 溜矿井和人 行通风材料井同时掘进 ， 接着掘进分段联络平巷和分 段回采进路 ， 最后掘进切割横巷 、 切割天井 ， 整个施工 过程委派专人进行监督 、 管理 ， 确保施工质量达标。 4 ． 3 试验采场技术指标 试验采场有效工作 日为3 0 d ， 共 6 0个工班 ， 每班 工作时问为 8 h 。试验采场 回采结束后 ， 整理各项经 济指标 ， 结果见表 4 。 表 4 无底柱分段崩落法采场工业试验的主要技术经济指标 Ta b l e 4 Th e ma i n t e c h n i c a l p a r a m e t e r s o f n o n- p i l l a r s ubl e v e l c a v i ng me t ho d i n s t o pe i n dus t r i a l t e s t 4 ． 4 试采结果分析 通过监测采场的生产情况 ， 发现 回采过程中无坍 塌现象出现 ， 采场通风也可满足生产要求 。对 比采用 浅孔留矿法和无底柱分段崩落法进行 矿体 回采时的 主要技术经济 指标 ， 得出后者 的各项指标都 优于前 者 ， 尤其是降低了采矿的直接成本 ， 提高了矿石 的利 用率 ， 为矿山带来了较高 的经济效益 。总体来说 ， 采 场的试采达到了预期的效果 。 5 结论 针对急倾斜中厚硅石矿体 ， 以上棉谷硅矿为对象 进行采矿方法研 究。综合考虑硅石 矿易碎 ， 矿 体顶 板 、 底板稳定性差等条件 ， 选择并设计无底柱分段崩 落法进行矿体 回采。通过采场工业试验证 明了无底 柱分段崩落法适用于回采急倾斜中厚硅石矿体， 同时 提出溜矿井 中留矿的方案来减轻矿石之间的冲击 、 磨 损 ， 有效降低了硅石矿的二次破损 ， 提高 了出坑硅矿 石的利用率。 张文方等 急倾斜 中厚硅石矿体采矿方法研 究 2 0 1 6年第 5期 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 冶 ， 2 0 1 3 ， 2 2 1 3 3 3 6 ． W a n g C h u n， Zh o u Z o n g h o n g ． Ap p l i c a t i o n o f t o p s l i c i ng c a v i n g me t h o d a t Wa c h a n g I r o n a n d C o p p e r Mi n e [ J ] ． Mi n i n g＆ Me t a l l u r g y ， 2 0 1 3， 2 2 1 3 3 - 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