沙溪铜矿厚大矿体采矿方法设计.pdf

S e r i a l No ． 5 41 Ma v ． 2 01 4 现代矿业 M0DE RN MI NI NG 总第 5 4 1 期三旦箜沙溪铜矿厚大矿体采矿方法设计陈佳方志甫雷文杰 1 ．安徽省铜陵有色金属集团公司技术中心； 2 ．河南理工大学安全学院摘要根据沙溪铜矿矿床品位较低、矿体厚大、矿体及围岩稳定性好的特征，采用高阶段大直径深孔嗣后充填采矿和分段空场嗣后充填采矿法。厚大矿体采用高阶段大直径深孔空场嗣后充填采矿法，两段凿岩一段出矿，出矿段高 1 2 0 m，凿岩段高 6 0 m，采区生产能力 2 1 0 0 t ／ d 、采切比 6 ． 7 2 m ／ k t ；矿体厚度小于 1 5 m 时采用分段空场嗣后充填采矿，中段高 6 0 m，分段高 2 0 m，矿块生产能力 5 0 0 t ／ d 、采切比 1 7 ． 7 m ／ k t 。由于采矿方法具有采场结构简单，工艺精简的特点，对相邻盘区充填料的破坏不显著，矿石贫化损失率低。关键词厚大矿体高阶段大直径深孔分段空场沙溪铜矿包含铜泉山、凤台山两个矿段。矿床位于沿江平原，矿区为低山丘陵地形，总体呈北高南低，最高峰为凤台山，海拔 1 5 6 ． 1 m，其余山丘海拔为 7 0～1 0 0 i n ，相对高差 5 0 1T I 左右，山顶浑圆，山坡平缓。矿床为斑岩铜矿类型，适宜于采用高强度采矿方法，矿石可选性好⋯ 。铜泉山矿段矿体赋存于 5 1 ． 3 8～一1 0 8 1 ． 6 5 m，凤台山矿段矿体赋存于一1 1 5 ． 3 4⋯8 7 7 ． 3 5 m。矿体埋藏深度及延深较大，地下开采。沙溪铜矿工业品级 3 3 13 3 2 3 3 3 类铜矿石量1 1 3 4 5 ． 8 2 万t ，金属量 6 1 7 2 8 6 ． 5 0 t ，平均品位 0 ． 5 4 ％其中 3 3 1类矿石量 9 7 3 ． 4 8万 t ，金属量6 2 7 0 5 ． 8 6 t ，平均品位 0 ． 6 4 ％，金属量占全矿床工业品级矿的 1 0 ． 1 6 ％； 3 3 2类矿石量 5 5 5 1 ． 3 5万 t ，金属量 3 1 1 8 8 1 ． 1 8 t ，平均品位 0 ． 5 6 ％，金属量占全矿床工业品级矿的 5 0 ． 5 2 ％； 3 3 3类矿石量 4 8 2 0 ． 9 9万 t ，金属量 2 4 2 6 9 9 ． 4 6 t ，平均品位 0 ． 5 0 ％，金属量占全矿床工业品级矿的 3 9． 3 2％。 1 开采技术条件 1 ． 1 矿床类型、产状矿体分布在长约 1 8 0 0 m、水平平均宽度约 4 5 0 1 3 1的范围内，铜泉山和凤台山两个矿段相连。铜泉山矿段矿体主要产出于复背斜的核部及其南东翼，矿体分布在长约 1 0 0 0 m，水平宽约 6 0 0 m范围内。工业矿体单孔累计最大见矿厚度 2 1 8 ． 5 2 m Z K T 1 3 0 2 ，最小 2 ． 4 6 m Z K T 7 0 3 ，平均厚度陈佳 1 9 7 7 一，男，高级主管，高级工程师， 2 4 4 0 0 0安徽省铜陵市爱国路 8号。 5 4 7 5 ． 7 6 I n ，总厚度变化系数 7 7 ． 5 9 ％，属较稳定型。矿体呈现较复杂的形态，剖面上总体呈不规则的似层状、透镜状，矿体头部和尾部经常有分叉现象，水平中段及纵剖面上呈哑铃状。矿体总体走向 1 5 。～ 3 5 。，倾向南东东，倾角 2 5 。～ 5 5 。，多在 4 0 。～ 5 0 。，由于脉岩的侵入破坏及矿化不均匀性，造成矿体局部存在少量夹石，矿体与围岩无明显界限。矿体埋深总体北部浅、南部深，钻孔所见最小埋深位于 1线，埋深最浅 1 8 9 ． 2 1 m 工业矿体埋深相同，平均埋深约 7 5 3 i n ，钻孑 L 所见顶板最高标高一1 3 6 ． 9 0 m，顶板高差6 0 ． 7 4 ～ 6 4 5 ． 2 9 1 T I ，底板最低标高一 1 0 8 1 ． 6 5 i n ，底板高差 1 3 ． 1 9～ 5 7 0 ． 6 3 1T I 。凤台山矿段矿体主要产出于复背斜的北西翼，分布在长约 6 5 0 I T I ，宽约 3 5 0 IT I 的范围内。工业矿体单孔累计最大见矿厚度 1 6 4 ． 5 2 m Z K 6 0 7 ，最小 3 ． 7 0 i n Z K F 6 1 0 ，平均厚度 5 4 ． 6 3 n l ，厚度变化系数 9 3 ． 5 9 ％，属较稳定型。矿体呈现较复杂的形态，剖面上总体呈不规则的似层状、透镜状，矿体头部和尾部因不均匀矿化而出现圈定矿体分支分叉现象，水平中段及纵剖面上呈不规则长条状。矿体总体走向 3 2 。～ 3 8 。，倾向北西西，倾角 4 0 。～ 6 6 。，多在 5 5 。～ 6 5 。。矿体少量由于脉岩的侵入破坏和矿化不均匀，存在少量夹石及一定分支分又现象。矿体埋深总体北部高，南部低，最小埋深位于 1 0线，埋深最浅 1 6 1 ． 0 5 m 工业矿体 2 1 8 ． 7 9 m ，平均埋深约 5 6 0 I n ，顶板最高标高一l l 5 ． 3 4 m，顶板高差 1 9 83 1 l r f l ，底板最低标高一8 2 2 ． 1 1 1T I ，底板高差 6 2～ 3 4 5 i n 。陈佳方志甫等沙溪铜矿厚大矿体采矿方法设计 2 0 1 4年 5月第5期 1 ． 2矿岩稳定性分级铜泉山矿段矿体及其顶、底板所在岩组主要矿体为Ⅲ、 Ⅳ岩组，即岩性主要为新鲜的粉砂岩、泥质粉砂岩、石英闪长斑岩等，属较硬一坚硬岩石，岩体质量评价整体良好。其中主矿体 m 7 4 ％的顶板和 1 0 0 ％的底板属完整、较完整和中等完整；该段矿体 Ⅱ 由于埋藏深度浅，顶板完整性属差或破碎，底板完整性亦较差；矿体 Ⅳ 顶底板，完整性均属完整、较完整和中等完整。铜泉山矿段矿体 R Q D值见表 1 。表 1 铜泉山矿段矿体顶底板 1 0 m RQD值个凤台山矿段矿体总体岩体属较完整，岩石质量较好。矿体顶底板在局部地段 R Q D 值低，如 Z K F 4 0 5有一段、 Z K F 1 0 0 9和 Z K F 1 0 1 0各有 5段， R Q D值在 0 ％一 4 0 ％，岩体完整性属差或破碎，岩石质量属极劣或劣。凤台山矿段矿体 R Q D值见表 2 。表 2 凤台山矿段矿体及其顶底板1 0 m RQ D值本矿床地层岩性较复杂，构造裂隙发育，风化带厚度较大，矿体埋藏深度及延深较大。矿体及顶底板围岩为块状岩类和层状岩类，岩石坚硬，结构面以 Ⅳ级为主，岩体质量整体较好。但局部地段存在不良结构面和软弱破碎段，矿床工程地质条件中等，坑道施工过程中须加强局部不稳定地段的支护工作，确保开采安全。 1 ． 3 水文地质条件对开采的影响矿床水文地质类型为裂隙充水、顶板直接进水、水文地质条件简单，但断裂构造富水性中等，揭露初期可能具较高的压力水头，矿坑开拓需考虑其突水的可能性，在矿床开拓中需引起重视。 2 采矿方法 2 ． 1 采矿方法选择采矿方案的选择原则既要适应沙溪铜矿床埋藏深、规模大，矿石品位低的特点，又要解决沙溪铜矿深井开采面临的经济效益和开采安全性之间的尖锐矛盾。综上可供选择的采矿方案有 ①一步骤回采方案，留永久矿柱盘区间柱和采区间柱，全尾砂或废石嗣后充填采场； ②两步骤回采方案，即第一步骤回采矿柱，采用尾砂胶结充填，第二步骤回采矿房，采用尾砂充填。根据矿床开采技术条件，考虑到矿石品位以及不同生产规模所带来的经济效益等因素，采用高效率的大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法引，局部地段采用中深孔分段空场嗣后充填法，两种采矿方法所占比例大致为大直径深孔 8 5 ％，中深孔 1 5 ％。根据经济效益分析及采场结构参数优化研究结果，推荐凤台山矿段采用一步骤回采方案，铜泉山矿段采用二步骤回采方案。采场一般按隔三采一的顺序进行回采一、二期采场采用全尾砂胶结充填，三、四期采场采用全尾砂充填，一、二期采场和三、四期采场相互间隔交错布置。三、四期采场回采时，其相邻的已回采采场均为胶结充填体。 2 ． 2回采工艺 2 ． 2 ． 1 大直径深孔阶段空场嗣后充填法 2 ． 2 ． 1 ． 1矿块构成要素两步骤回采方案，隔离矿柱盘区间柱沿走向布置，距离 1 0 0 m，阶段高度 1 2 0 m，采场长度 8 0 m，采场系统长轴布置与勘探线方向一致。将采场划分矿房、矿柱，一步骤回采矿柱，宽度 2 0 m，二步骤回采矿房，宽度 3 4 m，胶结充填灰砂比1 41 8 。 2 ． 2 ． 1 ． 2采准切割主要包括出矿底部结构、凿岩硐室或巷道、拉底巷道和切割天井。两段凿岩一段出矿，出矿段高 1 2 0 m，凿岩段高 6 0 m。底部结构高 1 5 m，出矿巷道、出矿进路 4 ． 5 m3 ． 7 m 、受矿堑沟 4 m 5 ． 2 m ，拉底巷道 4 m 3 ． 5 m 。在采场顶部及中间 6 0 m高度处设置大断面凿岩硐室 5 m 3 ． 6 m 或凿岩巷道 4 m 3 ． 6 m 。见图 1 。 5 5 总第 5 4 1期现代矿业 2 0 1 4年 5月第 5期 ● L rlt l 皇 7 ⋯ |}I lI ⋯ ，入＼ { l Il 1 1 1 叠 1 g 。曰／ 8 0m U m j斗 m u m j斗 m U m j4 m ● ‘ 1 r I’ 。 - ● 7_／／／o ／ 77 ／／ 7 ，／／／／／／ i 、 I V ；／／ 7 r一／／／ } ／／／ ≤ ／／／蚕／ 7 ／／ I ／／／／／／／ j 霪 _／ 7 ／／ j ／／ l ／／ } ／ L J一 7 ／，／／， a 走向布置 h mJ 向剖面 c 出矿底部平面图 1 大直径深子 L 高阶段空场嗣后充填采矿方法示意 2 ． 2 ． 1 ． 3 回采首先在采场中部或端部形成切割天井，采用普通乳化炸药，间隔装药， V C R爆破成井。以切割天井和拉底层为自由面倒梯段侧向崩矿形成切割槽。以切割槽和拉底层为自由面倒梯段侧向崩矿。采用高压潜孔钻机钻凿 1 6 5 m m下向垂直深孔。设计推荐炮孔间距和排距 3 ． 0～ 3 ． 5 m，凿岩机一次钻凿完一个采场的全部炮孔，分次装药爆破。 2 ． 2 ． 1 ． 4通风在采切工作阶段时每个采场的所有大直径深孔一次完成，新鲜风流由沿脉巷道经穿脉进入凿岩工作面，污风经回风穿脉排到回风道。每个工作面皆形成贯穿风流通风。新鲜风流由沿脉巷道经穿脉进入出矿工作面，污风经回风穿脉排到回风道。每个工作面皆形成贯穿风流通风。回采工作面爆破后新鲜风流由沿脉大巷经出矿巷道穿脉、出矿进路及底部结构进入采空区，炮烟经大直径深孑 L 、凿岩硐室、再经回风穿脉排到回风道。 2 ． 2 ． 1 ． 5采空区处理采场出矿后即进行充填准备工作从采场充填道吊挂外包滤布的塑料波纹泄水管，在出矿进路中构筑充填钢筋柔性泄水挡墙。尾砂浆用充填管输送到采场顶部，从充填巷道进入采场；废石从掘进工作面用坑内卡车运到充填水平，卸入采场。当采空区上部为废石，不继续向上回采时空区将采用全尾砂和废石充填；当采空区上部仍为矿石，需继续向上回采时，采场不留顶柱，当充填体高度达到距离上中段水平 6 8 m时滤水工作结束后，改用灰砂比 1 4 ～ 1 6的尾砂胶结充填。养护后，在充填体上作上部采场的底部结构，继续向上回采。 2 ． 2 ． 2 分段空场嗣后充填法对于倾斜矿厚小于 1 5 m矿体，采用中深孑 L 小中 5 6 段空场法，中段高 6 0 m，分段高 2 0 m，采场沿走向布置。采区斜坡道及联络道 3 m2 ． 7 m，分段凿岩巷道 3 ． 5 m x 3 ． 5 m。出矿巷道、出矿进路规格为 4 m 3 ． 5 m，受矿堑沟为 4 m 5 ． 2 m。采用中深孔潜孔钻机钻凿 7 6 mm上向扇形孔。凿岩爆破参数待采矿方法试验后确定，本设计推荐孔底距 2 ． 5～ 3 ． 0 m，排间距为 2 ． 0～ 2 ． 2 m。凿岩机一次钻完一个采场的全部炮孔，分次装药爆破，爆破采用粒状铵油炸药。凿岩效率 3 0 m ／台班。以采场中部或端部切割天井为自由面，采用上向中深孑 L 凿岩爆破形成切割槽，以切割槽为自由面侧向崩矿。崩落下的矿石用 3 m。铲运机装卸人盘区溜井，铲运机出矿效率 2 0 0 t i c 台班。选择 2 台 3 m 柴油铲运机，用于中深孔采矿场出矿。分段空场嗣后充填采矿方法见图2 。 2 ． 3 采矿技术经济指标大直径深孔阶段空场嗣后充填法，采区生产能力 2 1 0 0 t ／ d ，凿岩效率 4 0 m ／台班，采矿损失率 1 0 ％，采矿贫化率 8 ％，崩矿量 2 5～3 0 t ／ m，炸药单耗 0 ． 3 0 ～0 ． 3 5 k g ／ t ，铲运机出矿效率7 3 3 t ／台班，采切比 6 ． 7 2 m／ k t 。中深孔分段空场嗣后充填法矿块生产能力 5 0 0 t ／ d ，凿岩效率 9 0 m／台班，采矿损失率 1 5 ％，采矿贫化率 1 0 ％，崩矿量 1 4～1 7 t ／ m，炸药单耗 0 ． 3 0 ～ 0 ． 4 k ／ t ，铲运机出矿效率 2 0 0 t ／台班，采切比 l 7 ． 7 m／ k t 。 3 结论沙溪铜矿矿床品位较低，采用大盘区高阶段大直径深孔嗣后充填采矿和分段空场嗣后充填由下而上开采，嗣后尾砂充填，无轨设备出矿。经技术经济指标分析，该采矿法具有采场结构简单，工艺精简；采准切割工程量少，崩矿量大，产量高；成本低，矿石贫化损失率低；作业条件好，对相邻盘区充填料的破坏不显著等优点。下转第 5 8页总第 5 4 3期现代矿业 2 0 1 4年 7月第 7期采，两帮均为充填体，进路宽 2 ． 5 0 I n 。 2 ． 3 回采根据上层采充时间，按照本分层采矿进路设计，合理确定所采分层的进路顺序，并根据生产配矿，按品位进行回采。同时开采的两条进路平行间距不小于5 1T I ，充填体旁采矿时，需在充填 1 5 d 后进行；充填体下采矿时，应在充填 2 4 d后进行。 1 采准工程。包括底部出砂运输巷，上部充填巷、溜矿井，泄水井切割巷和泄水井联巷。按照标准矿房计算，万吨采掘比为 4 8 m，考虑到探矿及外部运输、设备通道等因素，需增加 2 0 ％的系数，设计采掘比为 5 8 r n ／万 t 。 2 爆破落矿。采用 7 6 5 5新型气腿式凿岩机凿岩，浅孔爆破，眼深不超过 2 ． 5 n l ，顶眼距充填体顶板不小于 0 ． 8 m，帮眼距两帮充填体不小于 0 ． 6 1T I ，炮眼与各充填体平行布置，利用 2 乳化岩石炸药、电雷管起爆，爆出的断面符合设计要求，做到了底平、帮齐、不留顶矿。 3 出矿。采区内共用 3 0 k W 电耙 2台， 1 5 k W 电耙 4台，分溜井搭配出矿，为保障扒人溜井的矿块不大于 4 0 0 F i l m，溜矿井扒口设置格筛。 4 通风。进路内采用局扇压入式通风，局扇安装于进风风流中，严防循环风。采矿进路到头，立即与充填道贯通，充填道兼做回风道用。 5 由于每分层服务期较短，根据生产的需要，采用一条充填道服务两个分层，第二分层用高天井 4～ 5 IT I 与进路贯通充填。充填平巷南北两端设人行出口，充填平巷净高和净宽不小于 1 ． 8 1T I 。 6 充填。采用尾砂粒径 0 ． 0 3 7 m m 以上，储于砂仓中，充填浆浓度 7 0 ％，不得低于 6 2 ％，特种水泥按 0 ． 1 0 50 ． 1 1 5 t ／ m ，其他胶固材料先标定再使用。一切准备及信号系统完备后，即可实施现场充填。进路内实行后退式充填。为防止充填体多层脱结，应尽量加大每次充填时间，同时也须视堵口的承受力而定，预防口破跑浆。下分层采矿是在上分层充填体人造假顶下作业，充填工艺和假顶板质量是安全的关键，必须保证。 7 排水。主耙道内有积水时应先排干，方能向溜井内拉矿。为加速进路中充填水的排出，可以铺设泻水管等措施。 3 结语矿山地质条件需要逐步认识，生产勘探的结果与地表勘探的成果有时有较大的出入，因此，必须依据生产勘探的成果进行二次采矿设计。邹平铜矿根据生产勘探，将原设计的矿房上向式尾砂充填采矿法，更换为不等宽进路式下向胶结充填采矿法，多采出 7万 t 矿石，含钼金属 2 4 5 t ，铜金属 8 0 5 t ，金金属 2 4 ． 5 k g ，银金属 1 ． 8 9 t 。提高了生产效率，又降低了成本，可以在适合条件的矿山选用。收稿日期 2 0 1 4 - 0 3 ． 1 1 上接第 5 6页一～， | ，，，，／，，，一 | | ，， ’’ g 0 J 0 ．8 0 m J 0 a 1 矿体走向布置 h 1 矿体剖面布置图2 分段空场嗣后充填采矿方法采方法试验研究[ J ] ．金属矿山， 2 0 1 1 ， 4 4 5 5 3 5 - 3 7 参考文献 [ 1 ] 古德生．地下金属矿山采矿科学技术的发展趋势 [ J ] ．黄金， 2 0 0 4， 2 5 1 1 8 - 2 2 ． [ 2] 地质矿产部． GB 1 2 7 1 9 - 9 1 矿区水文地质工程地质勘探规范 [ S ] ．北京中国标准出版社， 1 9 9 1 ． [ 3] 杨小聪，杨志强，解联库，等．地下金属矿山新型五矿柱连续开 58 [ 4 ] 郭金锋，刁心宏，张传信，等．冬瓜山深埋铜矿床开采技术的研究[ J ] ．金属矿山， 2 0 0 2 1 1 0 ． 1 2 [ 5] 董世华．冬瓜山铜矿大团山矿床采矿工艺及其应用 [ J ] ．金属矿山， 2 0 0 7， 3 7 4 8 2 4 - 2 7 ． [ 6] 陈贤春．安庆铜矿特大型矿房采场回采实践[ J ] ．有色金属矿山部分， 2 0 0 6 ， 5 8 2 4 - 7 ．收稿日期 2 0 1 4 - 0 2 - 2 4