金岭金矿东沟矿区采矿方法试验研究.pdf
2 0 1 2 年 2 月 第 4 1 卷第 1 期 中国矿山工程 Ch i n a Mi n e En g i n e e r i n g F e b . . 2 01 2 Vo 1 . 41 No . 1 金岭金矿东沟矿区采矿方法试验研究 I n d u s t r i a l t e s t o f mi n i n g me t h o d o f Do n g g o u mi n i n g a r e a i n J i n l i n g Go l d Mi n e 朱志彬, 李 龙, 荆 、 德胜 湖 北 三 鑫 金 铜 股 份 有 限 公 司 , 湖 北黄 石4 3 5 1 0 0 摘要 金岭金矿 东沟矿区拟建3 o 0 O t / d 规模矿山, 通过采矿方法优化研究, 根据矿床开采技术条件及地表允许塌陷和崩落的 特点, 并采用模糊数学方法对采矿方法进行综合比较, 得 出适合矿山特点的采矿方法为无底柱分段崩落法和静态留矿采矿法。 关键词 采矿 方法; 优化选择 ; 模糊综合评判 ; 分段 崩落法 Ab s t r a c t Th e p r o d u c t i o n c a p a c i t y o f Do n g g o u mi n i n g a r e a o f J i n l i n g Go l d Mi n e i s p l a n n e d t o 3 0 0 0 ff d .T h r o u g h t h e o p t i mi z e d me t h o d s t ud y .d i f f e r e n t mi ni ng me t h o ds a r e c o mp a r e d u s i ng f u z z y ma t he ma t i c s me t ho d ba s i ng o n t he mi n i n g c o n di t i o n a nd t he c o l l a p s e c a v i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f l a n d s u r f a c e . T h e p r o p e r mi n i n g me t h o d s a r e s u b l e v e l c a v i n g me t h o d a n d s t a t i c s h r i n k a g e s t o p i n g . Ke y wo r ds mi n i n g me t h o d;o p t i ma l s e l e c t i o n ; f u z z y ma t h e ma t i c s e v a l u a t i o n ; s u b l e v e l c a v i n g me t h o d 文 章 编 号 1 6 7 2 . 6 0 9 X 2 0 1 2 0 1 . . 0 0 3 0 0 4 中图分类号 T D 8 5 3 . 3 文献标识码 B 收稿日期 2 0 1 1 - 0 1 2 7 作者简介 朱志彬 1 9 7 2 一 , 男, 采 矿高级工程师, 从事矿山采矿技术 与管理 工作 。 1 前言 陕西镇安金龙山矿带位 于陕西省镇安县城南东方 向2 5 k m处 , 该矿带从 张家乡一直延 伸到米粮镇 , 长约 1 7 k m。金龙山矿带 由西 向东分布有东沟矿区、 腰简矿区 和金龙山矿区。三个矿区基本上等 间距分布 , 距离约为 1 0 k m。东 沟 矿 区面 积 为 1 . 0 8 k m , 金 龙 山矿 区面 积 为 0 . 2 4 k m 。根据规划 , 陕西镇安金龙 山矿带东沟矿区拟建 3 0 0 0 t / d 规模矿 山, 进行了初步设计 , 并 已投产。但 由于 矿体受构造控制 , 矿体复杂 , 分支复合严重 , 矿岩节理裂 隙发育 , 矿岩破碎 , 品位不高 , 开采难度很大 , 目前 尚未 确定经济 、 安全 、 高效 的开采方法 , 要达到生产 目标有很 大难度 。因此 , 必须针对矿 山现有实际情况 , 确定适用 的经济合理的高效采矿方法 , 为矿山达产提供技术支撑。 2 开采技术条件 矿 区位于镇板 断裂南侧丁家 山一金龙山一 丘岭三 级背斜 的金龙 山矿带丘岭矿段 内。矿 区断裂构造极为 发育 , 为伴生于褶皱 构造发育 的韧脆性剪切 断裂系统 , 以北东 向断裂 、 近东西一北西 向、 北西向断裂为主 , 次为 南北 向断裂 。断裂构造控 制着 区内矿体 的赋存空 间。 区内沿 断裂破碎带普遍发 育 围岩蚀变 , 主要 蚀变为硅 化 、 方解石化 , 次为重晶石化 、 伊利石化 、 黄铁矿化 、 毒砂 化 , 次生蚀变有褐铁矿化 、 高岭土化 。 矿 区矿化蚀变一般发育于上泥盆统南羊山组 中上 岩性段地层 中, 多为粉砂岩 、 页岩 、 薄层粒屑灰岩互层 。 顶底板 围岩主要为粉砂质 、 钙质页岩 、 粉砂岩 、 灰岩及部 第1 期 朱志彬等 金岭金矿东沟矿区采矿方法试验研究 分碎裂岩石 。顶底板 围岩 的抗风化能力弱 , 且断层 破碎带及节理裂隙较发育。顶底板围岩中灰岩质量 等级一般 , 岩体质量 良; 粉砂质页岩及灰岩夹页岩岩 石质量等级极坏 , 岩体质量中等 ; 页岩岩石质量等级 极坏 , 岩体质量差。矿体中灰岩夹页岩和粉砂质页 岩岩石质量等级极坏 , 岩体质量 中等 ; 而页岩岩石质 量等级极坏 , 岩体质量坏。 、 矿床工程地质勘探类型复杂程度属 中等类型 。 开 采范 围 内的矿 体 , 倾 角一 般 6 0 。 ~ 8 5 。 , 厚度一 般 0 . 5 ~ 5 0 m, 平均 3 ~ 1 3 m, 矿岩不稳 固到 中等稳 固。矿 石 品位 不高 各 矿体平均 品位 2 . 1 8 ~ 5 . 3 5 g / t , 矿床平 均 品位 2 . 8 g / t 。围岩受构造破碎带控制 , 矿体与 围 岩成渐变过渡关 系 , 表 现为近矿 部位硅化 、 黄铁矿 化 、 毒砂化相对较强 , 有一定金矿化显示 , 远矿部位 高岭石化 、 碳酸盐化较发育 , 一般没有金矿化显示 。 矿体 中存在有一定矿化但未达到工业要求的夹石 , 夹石岩性一般 为砂岩和粉砂岩 , 呈小透镜状夹于矿 体 中, 厚度 4 ~ 1 5 m, 金品位 0 . 1 1 0 - 6 0 . 7 1 0 一 , 夹石对 矿体 的完整性影响不大。地表允许崩落 , 且矿床为 以裂隙水和裂隙岩溶水充水为主 、 顶底板直接进水 , 主要矿体大部分位于当地侵蚀基准面以上 , 地形有 利于 自然排水 , 附近无大的地表水体 , 地下水补给条 件较差 。 针对矿岩不稳 固到中等稳固 , 矿石品位不高 , 地 表允许崩落的急倾斜薄至厚矿体 , 对 国内外类似矿 山的采矿方法使用情况进行 了调查分析 , 结果表明 这类矿体采用的采矿方法主要有上 向水平分层充填 采矿法 、 上 向进路充填采矿法 、 分层崩 落采矿法 、 无 底柱分段崩落采矿法和有底柱分段崩落采矿法等 。 3 采矿方法优化选择 3 . 1 采矿方法的选择 该矿区矿体主要赋存于页岩 、 粉砂质页岩 、 灰岩 中, 矿体受构造带控制 , 受 构造挤压作用 , 断层 和节 理裂隙发育 , 岩石较破碎 , 稳 固性差 , 穿脉揭露 的矿 体非常破碎 , 且其破碎程度有与品位成正 比的趋势 , 揭露后若不及 时支护极易发生 冒落 , 对这类矿岩条 件 的矿体若采用空场法 , 采场结构尺寸受到极大 限 制 , 难 以形成具有较大生产能力 的大采场 , 无法达到 3 O 0 0 t / d 生产能力 。因此 , 不能大量采用空场采矿法 开 采 。首 先 , 该矿 区矿石难 选冶 , 磨 矿细度 较细 , 一 0 . 0 7 4 m m占 8 5 %以上 , 且易泥化 , 选矿厂排 出的尾 矿基本为细泥 , 不能满足尾砂充填要求 , 不宜作为充 填骨料 ; 其次 , 该矿 区其他廉价的充填骨料的来源存 在较大的问题 , 矿 山周边没有河砂可取 , 地表没有合 适 的采石场地 , 若 以井下掘进废石为原料 , 则筛分厂 和采石场建设费用较高 ; 第三 , 周 围地形较陡 , 充填 站位置选择较难 ; 第四 , 充填法生产工艺相对复杂 , 采场生产能力同其它采矿方法相 比偏低 , 难 以满足 目前的生产能力要求。因此 , 从技术 、 经济上综合分 析 , 暂不推荐采用充填采矿法。 该矿 区地 表允许崩落 , 矿石品位较低 , 价值不 高 , 围岩中含有金 , 但 品位较低 , 围岩不稳 固到中等 稳 固 , 能形成大块 冒落 , 且矿山要求年底投产 , 尽快 达到 3 O 0 0 t / d 生产 能力 , 具备采用崩落采矿法 回采 的条件。因此 , 确定采用崩落法开采。 根据金岭金矿东沟矿 区开采技术 条件 , 针对不 同类型矿体 , 提出了以下几种采矿方法 无底柱分段 崩 落法 、 有底柱分段崩落法 、 有底柱 阶段强制崩落 法、 分层崩落采矿法和静态留矿采矿法。 3 . 2采矿方法技术经济比较与模糊综合评判 由于影响采矿方法最终开采效果的因素众多 , 且 采矿活动对人员 和周 围环境的影响也是多方面 的 , 单 由某一 因素 的优劣来确定采矿方法是不充分 的 , 为此 , 需综合考虑各 因素选择采矿方法。 目前 , 广泛采用 的方法有价值工程评判法、 数值法、 灰色关 联分析法 、 模糊数学决策法、 灰色决策法等 。鉴于模 糊综合评判方法的强大功能与独特优势 , 本研究采 用该方法对该矿区软弱破碎矿体的采矿方法进行优 化选择。优化选择过程如图 1 所示。 采矿 方法初选所得方案集 I 推测 技术经济指标 』 计 算权系数和模糊关系隶属度矩阵 l 计算 各方案相对选择率矩阵 图 1模 糊 综 合 评 判 终 选 采矿 方 法 过 程 图 采用图 1 的流程 , 通过计算分析 , 得出适合金岭 金矿的采矿方法依次是 无底柱分段崩落采矿法 ; 静 态 留矿采 矿法 ; 分层 崩落采矿法; 有底 柱分段崩落 法 ; 有底柱阶段强制崩落法。因此 , 推荐无底柱分段 崩落法作为金岭金矿东沟矿区投产初期生产使用的 主体采矿方法。静态 留矿采矿法作为开采小矿体和 边部矿体的采矿方法 。 3 2 中国矿山工程 2 0 1 2 年 第4 1 卷 3 . 3 无底柱分段崩落采矿法工业试验 3 . 3 . 1 试验地点确定及采准工程布置 1 1 1 0 m以上 3 0 4 1 、 3 0 4 2 、 3 0 4 4 等为已基本控 制矿体 。为尽快投产 , 试验采场定于 3 0 4 1 、 3 0 4 2 矿体。根据建设进度计划 , 金岭金矿已于 2 0 0 9 年底 投产 , 目前主要建设 中段在 1 0 5 0 m以上 , 根据 目前 已提交勘探成 果 , 在 1 1 1 0 m中段 坑探工程 基本结 束 , 对 3 0 4 1 、 3 0 4 2 、 3 0 4 4 矿体 的西部 已基本控制 , 部分 可 达 到 3 3 3级 别 , 可 提交 进 行 开采 设 计 , 而 1 0 5 0 m中段和 l 1 1 0 m中段 其他 矿体 仍在 进行 勘 探 。为尽快 投产 , 经研究决定 , 将试验采场布置在 1 1 1 0 m中段 , 具体 位置 为 1 1 5 0 m水平从 0 线 到 7 线 , 包括 3 0 4 1 A、 3 0 4 1 B、 3 0 4 2 B和 3 0 4 2 A矿体 , 面 积达 2 5 9 4 m ;1 1 1 0 m水平 从 0 线 到 7线 , 包括 3 0 4 2 B和 3 0 4 2 A矿体 , 面积达 3 8 6 6 m 。 上述矿体多层产 出 , 每层矿体厚度几米至二十 几米 , 层间存在几米至十几米的夹石 , 从开采工艺角 度考虑采用垂直走 向布置采场和沿走 向布置采场皆 可开采。 垂直走向布置时部分较薄夹石难 以剔除 , 须合 并开采 , 经工作人员重新圈定 , 试验采场范围考虑不 可剔 除 夹石 后 的矿 石 量为 4 1 0 7 8 3 t , 平均 金 品位 2. 8 9 g / t 。 沿走向布置时 , 部分较厚夹石较垂直布置 比较 易于剔除, 考虑可剔 除部分夹石的情况下 , 试验采场 范围矿石量为3 9 6 8 0 5 t , 平均金 品位 2 . 9 8 g / t 。 垂直走 向布置的试验 矿块见图 2 和 图 3 所示 。 沿走 向的试验矿块布置见图4 和图5 所示 。 \ 参 、、 j 井 弋 \ 逾 , f 矿 石 溜井 鼍 ~ 3O4 4 A ~~ ~. \ 图 2 1 l l 0 m水平试验 采场垂直走 向布置 图 3 . 3 . 2凿 岩爆破 1 炮孔布置 。在分段平巷采用 YG Z 一 9 0钻机 或 C S 一 1 0 0 D钻凿上 向扇形 中深孔 , 炮孔 布置见 图 6 所示。由于部分矿岩不稳固 , 为避免炮孔变形和塌 孔造成炮孔 无法装药 , 孔径取 7 5 ~ 8 0 m m, 排距 1 . 2 ~ 图 3 1 1 5 0 m水平试验采场垂直走 向布置 图 \ ~ 、 、 ’ 风井 . ’ 陵 ~ 、 、 \ 3 04 4A l 矿 石 溜 井 ~~ ~ 一 \ 图 4 1 l l 0 m水平试验 采场 沿走 向布置 图 鎏 // \ 一 \ 至 兰 \ , |鬟 一 一 \ 图5 1 1 5 0 m水 平试 验采场沿走向布置图 1 . 4 m, 孔底距 1 . 8 ~ 2 . 4 m, 最终参数通过爆破漏斗等试 验确定 , 并通过现场工业试验不断完善。 口 1 图 6 炮孔布置示意 图 凿岩前测量人员根据炮孔设计 , 在施工现场 凿 岩巷 正确定出各排炮孔排位 、 凿岩中心点及孔号顺 序。凿岩必须按设计施工。 2 爆破方式 。以回采进路端大的切割槽为补 第1 期 朱志彬等 金岭金矿东沟矿区采矿方法试验研究 3 3 偿 空间 , 从下盘 向上盘后退爆破 , 每次爆破 1 2 排 , 爆破后加强 回采进路的通风 。爆下矿石采用 2 m 铲 运机装运至分段溜井下放 。为有效控制贫化损失指 标 , 采用点量控制方式计划出矿 , 即每次爆下矿石只 出部分 , 余下部分矿石待下分段回采时再出矿 。 3 爆破参数 。根据矿 山的实践经验 和其他矿 山的类似条件, 主要爆破参数选择如表 1 。 表 1 矿体 回采爆破参数 4 爆破工艺 。采用 B Q F 一 1 0 0 装药器装填散状 铵油炸药 , 装药结构为连续完全耦合装药 , 非电毫秒 管微差爆破 , 孔底起爆 , 为确保爆破可靠性 , 沿炮孔 全长敷设导爆索 。按每次爆破 l 一 2 排计 , 一次爆破 药量为 1 0 0 ~ 3 2 0 k g 。 5 出矿 。每个矿块布置 1 ~ 2 个 出矿溜井 , 采用 2 m 电动 或柴油 铲运机运至溜井 , 经溜井下放至 1 1 l O m中段再转运 。 3 . 4 主要技术经济指标 由于试验采场可以采用沿走 向和垂直走 向两种 形式 , 结合 1 1 l O m中段试验采场范 围内矿体的具体 情况 , 进行 了两种布置形式的主要技术经济指标计 算 , 结果如表 2 所示。 由表 2 可见 , 采用垂直走 向布置 时由于同时 回 采进路较多 , 矿块年生产能力高于沿走 向布置时的 生产能力 , 年效益较好 , 但服务年 限稍短 。当矿块沿 走 向布置时 , 总体经济效益略好于垂直走 向布置 , 但 生产能力和年经济效益较垂直走 向低 。因此 , 可根 据矿体具体情况和生产要求确定 , 当夹石厚度较大 时, 采取沿走 向布置 , 夹石厚度较薄时 , 采取垂直走 向布置。当生产能力要求较大时 , 垂直走 向布置 , 否 则沿走向布置 。 4 结语 1 根据金岭金矿东沟矿区开采技术条件 、 矿 山 实际情况和建设要求 , 通过多方案对 比分析与论证 , 确定 3 0 4 3 、 3 0 4 1 、 3 0 4 2 、 3 0 4 4 、 3 0 1 、 3 0 3 及 3 1 3 等 矿体厚度较大的矿段采用无底柱分段崩落采矿法回 采 ; 在矿体 的边部厚度较小部位及 3 0 4 5 、 3 1 8 号矿 体采用静态留矿采矿法 回采 ; 在 围岩稳固时 , 也可以 采用浅孔留矿法进行回采。 表 2 试验 采场两 种布置方式主要技术经济指标 指标数值 指标名称 垂直走 向 沿走向 注 黄金 收购价 格按 2 8 0 兀/ g 计算 。 2 无底柱分段崩落采矿法在实施过程 中, 可根 据矿体 的赋存条件 、 经济上 的可行性和生产管理等 情况 , 灵活采取垂直矿体走 向布置矿块形式和沿矿 体走 向布置矿块形式 。 3 应在对东沟矿区矿体工程地质调查及矿岩 稳定性研究的基础上 , 对采场结构参数进行进一步 优化研究 。目前应用无底柱分段崩落法的矿山发展 趋势主要是增大结构参数 , 不仅可减少矿石损失贫 化 , 增大矿山生产能力 , 同时还可减少采准工程量 , 降低采矿成本 , 有利于提高矿山的生产管理水平 , 为 企业创造 巨大的经济效益 。基 于以上优点 , 可根据 矿体赋存条件及放矿特性等, 确定回采进路间距与 分段高度。 4 对采场回采工艺和凿岩爆破参数, 有待于在采 矿方法工业试验过程 中进一步确定 。 下 转第 7 1 页 第1 期 廖九波等 深部开采突水机制的细观分析和临界破坏行为 7 1 【 5 】 邵鹏 , 张勇 , 贺 永年 , 张东升. 岩石爆 破逾 渗断 裂行 为与块 度分 布研 究 中国矿 业大学 学报 , 2 0 0 4 , 3 3 6 63 5- 640 . 【 6 】 Z . H. C h e n , L . G . T h a m , M. R . Y e u n g , Y . T s u i , a n d P . K. K . L e e . A S t u d y o n t h e P e a k S t r e n g t h o f B r i t t l e R o c k s [ J ] .R o c k Me c h a n i c s a n d R o c k E n g i n e e r i n g , 2 0 0 2 , 3 5 4 2 5 5 - 2 7 0 . 【 7 】M. B o r r i - B r u n e t t o , A . A a r p i n t e r i , a n d B . C h i a i a . T h e E f f e c t o f S c a l e a n d C ri t i c a l i t y i n R o c k S l o p e S t a b i l i t y [ J ] .R o c k Me c h a n i c s a n d R o c k E n g i n e e rin g , 2 0 0 4, 3 7 2 1 1 1 7 -1 2 6 . [ 8 】 周子龙. 岩石动静组合加载试验与力学特性研究[ D 】 . 长 沙 中南 大学 , 2 0 0 7 . 『 9 19 张海林 , 杨善让 , 徐志明, 王升龙, 自立新. 提高重整化群 精 度 的 一 个 尝 试 【 J 1 . 工 程 热 物 理 学 报 , 2 0 0 3 , 2 4 6 9 92-9 9 4. [ 1 0 】 何超 , 吕绪 良, 高福银, 贾其. 二维导电点渗流参数的 重 整 化 群 法 计 算 应 用 科 学 学 报 , 2 0 1 0 , 2 8 f 2 1 7 0-1 7 4. [ 1 1 】 赖 勇 , 张永兴. 岩体微裂纹密度确定方法及应用[ J 1 . 土木建筑与环境工程 , 2 0 0 9 , 3 l 2 1 5 1 - 5 6 . [ 1 2 1 [ 1 3 ] [ 1 4 】 【 1 5 ] 【 1 6 ] [ 1 7 ] 【 1 8 ] KAC HANOV M .Ef f e c t i v e e l a s t i c p r o p e r t i e s o f c r a c k s o l i d s ,c r i t i c a l r e v i e w o f s o me b a s i c c o n c e p t s [ J ] .A p p 1 . Me c h . R e v i e w , 1 9 9 2 , 4 5 7 3 0 4 - 3 3 5 . BUD I ANS KY B a n d O’ C ONNEL L RJ .E l a s t i c mo d u l i o f a c r a c k e d s o l i d s [ J ] . I n t . J . S o l i d s S t r u c t . , 1 9 7 6 , l 2 1 81 95. C HRI S T ENS E RM. L 0 K H. S o l u t i o n s f o r e f f e c t i v e s h e a r p r o p e r t i e s i n t h r e e p h a s e s p h e r e a n d c y l i n d e r m o d e l s [ J ] . Phy s . So l i ds ,1 9 79,2 7 31 53 30. ABOUDI J ,BE NVENS I T E Y.Th e e f f e c t i v e mo d u l i o f c r a c k e d b o d i e s i n p h a s e d e f o r ma t i o n s [J ] .E n g .F r a c t . Me c h. ,1 98 7, 2 6 1 71 1 8 4. HUANG Y.HU K.CHANDRA A.A g e ne r a l i z e d s e l f - c o n s i s t e n t m e c h a n i c s m e t h o d for mi c r o c r a c k e d s o l i d [ J ] . J . Me c h . P h y s . S o l i d s ,1 9 9 4 , 4 2 8 1 2 7 3 -1 2 91 . 程久龙 , 岩体测试与探测[ M] .北京 地震出版社, 2 0 0 0 . Sa o Pe n g,Xu Zhi we i ,Zh a ng Ho uq ua n,He Yo ng n i a n. Ev o l u t i o n o f b l a s t - i n d u c e d r o c k da ma g e a n d f r a g me n t a t i o n p r e d i c t i o n [ J ] .P r o c e d i a E a c h a n d P l a n e t a r y S c i e n c e l , 2 0 0 9. 5 8 5 5 91 . 上接 第 5 6页 的基础上 , 对破碎机内部结构和机械参数进行改进 , 装有更大功率电动机 , 使之产生更大的破碎力 , 得到 更 高的产量和更细的产品。它的理论观点是当给料 粒度一定 , 产品越细则破碎 比越大 , 所消耗的能量越 高 , 即产品细粒含量与输入功率成正 比。破碎机产 量 与排料 口成正 比, 但要获得更 多的细粒产品, 则应 给予更多的能量而不一定是更小的排料 口。破碎机 的功耗 、 产量 、 粒度 的基本关 系是 当物料性质一定 、 物料粒度一定时 , 破碎机输入功率增加 , 其产量相应 增加 , 则产 品粒度将相应减少。所以 , 输入破碎机更 多 的能量是圆锥破碎机特别是超细破碎机发挥更大 效率 的关键 , 因此金川选矿厂圆锥破碎机不仅是 向 大型化发展 , 更主要是向高能化趋势发展。另外 , 从 简化圆锥破碎机结构 和减轻质量 , 以及实现 自动控 制的观点看 , 液压圆锥破碎机 , 特别是单缸液压圆锥 破碎机更优越 , 今后液压圆锥破碎机将 逐步取代弹 簧式圆锥破碎机 。 通过对金川公司所用的圆锥破碎机进行对比和 分析 , 可将金川选矿 圆锥破 碎机 的发展趋势归结为 大型化和高能化的圆锥破碎机 , 以及单 缸液压 圆锥 破碎机 , 并实现计算机 自动控制等。 [ 参考文献】 [ 1 】 郎宝贤闾锥破碎机现状和发展方向『 J ] 矿 L h C L 械, 2 0 0 1 , 1 t